探究高速公路隧道机械化配套施工技术
１．引言
机械化配套施工技术逐渐成为高速公路隧道工程发展的主要方向。机械化配套施工技术是指通过整合多种先进机械设备和技术手段，形成具有高度系统性和协同性的施工模式。这种技术不仅在施工效率上具有显著优势，还能有效降低施工过程中的安全风险和环境影响。近年来，随着施工设备的不断升级和技术创新，机械化配套施工技术在高速公路隧道领域的应用越来越广泛，表现出强大的适用性和经济性。本文将详细探讨高速公路隧道机械化配套施工技术的核心内容，包括施工技术的基本原理、关键设备的应用、技术优势及实际案例分析，旨在为高速公路隧道的施工技术优化提供参考依据。
２．高速公路隧道机械化配套施工技术研究意义
２．１ 建设高速公路隧道的意义
建设隧道能够缩短运输路程、提高通行效能。在山地、丘陵等复杂地貌地区，采用隧道施工代替原有的绕山式路线，能大大节约运输成本。此外，隧道的建设对于构建区域综合交通网络、促进城市间的经济合作和资源流通也起到了关键作用。近年来，随着公路工程的迅猛发展，对公路隧道的需求越来越多，工程规模也越来越大。
隧道工程能够有效减少山区公路对植被、土壤和水体的破坏，降低生态系统的承载压力。
隧道作为一项长期性基础设施，其建造品质与建造水准决定整个项目的服役年限与运行安全性。
２．２ 优化传统隧道施工方式
传统隧道施工方法在过去的工程实践中发挥了重要作用，但随着工程规模的扩大和技术要求的提高，需注意以下几点。首先，在施工效率优化方面，隧道施工是一项复杂的系统工程，涉及开挖、支护、排水、通风等多个环节，现代隧道工程作为多专业协同的系统工程，正通过机械化、智能化转型来提升各工序的衔接效率。其次，在安全风险方面，隧道工程多在松软地层或突涌沙区，若遇突涌涌沙等特殊情况，容易发生塌方、渗水、突泥等灾害，从而危及工程作业人员的人身安全。最后，施工人员的劳动强度需适当改善，避免出现因疲劳作业影响施工质量。
此外，在资源利用效率上，传统隧道施工方式也亟需改善。科学规划材料使用和能源消耗，以避免施工中产生建筑垃圾过多和能源浪费的现象。通过循环利用技术和绿色工法，实现工程建设与生态环境的协调发展。
２．３ 机械化配套施工技术的发展方向
为了改善传统隧道施工方式，机械化配套施工技术应运而生，并迅速成为隧道施工技术发展的重要方向。采用现代化的施工机械设备、自动化技术及信息技术等，以建立一种有效的协作建设方式。这种技术的核心目标是提高施工效率、降低安全风险、优化资源配置，并实现施工过程的智能化和绿色化。近年来，由于设备的更新换代，以及建造方式的革新，机械化配套施工技术在隧道工程中的应用范围逐渐扩大。
与机械化配套施工技术相适应的施工工艺有着明显的优点：首先，可大幅度提高工程施工效率。比如，盾构机和隧道掘进机（ＴＢＭ）的使用，可实现多项工程的同时进行，减少���工程工期。其次，施工安全性也得到提高。采用机械设备替代人工作业，在复杂的地质情况下，可以减少塌方、突水等安全隐患。未来，随着智能化技术的进一步发展，机械化配套施工技术将会在隧道工程中发挥更加重要的作用。
３．高速公路隧道机械化配套施工技术——以某高速公路项目为例
３．１ 工程概况
某高速公路项目起讫里程为Ｋ９９＋６５０～Ｋ１１８＋１２０，全长约１８.１２公里，该工程中将按照工程需要，配备凿岩台车、湿喷机、衬砌台车等，并与其他先进的地质预测系统相结合，以便及时掌握工程情况。采用先进的施工工艺，形成了一条集预报、清碴和支护为一体的作业线。
３．２ 隧道机械化配套方案
工程涉及隧道施工，需结合地质复杂性和施工要求，科学配置机械化设备，提升施工效率和质量。为确保施工进度与安全，特制定以下隧道机械化配套方案。
（１）凿岩设备
施工中将配备先进的凿岩台车，用于隧道掘进。凿岩台车具有高效多臂操作功能，能够在不同地质条件下灵活作业，提高钻孔精度和掘进效率，缩短施工周期。
（２）湿喷设备
配备湿喷机用于初期支护施工。湿喷机具有自动化程度高、喷射均匀、粉尘少的特点，可有效提高混凝土附着力，确保边墙支护结构的强度与稳定性，改善施工环境。
（３）衬砌设备
隧道二次衬砌施工将采用衬砌台车。该设备具备模板调节灵活、混凝土浇筑均匀等优点，可确保衬砌质量，同时减少人工操作，提高施工安全性。
（４）地质预测系统
针对复杂地质条件，施工中将引入先进的地质雷达、超前地质钻探等预测系统，实时掌握前方地质情况，为施工方案调整提供依据，降低风险。
（５）综合作业线
通过整合凿岩、清碴、湿喷及衬砌工序，形成一条高效的机械化综合作业线，合理分配施工资源，减少工序衔接时间，提升整体施工效率。
３．３ 隧道机械配套的原则
（１）适应性原则。根据隧道建设的实际情况，合理配备与之相匹配的机电设备；如在隧洞分段掘进中，由于场地面积较小，可供机器作业的场地较少，可采用小规模的机器进行作业；如果是全线掘进，则应配备大型机器。无论采用哪一种规格的机器，都应确保其在工程实践中的适用性。
（２）协同性原则。由于隧道工程涉及多个学科，在确保单个设施稳定性的同时，也需要考虑到各种机械和设备之间的协调工作，以使整个工程能够顺利进行。
（３）经济高效性原则。隧道工程机械设备的配置需兼顾经济效益的要求，充分利用机器的性能，提高效率，对机器进行合理的安排，最大限度地降低资源的消耗。
３．４ 隧道机械化配套施工技术
（１）超前地质预报
本工程建设区间为１８.１２公里，工程地质情况十分复杂，为保证工程的安全，必须采取超前的地质预测方法。本项目拟采用ＴＳＰ（隧道地震预测系统）、地质雷达探测仪及超前钻探设备（如全液压钻机ＸＹ-６Ａ型号）等先进钻井设备，实现对前方地质情况的实时把握。ＴＳＰ可以对２００米以内的岩层进行预报，其检测准确率达到８５％；利用地质雷达探测地下工程中的裂隙和含水层，可以为工程建设提供一定的理论基础。采用水力钻进技术，可在３０米以上的地层中实现对复杂地质条件的超前预测，减少塌陷和突水的危险性。
（２）开挖作业
隧道开挖采用三臂凿岩台车（型号：Ｂｏｏｓｔｅｒ-３ＭａｒｋⅡ），具有高效多臂钻孔功能，单次钻孔深度达５米，钻孔速度可提升至１.２米／分钟，适应围岩等级Ⅳ、Ｖ级条件。该机与ＺＷＹ-１８０／７５Ｌ履带式铲车出渣，单小时出渣量为１２０立方米，大大减少了挖掘过程的工期，保证了工程的顺利进行。
（３）初支作业
初期支护采用湿喷机械手（型号：ＰｕｔｚｍｅｉｓｔｅｒＳＰＭ５００ＷＥＴＫ）进行喷射混凝土作业，喷射效率达到２５立方米／小时，混凝土喷层厚度控制在６～８厘米，确保围岩稳定性。本湿喷机具备低粉尘、高黏性混凝土喷射能力，可最大化改善隧道环境，避免干喷工艺粉尘污染问题。采用钢拱支架车（ＨＴＪ-８００），每一台机械的吊装速度可达到６～８个／小时，为初支作业提供高效支撑。
（４）仰拱的施作
由于仰拱的制作技术要求高、效率高，施工中采用仰拱栈桥台车（型号：ＨＮＴＢ-１２００），并对其进行现场测量。该设备根据不同的巷道截面进行调整，能达到１０米的跨度，提高了３０％的工作效率。为保证混凝土的均匀浇筑，采用车载混凝土泵（Ｐｕｔｚｍ-ｅｉｓｔｅｒＭ２０-４），输送能力８０米／小时。施工过程中结合激光水平仪，严格控制混凝土厚度和高程偏差，确保仰拱施工质量。
（５）二次衬砌的设置
二次衬砌为水力衬里车（ＣＩＦＣＳＳ３），可根据隧洞的截面大小，模板宽度可调节至１２米，本机采用了全自动化的液压控制装置，可安装高质量的模板，降低了手工操作的工作量，提高了生产的效率。采用Ｐｕ-ｔｚｍｅｉｓｔｅｒＭ２０-４车载混凝土泵灌装，浇筑效率达到９０立方米／小时，衬砌厚度控制在３０厘米，确保结构强度和耐久性。
（６）喷射混凝土
隧道喷射混凝土施工采用湿喷机械手ＰｕｔｚｍｅｉｓｔｅｒＳＰＭ５００ＷＥＴＫ。采用单组喷浆高效５０～７０立方米，喷浆厚度８～１２厘米，对岩石裂缝起到了良好的封堵作用。在喷浆时，对混凝土与早强剂的配比进行精确调整，保证了混凝土２８天时的抗压强度大于２５兆帕。另外，该系统还实现了遥控作业，提高了作业的安全性，降低了人为因素造成的差错。
本施工技术方案通过先进设备与施工工艺协同，确保隧道施工能够安全、高效、优质完成。
４．隧道施工中关键工序的机械设备配置方式优化
纵观隧道掘进全流程，钻孔和出碴耗费的时间最多，是提升工程效率的关键。以隧道Ⅲ级围岩的开挖为例（面积为１２０平方米），按４.２米钻进法，全周期需要１６小时左右，如果采取双台车组合工作方案，钻孔和出碴所需要的时间分别为３小时和５小时，完成两道工序的时间几乎能节省一半。因此，通过机械设备的合理布置，能够提升工程建设的效率。在围岩稍弱的区段，为了保证安全性，需要进行大量的前期支护，这是一个耗时很长的过程，为了同时满足早期支护与施工的效果，应该选用喷射机械手、拱架安装台车等装备。另外，为确保爆破掘进的精度，需要对凿岩小车的工作方法进行改进。常规方式下，凿岩台车的开挖采用无轨运输的方式，但是这种方法必须借助内燃输送装备来支撑，这类装备在使用时会污染空气，因此，必须对这种方法进行改造，如通过增加通风措施，强化通风，减少污染物的含量，提高隧道工地的空气质量。
５．结束语
高速公路隧道施工是工程项目中的重要环节，其施工技术的先进性直接关系到工程的质量、进度及安全。通过机械化配套施工技术的广泛应用，如超前地质预报、凿岩台车开挖、湿喷机初支、仰拱及二次衬砌的机械化作业等，不仅显著提高了施工效率，还有效降低了安全风险及人工劳动强度。同时，现代化机械设备与科学施工工艺的结合，为复杂地质条件下的隧道施工提供了强有力的保障。本文探讨的机械化配套施工技术，通过优化施工工序、集成高效设备及提升施工自动化水平，推动了隧道施工从传统工艺向高效、环保、安全的方向发展。这些技术的应用，不仅符合当前高速公路建设的高质量发展要求，也为未来类似工程提供了宝贵的经验借鉴。可以预见，随着科技的不断进步，高速公路隧道施工将朝着更加智能化、数字化的方向迈进。