由渝利鐵路特長隧道施工引發(fā)的思考

阮清林

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南洛陽471009)

隨著我國鐵路工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，隧道修建技術(shù)也日臻完善，而特長隧道往往就是一個技術(shù)的集合體，其中涉及的施工技術(shù)有光面爆破、機(jī)械化配套、初期支護(hù)、二次襯砌、施工測量、無砟軌道等方面。近些年來，施工技術(shù)又有了新的發(fā)展。如貴廣鐵路三都隧道和高田頭隧道試驗(yàn)應(yīng)用的新型隧道用拱架安裝機(jī)[1]，大寨隧道簡易仰拱移動模架施工技術(shù)[2]，鐵路測量CP平面控制網(wǎng)等。但對于已經(jīng)應(yīng)用且涉及面廣的技術(shù)方面存在的問題并沒有被足夠重視，有的甚至是頑癥。如毫秒延期導(dǎo)爆管雷管爆破震動過大問題，二次襯砌臺車的混凝土搗固和澆筑問題。在職業(yè)健康和安全方面也存在著同樣的問題，如隧道內(nèi)噴射混凝土。同時，新技術(shù)的應(yīng)用又帶來了新的問題，如采用線位擬合方法調(diào)整隧道貫通誤差時遇到的問題。

渝利鐵路的長洪嶺隧道全長13 299 m，大梁隧道10 942 m，均為特長隧道，雙塊式無砟道床。其中的長洪嶺隧道進(jìn)口為機(jī)械化配套，大梁隧道為“人工手持風(fēng)鉆+全斷面開挖臺架”常規(guī)配套模式，具有一定的代表性。結(jié)合這兩座隧道施工中存在的問題，在隧道爆破、設(shè)備配套、二次襯砌施工、隧道測量方面進(jìn)行探討，以求進(jìn)一步發(fā)展隧道修建技術(shù)，進(jìn)而確保質(zhì)量，規(guī)避風(fēng)險，保障施工人員的安全和職業(yè)健康。

1 隧道爆破

1.1 現(xiàn)有技術(shù)和存在問題

長洪嶺和大梁隧道光面爆破開挖火工品均采用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管。大梁隧道3.2 m進(jìn)尺的Ⅲ級圍巖全斷面光面爆破單段最大裝藥量為54 kg，長洪嶺隧道進(jìn)口3.6 m進(jìn)尺的裝藥量為60 kg。根據(jù)長洪嶺隧道出口下穿江池鎮(zhèn)前的爆破振速監(jiān)測，當(dāng)爆源距61.6m，單段裝藥量為20.81 kg時，爆破振速為4.123 cm/s。根據(jù)減震爆破理論，當(dāng)邊界條件相同時，爆破開挖的最大振動速度值決定于某單段的最大用藥量。由此可知，兩隧道的光面爆破震動將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此振速。而振速越大，對圍巖的爆破擾動越大。爆破震動不僅擾動掌子面前方圍巖，還對后方支護(hù)和圍巖造成擾動。

1.2 改進(jìn)建議

根據(jù)新奧法原理，對隧道圍巖要少擾動，圍巖的擾動范圍可直接影響到隧道的使用年限和后期維護(hù)。由于毫秒延期導(dǎo)爆管雷管段別有限，若要使用它進(jìn)行降低振速爆破，就要使用特殊的隧道減震爆破方法。以往的方法有反臺階法、CD法、超前下導(dǎo)后續(xù)擴(kuò)挖面法、分部開挖法等[3－6]。這些方法對于淺埋隧道下穿密集建(構(gòu))是適用的，但并不適用于具備全斷面作業(yè)的深埋隧道。

電子毫秒電雷管(Electronic Detonator)具有高安全、高精度、寬延期范圍、延期在線設(shè)置、在線可編程等特點(diǎn)[7]，使用它可進(jìn)行隧道全斷面減震爆破，工效高振速低。在隧道覆蓋層厚34 m時，鐵路雙線隧道全斷面爆破，進(jìn)尺2.8 m，爆破振速可控制在1.0 cm/s以下。它的特點(diǎn)之一就是可實(shí)現(xiàn)單孔單響。盡管該雷管目前價格相對于毫秒延期導(dǎo)爆管雷管較貴，但隨著規(guī)模量的上升，價格的弊端會相對變小。從該雷管看出，隧道減震爆破材料方面還有很多方面需要發(fā)展，這對我國鐵路、公路、市政等地下工程是非常重要的。同時，隧道為保證安全步距，襯砌必須緊跟，降低爆破震動對保護(hù)襯砌也有作用。

2 設(shè)備配套

2.1 長洪嶺隧道進(jìn)口

2.1.1 機(jī)械化配套

工程主要施工設(shè)備配置如表1。

表1 工程主要施工設(shè)備配置

2.1.2 存在問題

(1)掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)，施工進(jìn)度快，月最高開挖302 m，常態(tài)化月開挖進(jìn)尺240 m以上。但因?yàn)閮H配置一臺12 m的襯砌臺車，襯砌跟進(jìn)有困難，有時不得不停止掘進(jìn)。因?yàn)榘磋F道部施工安全步距規(guī)定，Ⅲ級以上圍巖二襯距掌子面不得超過120 m。

(2)當(dāng)隧道地質(zhì)情況變差，需要立拱架時，沒有相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備。利用鑿巖臺車不能進(jìn)行立拱作業(yè)，因?yàn)楣凹茌^重。

2.1.3 改進(jìn)建議

(1)配置兩臺12 m襯砌臺車，保持合理步距。一臺6 m錨段襯砌臺車。每臺12 m襯砌臺車每月可襯砌150～180 m。

(2)使用隧道立拱機(jī)械設(shè)備，或者配備立拱支護(hù)用臺架，后方工序儲備立拱技術(shù)工人，一旦前方地質(zhì)變差，有應(yīng)變施工人員。

2.2 大梁隧道出口

2.2.1 設(shè)備配套

主要設(shè)備配置如表2。

表2 主要設(shè)備配置表(一個作業(yè)面)

2.2.2 存在問題

該隧道出口使用2～3臺小型濕噴機(jī)進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，共16人，每循環(huán)需要8 h左右。由于作業(yè)時間較長，不能盡快對圍巖形成約束。同時，還存在著工效低，勞動強(qiáng)度大，職業(yè)健康和安全隱患等問題。當(dāng)進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，人員必須置于祼露的圍巖之下，在圍巖狀況比較差時，時常有掉塊現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著工人生命安全;另一方面，回彈料對人體皮膚有直接傷害，粉塵危害身體。

2.2.3 改進(jìn)建議

噴射混凝土宜用混凝土噴射機(jī)械手，如長洪嶺隧道進(jìn)口使用的Sika－PM500 PC機(jī)械噴射手[8]。其優(yōu)點(diǎn)有:一是因其作業(yè)效率高，噴料速度4～24 m3/h，循環(huán)時間可壓縮至1 h左右，可以及時地約束圍巖，對安全有利;二是作業(yè)人員安全和職業(yè)健康保障性高。使用Sika機(jī)械手進(jìn)行噴混凝土作業(yè)時，作業(yè)人員可站在距噴射面5～10 m的已施工支護(hù)位置，通過操作有線“遙控器”來控制噴射頭進(jìn)行噴混凝土作業(yè)。同時，粉塵很少，噪音較小，約為85 dB，工作環(huán)境較為舒適;三是成本受控，工期效益明顯。

3 拱墻襯砌施工

3.1 現(xiàn)狀及存在問題

隧道拱墻襯砌臺車上的窗口一般是450 mm×400mm，或者是500 mm×450 mm，窗口兼起灌筑、搗固和觀察作用。一旦襯砌臺車就位，端頭模板立好，襯砌臺車就有點(diǎn)像“黑匣子”，這不便于及時發(fā)現(xiàn)襯砌混凝土澆筑過程中的問題，只有到脫模才能發(fā)現(xiàn)襯砌的缺陷。在混凝土搗固方面，施工人員想了很多辦法，如在臺車模板內(nèi)側(cè)裝附著式搗固器，或者在窗口處用插入式搗固棒搗固。但由于附著式搗固器對襯砌臺車震動大，實(shí)際施工中很少用。而在使用插入式搗固棒時，由于窗口較小，工人作業(yè)不便。特別是遇到鋼筋混凝土襯砌，也只能在窗口處搗固，工人有時以錘敲擊模板內(nèi)側(cè)代替，實(shí)際效果甚微。在抗水壓襯砌地段，對混凝土抗?jié)B性要求很高，若搗固不到位，將直接影響混凝土的密實(shí)性，甚至造成襯砌嚴(yán)重滲漏水。因此，目前的襯砌臺車在搗固方面需要進(jìn)行改進(jìn)。

用于澆筑的混凝土泵，在實(shí)際施工中也有不便之處。如為保持臺車兩側(cè)混凝土高差不至于過大，需要經(jīng)常拆接泵送管。有些工人為省力，有直接將泵送管接至拱頂灌筑口的做法，或者在臺車的頂層平臺設(shè)溜槽，這將導(dǎo)致混凝土落差過大，違反規(guī)范規(guī)定[8，9]。

3.2 改進(jìn)建議

將襯砌臺車窗口加大，如1.6 m×0.6 m，窗門設(shè)計成多個，重量以適合工人關(guān)閉作業(yè)為宜。使之便于搗固、觀察和澆筑，以保證質(zhì)量。窗口加大之后的臺車結(jié)構(gòu)應(yīng)保證剛度和強(qiáng)度等指標(biāo)要求。泵送管改成機(jī)械手式，類似汽車混凝土泵，可以自由到達(dá)臺車的每一窗口，臺車的設(shè)計與之配套，使混凝土澆筑更方便。

4 隧道測量

4.1 規(guī)范要求

根據(jù)《高速鐵路工程測量規(guī)范》(TBl0601－2009)要求，貫通誤差調(diào)整應(yīng)以滿足線路設(shè)計規(guī)范和軌道平順性要求為原則進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)貫通誤差≤50 mm時，可不調(diào)整線路中線;當(dāng)貫通誤差≤50 mm時，應(yīng)采用線位擬合方法進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的線路應(yīng)滿足軌道平順性標(biāo)準(zhǔn)和隧道建筑限要求。因調(diào)線而產(chǎn)生的折角在5'以內(nèi)時，圓曲線長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足現(xiàn)行線路設(shè)計規(guī)范最小30 m規(guī)定，無法設(shè)置曲線;外矢距也小于1 mm，頂點(diǎn)內(nèi)移量實(shí)際上設(shè)不出來，因此可視為直線線路。折線法調(diào)整是一種比較簡單的調(diào)整方法，其調(diào)整方法如說明圖1。

圖1 折線法示意圖

4.2 長洪嶺隧道貫通誤差調(diào)整

DK170+300至DK177+500隧道進(jìn)口與1號斜井交叉點(diǎn)之間正洞距離為7 200 m，處于直線地段，進(jìn)口掘進(jìn)5 200 m，斜井長1 319 m。進(jìn)口和1#斜井之間橫向貫通誤差為120 mm，滿足貫通限差為160 mm的要求。根據(jù)洞內(nèi)CPII測設(shè)成果檢核，隧道施工的左線與設(shè)計線位存在偏差，最大位置在175+200位置，隧道右偏126 mm。隧道在施工過程中加寬了50 mm，該里程處實(shí)際侵入凈空76 mm。

采用折線法進(jìn)行調(diào)整，在DK173+200處將線路方位角右轉(zhuǎn)10″至DK175+200，可以將線路中線向右調(diào)整97 mm，在DK175+200處將線路左轉(zhuǎn)20″至DK177+200將線路調(diào)整至設(shè)計方位(如圖2)。

圖2 貫通誤差調(diào)整示意

調(diào)整后的線路經(jīng)進(jìn)行隧道建筑限界檢核，滿足規(guī)范要求。

4.3 相關(guān)建議

(1)測量規(guī)范中關(guān)于線位擬合方法談的較少，而現(xiàn)場常遇到施工中線與設(shè)計存在偏差的情況，這使得在進(jìn)行線位擬合時為現(xiàn)行鐵路線路設(shè)計規(guī)范所限，給線位擬合工作帶來困難。線位擬合是針對特殊情況進(jìn)行的線路調(diào)整工作，應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行，就目前而言，不應(yīng)完全套用現(xiàn)行鐵路線路設(shè)計規(guī)范。軌道的平順性保證主要放在施工階段。

(2)隧道誤差調(diào)整影響距離長。本工程調(diào)線的長度為4 000 m，這要求溝槽不宜緊跟襯砌，因?yàn)闇喜蹅?cè)墻至線路中線的水平設(shè)計距離所留的施工誤差空間相對于隧道建筑限界至二次襯砌的水平距離小。

(3)為保證蹬道掘進(jìn)方向的正確性，必須在隧道內(nèi)布設(shè)精密控制網(wǎng)。每向前方掘進(jìn)800～1 000 m就需引測一次，每掘進(jìn)300m需要布設(shè)測量控制樁點(diǎn)。精密測量時必須停工，以滿足空氣條件要求。否則，有可能使隧道貫通較大或超限，通過線位擬合法無法解決全部問題，產(chǎn)生襯砌和溝槽廢棄工程。

(4)測量規(guī)范應(yīng)進(jìn)一步規(guī)范襯砌和溝槽在貫通面前后的步距以及控制測量所需的時間，并將其納入施組和概算。

5 結(jié)論與討論

據(jù)有關(guān)資料，截至今年，我國建成通車的鐵路隧道總量將突破10 000座，總長度將突破10 000 km。可以說我們在這一方面經(jīng)有了深厚的技術(shù)積累。但我們在發(fā)展新技術(shù)的同時，也有必要對涉及面廣的常規(guī)施工技術(shù)給予升級改造和提升，甚至是再創(chuàng)造，克服其中固有的頑疾。這對我國隧道整體施工技術(shù)的發(fā)展很有意義。

[1]康寶生.一種新型隧道施工用拱架安裝機(jī)[J].隧道建設(shè)，2011，31(5):624－628

[2]馮國春，鄧志剛.鐵路客專隧道簡易仰拱移動模架施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2011，31(2):262－264

[3]劉招偉，方俊波.復(fù)雜環(huán)境條件下地下工程微振爆破施工技術(shù)探討[J].隧道建設(shè)，2003，23(4):5－7

[4]曹越.市政爆破施工與安全控制[J].隧道建設(shè)，2009，29(3):318－321

[5]羅厚金，方俊波.青島膠州灣海底隧道陸域段近距下穿地表建筑物爆破震動控制技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2011，31(3):375－380

[6]張樂，顏景龍，李風(fēng)國，等.隆芯1號數(shù)碼電子雷管在露天采礦中的應(yīng)用[J].工程爆破，2010，16(4):73－76

[7]翟富強(qiáng).混凝土機(jī)械手濕噴技術(shù)在長大隧道中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2010，30(增刊1):346－349

[8]陳智.客專隧道襯砌泵送混凝土堵管的原因分析及預(yù)防措施[J].隧道建設(shè)，2007，27(增刊1):27－29，46

[9]TZ204－2008鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S]

[10]TB10601－2009 J962－2009高速鐵路工程測量規(guī)范[S]

[11]TB10754－2010 J1150－2011高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S]