孟庆龙

（中铁十七局集团第一工程有限公司，山东 青岛 266000）

1 山岭隧道钻爆法施工技术概述

由于我国领土内山脉比较多，所以隧道建设工程的数量也比较多。隧道选址要求坚固性强、稳定度高，所以通常设置在岩体深处地层中，且该位置还应当满足围岩负荷小、坑道稳固、没有偏压受力等要求。在这种区域建设隧道的优势是安全性高，并不需要太过复杂的支护体系[1]。当前，山岭隧道应用最为广泛的施工方式有隧道掘进机施工法与钻爆法两种。其中前者主要适用于地下通道工程挖掘专用施工设备，其挖掘速度快、安全性能高、经济实用，且不会危害生态环境。而钻爆法则是借助钻孔、装药、爆破等形式对岩石进行挖掘，其具备地质条件适应性强、开挖费用少，最适用较为坚硬的岩石隧道、破碎岩石隧道或者多个短隧道工程的施工，且两者对比，钻爆法的优势更为明显，比如：适用范围宽泛、设备投资少、施工准备时间短、遇到地质条件变动可以及时修改施工方案等。这也是钻爆法在山岭隧道施工中得到广泛应用的主要原因。

2 山岭隧道钻爆法施工机械设备配套简介

2.1 硬岩掘进机（TBM）

硬岩掘进机主要包含三种结构形式，分别是为开敞式硬岩掘进机、单护盾式硬岩掘进机、双护盾式硬岩掘进机。

2.1.1 开敞式硬岩掘进机

最为经典的机型是德国Wirth公司的双排支撑靴结构方式与美国Robbins公司的单排支撑靴结构方式两种，适应用于难坍塌岩石隧道或者稳定性较强的地层隧道中。需要注意的是，在实际掘进过程中遇到破碎地层时，应当在护盾之后即刻予以喷锚支护，山岭隧道最终的支护形式为混凝土衬砌。

2.1.2 单护盾式硬岩掘进机

跟开敞式硬岩掘进机相比，单护盾式硬岩掘进机带有较为系统的圆形护盾，推进时主要凭借推进缸在组拼完毕的管片上得到支反力。但是单护盾式硬岩掘进机的缺陷是管片安装和掘进操作无法在相同时间内进行，且施工速度比较慢，所以对其的运用偏少。

2.1.3 双护盾式硬岩掘进机

该设备的掘进原理跟单护盾式硬岩掘进机一致，只是配置略有不同，双护盾式硬岩掘进机前后各有一个护盾，且两个护盾之间带有伸缩护盾，而后护盾部位安装了一套支撑靴。当地质条件比较恶劣时，会选择双单护盾形式予以推进。

2.2 凿岩设备

凿岩设备是山岭隧道钻爆法施工中的龙头设备，其配置是否科学、合理、规范对山岭隧道工程的施工进程和经济效益息息相关[2]。比较常见的凿岩设备有以下三种：

2.2.1 液压凿岩机

对液压凿岩机而言，液压马达是提供动力的主要部件，但是该设备只能在台车上应用。其中液压凿岩台车根据结构形式差异可分为实腹式与门架式，根据行走方法不同分为轨形式、轮胎式以及履带式。其中门架式液压凿岩台车的腹部能够为运送碴的车辆提供通行道路，大大提升了山岭隧道中横断面空间的利用率，且每个施工程序所应用的设备都具备一定独立性，该设备在单线铁路隧道中的应用最为广泛。液压凿岩台车在开挖环节与钻孔环节的工作效率比较高，且工人劳动强度不大，劳动环境较好，但是其前期投资相对而言较大。

2.2.2 多功能开挖台架

早在1990年，我国隧道施工企业就已经研发出风钻多功能台架配套法，主要是其能够节省成本，其优势众多，比如：制作简单、成本造价低、容易推广；具备较强的灵活性，适用范围比较广；应用成本极低，同时对全断面大楔形斜眼掏槽爆破技术的运用有很大帮助，爆破质量优良，施工速度快，而且有基本保障；与我国国情十分相符，即劳动资源充足且廉价。此配套形式在某个时间段凭借其自身诸多优势得到了有效应用，然而其也存在较多问题，如科技含量过低、施工人员劳动强度较大、劳动环境条件恶劣，比如作业面窄小、粉尘多、噪音大，对施工人员的身体健康带来了极大的隐患，因此无法充分满足当下新时代的发展需求等。

2.2.3 手持液压钻及液压站

手持液压凿岩机主要是依靠液压油提供动力，主要是因为液压油耗费量小、能源利用率高。跟其他凿岩机相比，液压凿岩机所耗费的动能只是1/3移动空压机能耗～1/4固定空压机能耗，而且液压凿岩机还具备工作效率高、不污染环境、噪音低等优点。但是，液压凿岩机的内部结构十分复杂，这对后期的维修工作带来了极大的困难，同时也对维修工作人员提出了严格要求。

2.3 运输方式

隧道运输一共包含3种方法，分别是无轨运输、有轨运输和皮带运输。其中前两种运输方式应用比较广泛，皮带运输则是极少在隧道工程中应用，因此此处不对其进行过多阐述。

2.3.1 无轨运输

该方式的主要输送工具是自卸车辆，经常在大断面隧道以及短距离隧道中应用。主要优势为机动灵活，弃碴时能够一次运送到弃碴场所，不用二次倒运。不足是其所生成的废气、噪音容易对环境造成危害，尤其是长距离隧道施工阶段，通风无法解决，直接致使隧道底部严重受损，轮胎损耗也比较大，这在小断面隧道工程中极易受到制约。

2.3.2 有轨运输

在隧道中铺装轨道，通过电瓶车设备牵引碴车与进料车予以运输。优势为不会产生废气、噪音等污染，施工通风也十分简单，不会伤害隧底，比较适合在长大隧道与小断面隧道施工中运用。缺陷为机动性能差、一次性投入较大、施工管理难度较高，如果弃碴场地距离比较远，还需要在洞外设置二次弃碴倒运站。

通过上述对无轨运输和有轨运输两种方式的对比分析，建议：如果该山岭隧道为独头掘进且不超过1 000 m的短距离隧道，同时断面条件符合，那么应当优先选取无轨运输形式；如果该山岭隧道为独头掘进且超过1 000 m的长距离隧道，那么应当有限选取有轨运输方式。

2.4 支护衬砌设备

2.4.1 初期支护设备

在山岭隧道施工准备阶段，应对喷射混凝土、锚杆、挂网以及钢拱架予以有效应用，组成临时性的支护体系。其中混凝土喷射机分为干喷和湿喷两种，根据结构形式不同又分为活塞式混凝土喷射机和转子式混凝土喷射机。两者对比，转子式混凝土喷射机构造简单、成本偏低，而活塞式混凝土喷射机则是湿喷时多采用，并且喷射效果极佳，还可以在钢纤维喷射中予以应用，但是成本比较高。

2.4.2 二次支护设备

在山岭隧道施工环节，二次支护主要采用混凝土砌筑，混凝土浇筑衬砌所选取的机械设备，按施工技艺不同，配置形式众多，较为常用的有混凝土拌合站、混凝土输送车辆、混凝土输送泵、衬砌模板台车等。

3 山岭隧道机械配套中需要注意的问题

3.1 提升操作人员、维修人员以及管理人员的素养

山岭隧道施工效率的高低不但跟其机械化施工的程度以及配套机械设备的生产效能有很大关系，而且还与配套设备的养护管理有很大关系[3]。对此，应当注重并培养操作人员、维修人员、管理人员的道德素养与专业技能，让施工更加科学、合理、规范，让设备得到良好保养，减少维修频次，同时也能够让维修效果得到显著提升，借此避免设备因故障而出现停机的情况，为隧道施工的顺利、稳定、安全进行奠定良好基础。

3.2 准备充足配件

在山岭隧道工程中，为了使零配件和整机的使用期限匹配，需要对配件更加妥善有效地管理，加强预见性，同时预备好充足的配件量。

3.3 优化洞内调车轨线布置

为有效处理施工器械设备和土木专业技术的配套衔接不严密等问题，当有轨运输大型器械设备进入隧道时，应铺装科学合理的中、重型运输轨道，并对洞中调车轨线的布局予以改善优化，该措施可大幅度减少会车、调车的时间。

3.4 将隧道中通风防尘与防排水机械纳入机械化配套中

在山岭隧道施工环节，有轨运输往往会产生较多有毒有害气体和粉尘等污染物，不仅对周围生态环境带来了极大的危害，同时对施工人员的身体健康也有很大威胁，主要污染源是爆破操作所产生的有害气体，以及喷射混凝土操作所产生的粉尘。对此，应当在山岭隧道机械化施工配套中加入通风设施和防排水机械，以此减少对工人的伤害。

3.5 合理调整三条作业线的施工顺序与间距

结合山岭隧道实际施工进度和现场情况对三条作业线的工序、间距进行科学有效的调整，尽量避免在施工过程中出现冲突或碰撞。此外，对于无平导独头施工、掘进工作面挖掘和仰拱检底平行操作等问题，采取规范合理的措施予以解决处理。

3.6 机械选择

山岭隧道施工在选择需要用到的机械时，不仅要跟合同中所提出的要求相符，还要对其成本、生产效能以及技术工艺方面的条件予以全面考虑。比如购置成本、利用率、运行效率以及其他消耗和施工周期要求等；技术则主要是指工作量、灵活性、耐用性、可操作性以及维修是否容易等。除此之外，在对山岭隧道施工机械设备的配套进行选型时，应当将机械完成配套之后的综合能力为核心，让这些单机的机械能力和生产能力达到平衡，实现经济且合理的目标。同时也要对机械的安全性能予以考虑。

4 结语

对山岭隧道而言，其工装配备并不是以先进为主，最重要还是配套的合理性，即社会环境、施工安全、技术条件以及投入成本等。所以我们更应该根据施工的地质条件，研究开发适合本工程的工装设备。