铁路隧道机械化配套施工新模式

铁路隧道机械化配套施工新模式

来源：《人民铁道》报 作者：李庆安 段宏杰 发表时间:2010-01-14 16:19

长期以来，出于成本等考虑，我国建筑施工企业在隧道施工中大量使用农民工施工，这为广大农村劳动者提供了大量就业机会，同时推动了建筑业的发展。但是，随着建筑市场规模的迅速扩大、地质条件的复杂和建设标准的不断提高，大量使用农民工的弊端就逐渐显露出来：广大农民工专项施工技术水平普遍不高，虽然施工企业对他们进行了系统的技术培训，但农民工专业技术还是不能满足高质量建筑的要求。随着和谐铁路建设深入展开，这种粗放型施工管理模式，与铁路大规模建设的形势不相适应。正是在这样的背景下，一种新的管理模式——机械化配套作业成为大规模客专建设行业新的选择和契机。

山岭隧道机械化配套施工适应铁路建设新形势的迫切要求，对于提升我国隧道施工水平意义深远

截至2009年年底，我国建成的铁路隧道总长度已经超过7000公里，在建铁路隧道总长度已超过5000公里，即将开工和规划建设的隧道总长度超过5000公里，预计到2012年，我国建成通车的铁路隧道总数量将突破1万座，总长度将突破12000公里。我国铁路隧道建设的总量已经远远超过世界其他国家。但是我国铁路软岩隧道施工的快速修建设备配套技术水平、施工装备及国产化仍处于隧道施工机械化初期，整体技术仍较落后。主要表现在：

——以钻爆法为基础的机械化快速施工技术体系尚未完成，在机械化作业线设备配套技术、环境控制、施工安全与风险控制、岩溶高压水、大变形治理等方面，许多设备配套关键技术难题尚未取得突破，施工进度差别很大，事故隐患较多，工后环境影响较大。

——以钻爆法为基础的机械化设备配套在硬岩或围岩稳定性较好的条件下才能实现快速施工，而且作业线的主要设备大多从国外引进，自主开发的品种少、质量较差、故障较多，主要技术性能参数与铁路隧道现有施工条件不匹配。设备国产化程度低，因而影响作业效率，难以形成先进的机械化作业线。特别是开挖出砟、喷锚、支护、二次混凝土衬砌等工序，设备国产化程度低，制约了全行业整体技术的全面发展和进步。

——对于软岩和土质隧道，大多数仍采用人工作业，工序循环时间长，围岩扰动大，安全风险高，支护困难，进度缓慢，造成软岩隧道既不能快速施工，也不能形成机械化作业。

通过对瑞典和丹麦等国家隧道施工现场进行考察，技术人员发现，国外隧道施工从开挖、支护、钻注浆、锚杆、喷混凝土、出砟等各工序都配置了配套的全机械化作业生产线，机械化程度较高，且配套完整。国外隧道施工时采用喷混凝土机械手，真正实现了工装的配套，既环保又安全，可以真正控制支护质量，同时还可以因回弹比例小而有效降低施工成本。国外承包商的各生产线都利用较为发达的租赁市场，且配套维修非常及时。设备租赁特别是大型专用设备的租赁，方式较为灵活，便于现场推广应用。由于施工设备的完善配套，隧道施工作业人员每班仅7人~10人。

为了尽早实现我国隧道施工的机械化配套施工，铁道部专门设立了“隧道围岩稳定性及其控制技术研究”重大研究课题。其中，中国中铁隧道集团有限公司（以下简称中铁隧道集团）牵头承担起“隧道施工机械化配套技术及装备研究”子课题，并依托贵广铁路进行试验和实践。

课题借助三都、天平山等特长铁路隧道的修建，重点解决开挖与喷锚支护、装砟与运输、防水板铺设机械化施工作业线，控制围岩变形，完善我国软硬岩隧道全断面和台阶法

施工的全工序作业线的机械化，尽快建立起合理的设备配套、协调运转机制，形成一套完整的具有理论指导、设备配套齐全且具有广泛适应性以及工法完善的机械化体系，以解决我国铁路修建技术方面的设备配套及国产化问题。核算机械化施工和课题取得的各项经济指标，对评价投资规模，促进施工进度，缩短工期，保证施工质量和安全，提升隧道施工装备实力与国产化水平，进而形成我国铁路机械化配套施工技术体系具有重要意义。

明确任务，积极行动，深入研究，认真实践，中铁隧道集团扎实推进机械化配套课题实施

2009年4月12日，中铁隧道集团主持召开“隧道施工机械化配套技术与装备研究”课题实施大纲研讨会，就科研实施大纲如何完善铁道部提出的长大隧道设备配套技术及满足铁道部提出的装备国产化达到国际水平的要求，对三都隧道设备配套实施如何与科研大纲配套方案相统一、设备投入资金来源及设备管理模式等事项进行了研讨。

会议决定成立专门课题组，下设“长大隧道机械化配套技术研究”“隧道施工装备国产化研究”和“隧道施工机械化经济分析研究”三个分课题，分六个阶段组织科研攻关。会议要求在贵广铁路三都隧道选择关键线路的工作面，在科研费以外再投入1500万元作为新增设备购置及三臂台车升级改造费用。为减少超欠挖，项目负责对已到现场的两台汤姆洛克凿岩台车进行改造，升级为电脑台车。

会议要求课题组坚持科研攻关实施方案的可行性、可靠性、先进性和合理性，按照“项目法施工”的组织要求，把科研攻关纳入到施工管理中，做到超前思维、精心组织、合理安排、突破重点，科研阶段成果指导施工的原则，确保科研成果大幅度提升施工效率，设备配套达到国际水平，国产化水平大幅提高。会议要求课题组重视贵广铁路的工程实践，建立以科研攻关为先导、以科研指导施工的施工管理体系。

2009年10月21日，中铁隧道集团课题组人员在贵阳向贵广铁路公司汇报“长大隧道快速施工机械化配套技术”课题进展情况。贵广公司就该课题提出了以下几点要求：一是要深刻认识设立课题的意义是用高科技手段来提高铁路施工效率，减轻劳动强度，提高隧道施工机械化程度，保证隧道施工安全。二是要改变课题转化到施工实践中过程较慢、转化效果不佳的局面，使课题与施工实践相结合，为施工服务。三是课题应解决以下几个关键问题：效率问题、环保问题、安全问题、经济性问题、设备与设备间工序与工序间有效衔接问题。四是以课题依托项目来推进，应尽快形成规模，尽快投入使用，要在项目推进时尽快出成果。

2009年11月10日，中铁隧道集团再次主持召开机械化配套课题专题会，讨论了课题中设计的相关设备的引进和国产化问题。会议要求课题组和项目承担单位要了解研制开发钢拱架安装机的核心条件，其目的是减轻钢拱架安装人员的劳动强度，提高作业安全性，缩短工序循环时间。关于钢拱架安装机的开发研制，会议明确，主要是针对两台阶开挖情况下的钢拱架立拱作业，钢拱架安装机应具有两条工作臂、一个工作吊篮，行走形式为履带式行走，驱动形式为内燃机。会议要求隧道设备制造公司尽快按以上要求组织钢拱架安装机的设计。同时，要加紧进行防水板自动铺设台车、多功能台架和模板台车标准化的设计与制造，力保在2010年一季度末完成样机并投入使用。会议要求课题组及时总结湿喷机械手在贵广铁路三都隧道及其他项目成功应用的经验，在全集团内推广使用。

2009年12月3日至8日，中铁隧道集团邀请北京交通大学、郑州大学教授前往贵广铁路三都隧道进行现场指导。根据隧道地质情况，开展三都隧道出口全断面开挖机械化施工配套作业技术研究，由于地质复杂，还要在进口开展两台阶开挖机械化施工配套技术研究。会议就课题的阶段性目标和任务进行了详细分解，就课题研究中存在的问题进行了讨论，希望科研配合好施工，施工为科研提供条件，大家共同努力，争取实现科研和施工互动和双赢。

目前，贵广铁路三都隧道出口已配置三臂凿岩台车2台、挖掘机2台、装载机4台、自卸汽车6辆、仰拱移动栈桥1座、喷射机械手1台、多功能超前地质预报钻机1套、可移动整体仰拱模板1套等，基本形成了隧道施工全断面机械化配套作业流水线。

科研与施工互动，相互促进，中铁隧道集团在隧道机械化配套施工方面取得阶段性成果

贵广铁路全长857公里，是西南地区通达华南沿海地区的重要区际铁路通道。三都隧道为全线重点工程，全长14.6公里，隧道地质条件复杂，共穿越13条大的断层破碎带。隧道出口段采用机械化施工，出口段计划施工2580米，设计洞身岩层为泥灰岩夹钙质砂岩、页岩、石质砂岩、砂质页岩，段内设计的围岩级别为Ⅴ级围岩285米，占段内总长的11%，Ⅳ级岩630米，占段内总长24%，Ⅲ级围岩1665米占段内总长65%。

针对三都隧道，中铁隧道集团加强了超前地质预测预报方面的工作。项目部采用TSP全程贯通探测，异常地段采用地质雷达、红外探水、进口多功能C6地质水平钻机超前钻孔探测、地质素描等手段对隧道施工前方的地质、水文情况进行综合分析，同时在每个开挖循环钻3个～8个超前炮孔近距离了解掌子面前方地质情况。项目部根据量测速率的变化分级进行管理，利用专用网络对监控量测数据实施动态监控，根据量测数据反馈指导现场施工，保证施工安全。开工以来，项目部已多次成功预报出隧道前方的溶洞和不良地质，避免了数次涌水和突泥的发生。

开挖方面，项目部为三都隧道出口配备了2台三臂凿岩台车，2009年4月底开始使用，开挖月进度最高达到198.6米的单口掘进速度，目前已开挖近400米。每台台车配备6名操作人员，分两个作业班组进行施工。凿岩台车在实际使用中提高了施工工效，单孔5米深的炮孔成孔时间为1.5分钟～2分钟，全断面开挖单循环时间控制在3小时～4小时，

加快了掘进的速度。项目部采用全断面光面爆破，现场实际统计平均线性超挖均能控制在10厘米以内。同时凿岩台车兼顾施钻系统锚杆眼孔的任务，提高了初期支护的施工效率和质量。

出渣方面，根据隧道断面大小，项目部在三都隧道出口配备了PC220挖掘机1台，用于找顶扒渣工序施工，配备2台WA380装载机及6台VOLVO自卸汽车。通风找顶完成后，由2台装载机同时向1台汽车进行装渣运输