淺談隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工技術(shù)

摘要：隨著我國(guó)高鐵事業(yè)的快速發(fā)展，各種鐵路建設(shè)技術(shù)不斷改進(jìn)創(chuàng)新。文章通過(guò)對(duì)蒙華鐵路中條山隧道施工時(shí)采用的微臺(tái)階開(kāi)挖技術(shù)、仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工生態(tài)的研究，給出了施工工藝流程以及施工重點(diǎn)及注意事項(xiàng)，為隧道建設(shè)工程及鐵路事業(yè)的發(fā)展提供了重要參考。

關(guān)鍵詞：隧道仰拱；下臺(tái)階開(kāi)挖；初期支護(hù)；高鐵事業(yè)；鐵路建設(shè)技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U455 文章編號(hào)：1009-2374（2016）08-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.053

1 概述

隨著我國(guó)的高鐵事業(yè)不斷走向世界，我國(guó)鐵路隧道事業(yè)將會(huì)迎來(lái)新的挑戰(zhàn)，鐵路建設(shè)工作者必須不斷探索研究適用于鐵路隧道建設(shè)的施工方法。目前，我國(guó)鐵路隧道施工主要方法為礦山法，而該方法最主要的困難就是如何防止隧道開(kāi)挖施工的塌方。據(jù)近十年來(lái)有關(guān)隧道施工塌方的案例分析，發(fā)現(xiàn)塌方一般都是發(fā)生在仰拱及下臺(tái)階開(kāi)挖施工過(guò)程中，因?yàn)檠龉芭c下臺(tái)階開(kāi)挖一般是隧道最后一步的開(kāi)挖，此時(shí)隧道洞室內(nèi)的圍壓達(dá)到最大，所以隧道會(huì)因?yàn)閲鷫涸龃蠖鴮?dǎo)致洞室內(nèi)圍巖崩塌。故而近年來(lái)，許多鐵路工作者致力于隧道開(kāi)挖安全性的研究，取得了較好的成果，例如仰拱開(kāi)挖初支成環(huán)技術(shù)在鐵路隧道開(kāi)挖中的應(yīng)用，但是由于我國(guó)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和地下施工空間的局限性，使得該技術(shù)的研究還不夠成熟，還需要不斷加強(qiáng)與改善，以適應(yīng)更加復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。通過(guò)實(shí)際工程對(duì)該技術(shù)進(jìn)行分析研究對(duì)于隧道的施工有著重要意義。

2 隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工工藝流程

2.1 工程概況及適用范圍

根據(jù)蒙華鐵路中條山隧道正洞及輔助坑道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖初期支護(hù)施工中該技術(shù)的成功運(yùn)用以及之前各工程實(shí)例可知，隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)成環(huán)技術(shù)適用于各類隧道在初期開(kāi)挖時(shí)的支護(hù)。通過(guò)對(duì)開(kāi)挖時(shí)候圍壓荷載的計(jì)算，可以采用不同的施工工序和材料等一系列方法，對(duì)軟弱圍巖及不良地質(zhì)條件采用初支成環(huán)施工技術(shù)，且合理地采用該方法，可以使得隧道建設(shè)質(zhì)量、安全系數(shù)以及施工環(huán)境等得到保障。該方法除了應(yīng)用于鐵路隧道施工項(xiàng)目中，在其他公路以及水利水電等地下工程中也普遍適用?？梢?jiàn)對(duì)隧道仰拱以及下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工工藝的研究，一方面可以為該方法的改進(jìn)提供理論依據(jù)；另一方面也可以進(jìn)一步推廣其在各項(xiàng)地下工程以及各種復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用。

2.2 施工技術(shù)要求

首先，要對(duì)施工對(duì)象有具體的調(diào)查，包括地質(zhì)條件、水文條件、巖土結(jié)構(gòu)、巖土體性質(zhì)等。根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)水文條件，確定出相應(yīng)的初支仰拱結(jié)構(gòu)形式及對(duì)施工過(guò)程中的細(xì)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如果基底為軟弱圍巖就必須進(jìn)行合理的承載力檢測(cè)，從而為后期的開(kāi)挖支護(hù)成環(huán)奠定一定基礎(chǔ)；其次，在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制好開(kāi)挖進(jìn)尺，不宜過(guò)大也不宜過(guò)小，過(guò)大不利于快速封閉，過(guò)小不利于施工的開(kāi)展，一般應(yīng)控制在2.5～3.5m之間。初支仰拱緊跟掌子面下臺(tái)階，仰拱開(kāi)挖后必須快速封閉成環(huán)，初支仰拱據(jù)掌子面距離根據(jù)施工方法不同而有所差異；最后，在該技術(shù)的施工過(guò)程中，鎖腳錨管與鋼架之間采用“L”型鋼筋焊接，拱腳位置采用輕硬質(zhì)墊塊支墊，支護(hù)鋼架應(yīng)該緊貼圍巖，下臺(tái)階兩側(cè)鋼架同時(shí)開(kāi)挖架立并與初支仰拱鋼架連接，保證初期支護(hù)一次封閉成環(huán)。

2.3 工藝流程

隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→上臺(tái)階鋼架安裝→（土質(zhì)地段中臺(tái)階鋼架安裝）→下臺(tái)階鋼架安裝→初支仰拱鋼架安裝→初支仰拱噴混凝土→下臺(tái)階噴混凝土→初支仰拱頂面回填洞碴→（土質(zhì)地段中臺(tái)階噴混凝土）→上臺(tái)階噴混凝土→下道工序施工。該施工工藝為蒙華鐵路中條山隧道正洞及輔助坑道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖初期支護(hù)施工時(shí)所采取的工藝流程，同樣也是在常見(jiàn)的隧道仰拱開(kāi)挖支護(hù)的工藝流程稍微的改進(jìn)。通過(guò)該工序并且將每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的細(xì)節(jié)調(diào)整，使得隧道開(kāi)挖變得更加經(jīng)濟(jì)、安全環(huán)保。

3 施工重點(diǎn)及注意事項(xiàng)

3.1 質(zhì)量保證方面

工程建設(shè)質(zhì)量第一，在隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工中，要做到防患于未然，相應(yīng)的領(lǐng)導(dǎo)人員要在施工進(jìn)行之前對(duì)各種可能出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的方面進(jìn)行研究探討，做好預(yù)備方案。原材料質(zhì)量是工程質(zhì)量得以保證的基礎(chǔ)，所以施工人員要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)設(shè)備如鋼筋網(wǎng)、鎖腳錨管、超前小導(dǎo)管以及混凝土等進(jìn)行仔細(xì)驗(yàn)收后方可讓其進(jìn)場(chǎng)。另外，在施工過(guò)程中，要對(duì)施工工藝的每一步檢查到位，確保施工質(zhì)量的合格。每一道施工工序完成后，施工小組內(nèi)部的工作人員檢查完后立即報(bào)備監(jiān)理人員和質(zhì)檢人員檢查，檢查合格后方可進(jìn)行下一步的施工。隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工過(guò)程中常見(jiàn)檢驗(yàn)的項(xiàng)目和內(nèi)容主要包括鋼架的外觀、保護(hù)層、間距、橫向、高程偏差、垂直度偏差等，鋼筋網(wǎng)的外觀、規(guī)格、連接、搭接、網(wǎng)格間距、保護(hù)層等，超前小導(dǎo)管的外觀、方向角、孔口距、孔深、搭接長(zhǎng)度、漿液配合比、漿壓等，混凝土的等級(jí)、噴射表面密實(shí)度、平整度、噴射厚度等。

3.2 安全防護(hù)方面

安全防護(hù)工作是隧道開(kāi)挖的主要問(wèn)題，在隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工過(guò)程中，要確保其安全性，主要從三方面進(jìn)行：第一，做好變形監(jiān)測(cè)，根據(jù)下臺(tái)階以及仰拱開(kāi)挖時(shí)圍巖變形及圍壓變化及時(shí)地調(diào)整支護(hù)參數(shù)及方案，出現(xiàn)變形異常的情況，應(yīng)立即停止施工，檢查各施工步驟及支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在改進(jìn)之后進(jìn)行相應(yīng)的施工；第二，加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)督管理。項(xiàng)目單位對(duì)該施工過(guò)程各項(xiàng)質(zhì)量監(jiān)督制定相應(yīng)的規(guī)章制度，并加強(qiáng)施工人員的學(xué)習(xí)，還應(yīng)該成立項(xiàng)目單位領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督小組和施工隊(duì)伍監(jiān)督小組，除了對(duì)表1中的各項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)督檢查之外，還應(yīng)該根據(jù)施工工序及注意事項(xiàng)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)未按照規(guī)范以及工藝流程進(jìn)行操作的施工人員進(jìn)行懲處，確保施工過(guò)程的合理性、可靠性及安全性；第三，相應(yīng)的開(kāi)挖人員及特種作業(yè)人員均持證上崗，保證洞內(nèi)的電力設(shè)備及通訊設(shè)施時(shí)刻處于正常狀態(tài)，如在仰拱及下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)時(shí)洞內(nèi)出現(xiàn)異常，所有人員應(yīng)該及時(shí)快速地撤離現(xiàn)場(chǎng)。

3.3 組織管理方面

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員以及機(jī)械設(shè)備情況來(lái)進(jìn)行合理的施工組織管理，勞動(dòng)力要結(jié)合隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工方案以及工期等來(lái)進(jìn)行組織，而機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)能力應(yīng)該均衡施工能力的1.2～1.5倍。并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度合理地優(yōu)化施工組織，保證所有工作人員的到崗到位和材料的及時(shí)合理到場(chǎng)，為下臺(tái)階開(kāi)和仰拱開(kāi)挖支護(hù)以及混凝土噴射的及時(shí)性、連續(xù)性施工奠定基礎(chǔ)。表1給出了在蒙華鐵路中條山隧道中采用仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工的人員及設(shè)備組織管理情況。

通過(guò)表1中施工人員及設(shè)備進(jìn)行合理的組織施工，相應(yīng)的隧道仰拱及下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)順利完成，比預(yù)期工期提前完成，不僅在一定程度上節(jié)約了該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)成本，還為后期的施工組織奠定了基礎(chǔ)。

3.4 環(huán)境保護(hù)方面

隨著建設(shè)中國(guó)特色和諧社會(huì)理念的提出，近年來(lái)工程建設(shè)對(duì)環(huán)保越來(lái)越重視，同樣在施工過(guò)程中環(huán)保工作的好壞也直接影響著施工的質(zhì)量、工期的控制和施工人員的人身安全。所以，在隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)施工過(guò)程中，除了重視質(zhì)量、安全、組織管理方面，還應(yīng)該將環(huán)境保護(hù)納入到工作日程中來(lái)。要使得施工過(guò)程中更加環(huán)保，就應(yīng)該全面嚴(yán)格控制施工污染，包括污水、噪音以及粉塵等，例如混凝土運(yùn)輸車、濕噴機(jī)械手清洗的廢水必須在指定位置排放；同時(shí)在進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖和仰拱初支時(shí)必須保持仰拱底面、支護(hù)鋼筋網(wǎng)以及鋼架等的表面干凈，及時(shí)清理上面的污物，這樣既可以保證施工廢料及時(shí)排除，也可以保證工程質(zhì)量；另外，各施工企業(yè)還應(yīng)該積極創(chuàng)新，加強(qiáng)廢物利用，對(duì)施工過(guò)程中的廢料進(jìn)行加工處理，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用；可以在成本允許范圍內(nèi)，對(duì)污水進(jìn)行進(jìn)化處理，實(shí)現(xiàn)再循環(huán)利用，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)方案的合理規(guī)劃，將開(kāi)挖后的巖土體進(jìn)行道路的回填等。這些措施不僅可以更好地保護(hù)施工環(huán)境，還可以使得施工成本大大減小。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鐵路隧道仰拱與下臺(tái)階開(kāi)挖初支成環(huán)技術(shù)進(jìn)行分析研究與實(shí)踐創(chuàng)新，該技術(shù)有效解決了隧道施工防坍塌的施工安全技術(shù)，徹底解決隧道開(kāi)挖后，后方仰拱開(kāi)挖施工時(shí)因支護(hù)原因而導(dǎo)致關(guān)門坍方事故的發(fā)生以及后方仰拱施工爆破時(shí)導(dǎo)致的通風(fēng)管等設(shè)備設(shè)施的損壞，解決了因隧道支護(hù)不能及時(shí)成環(huán)，洞水滲水浸泡拱腳而引起的坍方安全事故的發(fā)生，使得鐵路施工更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全，對(duì)我國(guó)高鐵事業(yè)走向世界有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]朱義嘉.鐵路大跨黃土隧道仰拱初支成環(huán)技術(shù)[J].山西建筑，2015，（3）.

[2]金愛(ài)兵，王宇，李兵.臺(tái)階法開(kāi)挖隧道仰拱封閉距離效應(yīng)研究[A].第十二次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)會(huì)議論文摘要集[C].2012.

[3]劉軍.三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法在大斷面軟弱圍巖隧道大面積塌方中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)，2013，（2）.

作者簡(jiǎn)介：羅進(jìn)（1974-），男，重慶人，供職于中國(guó)中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，研究方向：隧道及地下工程施工。

（責(zé)任編輯：小 燕）