蒙華鐵路確保隧道施工質(zhì)量安全關(guān)鍵措施

張 梅

(蒙西華中鐵路股份有限公司， 北京 100073)

蒙華鐵路確保隧道施工質(zhì)量安全關(guān)鍵措施

張 梅

(蒙西華中鐵路股份有限公司， 北京 100073)

蒙華鐵路隧道沿線穿越多種不良地質(zhì)，工程施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，控制性工程多。在總結(jié)和借鑒國內(nèi)外鐵路隧道修建技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展系列實(shí)踐和創(chuàng)新: 針對(duì)軟弱圍巖確立快挖快支快封閉成環(huán)的施工原則，取消CD法、CRD法等復(fù)雜工法，優(yōu)先選用全斷面法，其次選用臺(tái)階法； 強(qiáng)化初期支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量，推行初期支護(hù)格柵鋼架緊跟掌子面和初期支護(hù)仰拱及時(shí)封閉成環(huán)緊跟下臺(tái)階的“兩緊跟”措施； 優(yōu)化超前預(yù)報(bào)，把監(jiān)控量測(cè)納入工序管理，建立信息化平臺(tái)，嚴(yán)格監(jiān)控量測(cè)； 依托科研試驗(yàn)，優(yōu)化系統(tǒng)錨桿、鋼架和二次襯砌等支護(hù)參數(shù)，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； 推行機(jī)械作業(yè)，全面使用濕噴機(jī)械手、自行式仰拱長棧橋，研發(fā)應(yīng)用馬蹄形盾構(gòu)，開展黃土隧道預(yù)切槽技術(shù)研究，改造二次襯砌臺(tái)車等工裝設(shè)備，確保工程質(zhì)量； 據(jù)實(shí)及時(shí)變更，合理工程造價(jià)，提高合同及投資管理效果。蒙華鐵路通過多方面的探索和創(chuàng)新，有效解決隧道建設(shè)中一些突出的質(zhì)量安全問題，保證隧道施工質(zhì)量和施工安全。

蒙華鐵路； 隧道工程； 開挖方法； 初期支護(hù)； 超前預(yù)報(bào)； 監(jiān)控量測(cè)； 工裝設(shè)備； 工程變更； 工程造價(jià)

0 引言

蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程(簡稱為“蒙華鐵路”)是中國國家“十二五”規(guī)劃綱要中的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施。蒙華鐵路隧道穿越砂層、黃土、砂泥巖、板巖、花崗巖、灰?guī)r等多種地層以及富水?dāng)鄬?、巖溶、瓦斯、濕陷性黃土、高地應(yīng)力水平巖層等不良地質(zhì)，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，控制性工程多。蒙華公司在總結(jié)多年來鐵路隧道修建經(jīng)驗(yàn)和借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，遵循隧道工程建設(shè)內(nèi)在規(guī)律，結(jié)合蒙華鐵路重載技術(shù)要求和建設(shè)管理機(jī)制，通過理論創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和試驗(yàn)段先行先試機(jī)制，取得成果后快速推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了信息化動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，推動(dòng)隧道施工管理和技術(shù)進(jìn)步，有效解決了隧道建設(shè)中一些突出的質(zhì)量安全問題，工程安全、質(zhì)量、工期、投資得到合理有效控制。本文介紹蒙華鐵路為確保隧道施工質(zhì)量和施工安全采取的措施以及取得的成效，以期促進(jìn)隧道技術(shù)進(jìn)步，早日實(shí)現(xiàn)隧道強(qiáng)國夢(mèng)。

1 工程概述

新建蒙西至華中地區(qū)鐵路運(yùn)煤通道工程連接蒙陜甘寧“金三角”地區(qū)與鄂湘贛等華中地區(qū)，是“北煤南運(yùn)”新的國家戰(zhàn)略運(yùn)輸通道。線路北起內(nèi)蒙古自治區(qū)浩勒?qǐng)?bào)吉站，經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、山西省、河南省、湖北省、湖南省，止于江西省吉安站，全長1 814.5 km。全線隧道228座468 km，占正線總長的25.8%，其中大于10 km的隧道10座，最長的崤山隧道22.7 km。隧道穿越砂層、黃土、砂泥巖、板巖、花崗巖、灰?guī)r等多種地層以及富水?dāng)鄬印r溶、高地應(yīng)力水平巖層等不良地質(zhì)，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，保證施工安全和施工質(zhì)量是隧道建設(shè)的重中之重。蒙華鐵路線路里程長，施工隊(duì)伍多且技術(shù)和管理水平參差不齊，進(jìn)行高效組織與管理，實(shí)現(xiàn)參建各方合作共贏和共建目標(biāo)，也是建設(shè)單位的重點(diǎn)工作。

2 加強(qiáng)超前加固支護(hù)，選擇合適開挖方法

蒙華鐵路隧道軟弱圍巖段約占總長的30%，主要有第三系未成巖地層、砂層及砂礫層、土砂層、砂泥巖互層、黃土及以黃土為主體的土質(zhì)圍巖、斷層破碎帶等。針對(duì)軟弱圍巖確立了超前預(yù)加固支護(hù)、大斷面快速開挖、初期支護(hù)快速封閉成環(huán)的施工基本原則，盡量加固保護(hù)和少擾動(dòng)圍巖，使圍巖和結(jié)構(gòu)共同承載。

2.1 進(jìn)洞方案

洞口圍巖基本穩(wěn)定的石質(zhì)隧道以及自穩(wěn)性較好的土質(zhì)隧道，采用超前小導(dǎo)管直接進(jìn)洞；圍巖自穩(wěn)性較差的洞口段先根據(jù)地形地質(zhì)條件，增加抗滑樁、攪拌樁、旋噴樁、洞外注漿等提高圍巖自穩(wěn)能力，再實(shí)施超前小導(dǎo)管進(jìn)洞，盡量不設(shè)置大管棚。進(jìn)洞1～1.5倍洞徑后，施作全斷面封閉成環(huán)的鎖口圈，確保洞口穩(wěn)定。

2.2 開挖工法

通過合理的超前支護(hù)措施加固圍巖后，優(yōu)先采用全斷面法施工，其次采用臺(tái)階法施工，實(shí)現(xiàn)快挖、快支、快封閉，提高了隧道施工機(jī)械化水平。考慮圍巖巖性和隧道埋深等因素，主要采用超前小導(dǎo)管注漿、雙層小導(dǎo)管注漿、超前帷幕注漿、超前水平旋噴樁、地表注漿等加固手段，提高軟弱圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，改善圍巖條件。軟弱圍巖段采用臺(tái)階法施工，減少了CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等復(fù)雜工法臨時(shí)支撐等拆除工序和對(duì)圍巖的多次擾動(dòng)，大大縮短了隧道初期支護(hù)全斷面封閉成環(huán)的時(shí)間(控制在6～10 d內(nèi))，提高了施工工效，綜合效益顯著。

3 強(qiáng)化初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，以工藝工法和機(jī)械確保質(zhì)量安全

明確隧道初期支護(hù)為主要承載結(jié)構(gòu)，承擔(dān)施工期的全部荷載； 二次襯砌作為結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備，施工單位可根據(jù)監(jiān)控量測(cè)信息，結(jié)合施工組織安排適時(shí)施作。

3.1 強(qiáng)化初期支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究和理論分析，蒙華鐵路隧道軟弱圍巖地段均采用格柵鋼架支護(hù)體系。明確全線隧道(含輔助坑道)初期支護(hù)采用濕噴工藝，必須使用不小于15 m3/h的濕噴機(jī)械手施工，確保了初期支護(hù)混凝土質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度和環(huán)境污染。格柵鋼架加強(qiáng)鎖腳錨桿，鋼架基腳采用輕質(zhì)墊塊墊實(shí)，保證鋼架的穩(wěn)定性； 鋼架連接部位采用鋼隔板等，確保連接部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度； Ⅳ級(jí)圍巖段增強(qiáng)初期支護(hù)仰拱，隔榀鋼架封閉成環(huán)。工程實(shí)體檢測(cè)顯示，蒙華鐵路隧道初期支護(hù)全部達(dá)到或高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有效保證了施工安全。

3.2 推行“兩緊跟”措施

初期支護(hù)鋼架必須緊跟掌子面，根據(jù)開挖進(jìn)尺可適當(dāng)調(diào)整格柵間距； 初期支護(hù)仰拱及時(shí)封閉成環(huán)緊跟下臺(tái)階(兩臺(tái)階法施工按1倍洞徑控制，三臺(tái)階法施工按2倍洞徑控制)，下臺(tái)階與仰拱一次開挖成型，縮短初期支護(hù)全環(huán)封閉時(shí)間。隧道初期支護(hù)仰拱封閉后及時(shí)回填洞渣以保證前方掌子面連續(xù)作業(yè)，后期采用自行式仰拱長棧橋(撿底一次不小于24 m，二次襯砌仰拱一次澆筑長度按臺(tái)車長度控制)，保證了基底無虛渣和積水，有效保障了工程實(shí)體質(zhì)量。

3.3 實(shí)現(xiàn)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形在可變量程內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整

在深埋老黃土、高地應(yīng)力水平巖層等特殊段落，針對(duì)初期支護(hù)兩側(cè)拱腰或拱頂出現(xiàn)的混凝土開裂問題，創(chuàng)造性地采用限阻器，實(shí)現(xiàn)了初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形在可變量內(nèi)(單側(cè)環(huán)向可壓縮20 cm)動(dòng)態(tài)調(diào)整，適應(yīng)了該類地質(zhì)條件下的圍巖長期蠕變，有效控制圍巖壓力釋放，保證了初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。該技術(shù)成功應(yīng)用于陽山、段家坪等多座隧道，解決了初期支護(hù)混凝土開裂、初期支護(hù)侵界等問題，保證了隧道施工安全和結(jié)構(gòu)安全。

4 優(yōu)化超前預(yù)報(bào)，嚴(yán)格監(jiān)控量測(cè)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工

4.1 加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理，確定預(yù)報(bào)原則

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是保證隧道施工安全、優(yōu)化工程設(shè)計(jì)、指導(dǎo)隧道施工的重要基礎(chǔ)。通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，及時(shí)掌握隧道地質(zhì)條件信息，預(yù)防各類突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，為調(diào)整隧道設(shè)計(jì)參數(shù)提供根據(jù)。

4.1.1 明確職責(zé)

建設(shè)單位負(fù)責(zé)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則的審批，并對(duì)地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的實(shí)施情況進(jìn)行監(jiān)督和檢查； 勘察設(shè)計(jì)單位根據(jù)地質(zhì)勘察成果提出施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案設(shè)計(jì)，并分析和研究施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，及時(shí)按程序進(jìn)行變更設(shè)計(jì)； 施工單位是超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施的責(zé)任主體，配置相應(yīng)人員及設(shè)備，實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)并納入工序管理； 監(jiān)理單位按超前地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)方案、實(shí)施細(xì)則督導(dǎo)施工單位落實(shí)，并檢查根據(jù)預(yù)報(bào)成果變更設(shè)計(jì)的實(shí)施情況。

4.1.2 預(yù)報(bào)原則

施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)按照“簡單地質(zhì)條件從簡判定，復(fù)雜地質(zhì)條件由簡入繁，特殊地質(zhì)條件多手段驗(yàn)證”原則，采用地質(zhì)調(diào)查與勘探結(jié)合、物探與鉆探結(jié)合、長距離與短距離結(jié)合、地面與地下結(jié)合、超前導(dǎo)洞與主洞結(jié)合的方法，預(yù)報(bào)掌子面前方及周邊一定范圍的地質(zhì)情況。地質(zhì)復(fù)雜地段主要以掌子面地質(zhì)素描、超前鉆探和加深炮孔探查為主。

4.2 落實(shí)監(jiān)控量測(cè)，建立信息化平臺(tái)

監(jiān)控量測(cè)可以獲得圍巖和初期支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)等信息，為判斷施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性、結(jié)構(gòu)參數(shù)和工法調(diào)整、二次襯砌施作時(shí)機(jī)等提供依據(jù)。蒙華公司適當(dāng)優(yōu)化Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的量測(cè)斷面和量測(cè)頻率，減少Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖量測(cè)工作量，進(jìn)一步明確了不同巖層的預(yù)警管理值和管理辦法。

要求監(jiān)控量測(cè)必須納入工序管理，真正做到“不量測(cè)不進(jìn)洞，不安全不進(jìn)洞”。全線采用“隧道施工監(jiān)測(cè)信息化管理平臺(tái)”，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)傳輸、分析和管理，參建單位技術(shù)和管理人員通過監(jiān)測(cè)信息管理APP實(shí)現(xiàn)了手機(jī)實(shí)時(shí)查看量測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)控量測(cè)通過變形總量、變形速率、初期支護(hù)表觀現(xiàn)象和變形時(shí)態(tài)曲線等4項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)隧道施工安全進(jìn)行綜合等級(jí)管理，預(yù)警等級(jí)分為二級(jí)(黃色)和一級(jí)(紅色)預(yù)警。出現(xiàn)預(yù)警時(shí)，信息平臺(tái)自動(dòng)發(fā)送預(yù)警信息至指定人員，各級(jí)管理人員能第一時(shí)間研究并采取處理措施，確保施工安全。其中，一級(jí)(紅色)預(yù)警信息采取暫停施工、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案等管理和工程措施。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，通過監(jiān)控量測(cè)預(yù)警并及時(shí)采取措施，消除了多次安全隱患，確保了施工安全。

5 依托科研試驗(yàn)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

自引進(jìn)隧道新奧法施工技術(shù)以來，國內(nèi)山嶺隧道支護(hù)體系主要采用復(fù)合式襯砌。受工藝工裝、技術(shù)管理、質(zhì)量控制等因素的綜合影響，往往存在“輕初期支護(hù)，重二次襯砌”現(xiàn)象，用緊跟二次襯砌來彌補(bǔ)初期支護(hù)質(zhì)量不到位，并頻頻因初期支護(hù)質(zhì)量問題引發(fā)隧道安全事故。蒙華鐵路遵循“隧道初期支護(hù)應(yīng)確保施工期間圍巖穩(wěn)定及自身結(jié)構(gòu)安全”的工程理念，積極開展科研試驗(yàn)，取得了初步成果。

5.1 系統(tǒng)錨桿優(yōu)化

系統(tǒng)錨桿的作用在業(yè)界爭議頗多，主要是“錨桿萬能論”和“錨桿無用論”。針對(duì)錨桿施作專用設(shè)備較少、施作時(shí)間長、作業(yè)強(qiáng)度大、施工質(zhì)量較難保證等問題，蒙華公司組織開展了錨桿試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，無論巖石隧道還是土質(zhì)隧道，系統(tǒng)錨桿的受力均很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于錨桿的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，原因是: 1)施作時(shí)機(jī)滯后； 2)圍巖本身的受力特征； 3)作業(yè)條件限制。無論有無系統(tǒng)錨桿，初期支護(hù)的承載能力相比于受力狀態(tài)均有較大的安全儲(chǔ)備，特別對(duì)于軟弱圍巖隧道，不設(shè)系統(tǒng)錨桿能極大縮短圍巖的支護(hù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快挖、快支、快封閉。根據(jù)試驗(yàn)成果及現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，蒙華鐵路隧道初期支護(hù)設(shè)鋼架地段原則上不設(shè)錨桿，同時(shí)加強(qiáng)鋼架的鎖腳錨桿(管)。 其他地段錨桿結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖實(shí)際情況布設(shè)。

5.2 優(yōu)化初期支護(hù)鋼架

蒙華鐵路原則上全部采用格柵鋼架。型鋼鋼架剛度大，加工簡單，架設(shè)后能較快速地提供對(duì)圍巖的早期支撐作用，但質(zhì)量大、架設(shè)難，與開挖面不易密貼，混凝土噴射不實(shí)； 格柵鋼架質(zhì)量輕，安裝快，用鋼量少，能與噴射混凝土良好結(jié)合、協(xié)同受力。從受力角度，格柵鋼架比型鋼鋼架應(yīng)力小，且應(yīng)力分布相對(duì)均勻。為保證格柵鋼架的制作質(zhì)量，蒙華公司全線推廣應(yīng)用四肢主筋8字結(jié)連接格柵鋼架，確定了H130、H150、H180、H230標(biāo)準(zhǔn)化鋼架型號(hào)，全部采用工廠化集中生產(chǎn)、統(tǒng)一配送。高質(zhì)量格柵鋼架的推廣應(yīng)用，有效保證了初期支護(hù)質(zhì)量和施工安全。

5.3 二次襯砌優(yōu)化

適當(dāng)優(yōu)化二次襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)，可使隧道結(jié)構(gòu)在安全的前提下工程更加經(jīng)濟(jì)、合理。蒙華鐵路開展了二次襯砌結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究。全線選取6座隧道，在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段開展優(yōu)化二次襯砌厚度、配筋等試驗(yàn),取得了初步成果，并將進(jìn)一步開展 Ⅱ 級(jí)圍巖取消二次襯砌試驗(yàn)研究。

6 鼓勵(lì)機(jī)械作業(yè)，改造工裝設(shè)備，確保工程質(zhì)量

蒙華公司在可研階段組織設(shè)計(jì)單位對(duì)隧道施工機(jī)械化配套進(jìn)行了深入研究。工程設(shè)計(jì)以適合蒙華鐵路隧道地層和現(xiàn)場(chǎng)情況為準(zhǔn)則，以快速高效、保證安全質(zhì)量為目的推廣施工機(jī)械化，并在設(shè)計(jì)階段增加機(jī)械化配套對(duì)應(yīng)費(fèi)用。

6.1 全面使用濕噴機(jī)械手

初期支護(hù)承擔(dān)著隧道圍巖荷載，對(duì)施工期間安全起到至關(guān)重要的作用，保證初期支護(hù)噴射混凝土的質(zhì)量尤為關(guān)鍵。蒙華公司強(qiáng)制要求拌合站集中供料，每個(gè)作業(yè)面必須采用濕噴機(jī)械手噴射混凝土。通過對(duì)全線隧道分布、工作面數(shù)量及開工順序研究，分析了機(jī)械手合理配置數(shù)量和規(guī)格要求(不小于15 m3/h)。蒙華鐵路全線228座隧道，實(shí)際投入機(jī)械手339臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了施工掌子面全覆蓋。蒙華鐵路隧道施工工藝工法的優(yōu)化為濕噴機(jī)械手使用提供了有利條件，尤其是全斷面施工不需搭設(shè)臺(tái)架，臺(tái)階法施工機(jī)械手能伸到掌子面，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了施工作業(yè)人員數(shù)量，現(xiàn)場(chǎng)僅2人即可操作，提高了施工效率。初期支護(hù)質(zhì)量實(shí)體檢測(cè)強(qiáng)度普遍高于設(shè)計(jì)值，有效降低空氣中粉塵體積分?jǐn)?shù)，隧道作業(yè)環(huán)境得到明顯改善，保證了作業(yè)人員的職業(yè)健康。

6.2 馬蹄形盾構(gòu)隧道施工

白城隧道位于陜西省北部毛烏素沙漠南緣，為單洞雙線隧道，隧道全長3 345 m，隧道穿越地層為風(fēng)積沙、粉砂、細(xì)砂、砂質(zhì)新黃土，主要為Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖，最大埋深81 m。原設(shè)計(jì)為礦山法施工，主要采用CD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及三臺(tái)階大拱腳法施工。由于隧道下穿天然氣管線、供水管線及包茂高速公路，隧道埋深淺，施工方法復(fù)雜，施工安全及工期風(fēng)險(xiǎn)較大。蒙華公司多次對(duì)白城隧道施工方法和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行論證，經(jīng)過多方比選，決定采用安全可靠的盾構(gòu)法施工技術(shù)，控制施工期間鄰近構(gòu)筑物的沉降變形，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。公司研究確定了盾構(gòu)制作方案及技術(shù)參數(shù)，并將盾構(gòu)優(yōu)化為馬蹄形結(jié)構(gòu)，淺埋地段施工盾構(gòu)管片厚度減少5 cm、隧道開挖斷面減小15%。在白城隧道掘進(jìn)工作中，通過采取加強(qiáng)觀測(cè)、控制掘進(jìn)參數(shù)、渣土改良、及時(shí)同步注漿和二次注漿等措施，保證了油氣管線、供水管線、包茂高速的安全，提高了機(jī)械化施工程度，取得了良好的社會(huì)效益。

6.3 黃土隧道預(yù)切槽施工

蒙華鐵路開展了黃土隧道預(yù)切槽施工技術(shù)研究。通過聯(lián)合機(jī)械加工廠家，引進(jìn)國外預(yù)切槽施工技術(shù)，自行研究制作了拱架式預(yù)切槽超前支護(hù)設(shè)備，并在郝窯科黃土隧道進(jìn)行了預(yù)切槽施工工藝試驗(yàn)研究和應(yīng)用。通過試驗(yàn)確定了分塊數(shù)量、切槽深度、搭接長度、外插角、噴灌混凝土配合比和強(qiáng)度等施工參數(shù)，達(dá)到控制土體沉降量極小的目標(biāo)。預(yù)切槽設(shè)備的研制及應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)軟土、軟巖地質(zhì)條件下的全斷面、機(jī)械化施工，在復(fù)雜地質(zhì)條件下控制地層沉降效果較好，但在不同地層適應(yīng)性、切槽和灌注混凝土連續(xù)作業(yè)等方面還需進(jìn)一步研究改進(jìn)。

6.4 粉細(xì)砂層大段落水平旋噴

萬榮隧道位于山西省萬榮縣境內(nèi)，為單洞雙線隧道，隧道全長7 683 m，其中粉細(xì)砂層段長1 200多m，設(shè)計(jì)主要采用管棚、旋噴樁超前支護(hù)，三臺(tái)階大拱腳臨時(shí)仰拱法施工，局部地段采用CD法施工。施工中粉細(xì)砂地層分布不均，有全斷面分布，也有半斷面、局部分布，地層穩(wěn)定性差，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極高。經(jīng)過技術(shù)比選，在粉細(xì)砂層地段施工中采用了ST60和TY400水平旋噴鉆機(jī)超前地層加固。根據(jù)砂層分布，在隧道開挖輪廓線及掌子面范圍，按照15 m和10 m長分別超前旋噴加固、開挖12 m和7 m的循環(huán)方式，加固開挖輪廓線外及開挖掌子面的砂層，制定了全斷面、半斷面旋噴加固技術(shù)方案及工藝措施，優(yōu)化了旋噴樁徑和高壓噴射參數(shù)，超前加固砂層后，隧道采用三臺(tái)階法開挖，加強(qiáng)鎖腳錨桿施工質(zhì)量，保證了施工安全。

6.5 模板臺(tái)車改裝

隧道常用的二次襯砌模板臺(tái)車混凝土澆筑所開的窗口多且窗口小，不便于振搗棒操作，輸料管需要靠人工來回移動(dòng)，作業(yè)強(qiáng)度大，現(xiàn)場(chǎng)難于實(shí)現(xiàn)逐窗澆筑，容易出現(xiàn)不密實(shí)和冷縫現(xiàn)象。通過對(duì)二次襯砌混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑工藝寫實(shí)，蒙華公司對(duì)二次襯砌臺(tái)車工裝進(jìn)行了改造，聯(lián)合機(jī)械制造廠家研發(fā)了新型螺旋輸送分窗澆筑模板臺(tái)車，在模板臺(tái)車上固定配置分料系統(tǒng)，輸送料直接到達(dá)每一個(gè)窗口，優(yōu)化了澆筑窗口的尺寸大小和位置，便于人工振搗。逐窗澆筑工藝解決了混凝土易離析的問題，通過窗口采用人工插入式振搗，減少了混凝土表面蜂窩、麻面； 配備了混凝土澆筑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過隧道拱頂預(yù)埋繼電器控制和判斷拱頂混凝土是否灌滿，有效避免了拱頂空洞，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工質(zhì)量。

7 據(jù)實(shí)及時(shí)變更，合理工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)合作共贏

7.1 尊重客觀規(guī)律，實(shí)事求是及時(shí)變更

工程變更、設(shè)計(jì)變更嚴(yán)格按照“先批準(zhǔn)、后實(shí)施，先設(shè)計(jì)、后施工”的原則，依法按程序進(jìn)行變更； 現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生危及安全需要立即處理的情況，施工單位可采取應(yīng)急處置措施，同時(shí)報(bào)建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位，事后四方共同確認(rèn)，納入變更設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)參建各方根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，積極開展方案優(yōu)化并推行優(yōu)化節(jié)約獎(jiǎng)勵(lì)，按優(yōu)化方案凈節(jié)省工程投資的10%給予施工單位獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)償。

7.2 發(fā)揮施工單位技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推行分級(jí)授權(quán)自主變更

蒙華公司在開展誠信建設(shè)、分級(jí)管理的基礎(chǔ)上，推行了分級(jí)授權(quán)自主變更設(shè)計(jì)。按照施工單位技術(shù)管理等級(jí)，將隧道開挖方法、超前支護(hù)方式、鋼架間距調(diào)整、一定范圍的圍巖級(jí)別變更等交給施工單位自主確定，充分發(fā)揮施工單位現(xiàn)場(chǎng)管理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，激發(fā)施工單位自控自律、技術(shù)管理水平和現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全管控能力，提高了生產(chǎn)效率和效益。目前全線隧道變更5 800余項(xiàng)，其中施工單位自主變更約2 400項(xiàng)，變更方案基本正確。

7.3 實(shí)施單價(jià)承包，合理工程造價(jià)，實(shí)事求是解決問題

蒙華鐵路采用單價(jià)承包模式，將隧道施工中的開挖、襯砌等項(xiàng)目的子項(xiàng)打開分別報(bào)價(jià)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際量的增減都能體現(xiàn)在計(jì)價(jià)中，促使現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際采取相應(yīng)措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)單線隧道施工效率、使用濕噴機(jī)械手和仰拱長棧橋、鋼結(jié)構(gòu)集中加工配送等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)寫實(shí)和測(cè)試研究，適時(shí)合理解決相關(guān)費(fèi)用問題，對(duì)保證工程質(zhì)量和施工安全起到了重要作用。

8 結(jié)論與展望

蒙華鐵路作為國家投融資改革示范項(xiàng)目，在隧道建設(shè)過程中進(jìn)行了多方面的創(chuàng)新和探索，蒙華鐵路建設(shè)始終將項(xiàng)目工程質(zhì)量安全放在首位，以質(zhì)量安全為導(dǎo)向，研究制定符合客觀規(guī)律和市場(chǎng)規(guī)則的建設(shè)管理辦法，以工程質(zhì)量保障了工程安全和施工安全，起到了較好的示范作用，其主要意義在于:

1)履行主體責(zé)任促進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)有序發(fā)展。蒙華公司從可研、初步設(shè)計(jì)、施工圖階段對(duì)勘察設(shè)計(jì)工作加強(qiáng)了管理，在保證項(xiàng)目功能定位的前提下，科學(xué)合理地確定了主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、線路方案、建設(shè)規(guī)模，對(duì)重大技術(shù)方案、工程措施等進(jìn)行了優(yōu)化，為項(xiàng)目建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。施工期間責(zé)權(quán)分明，充分發(fā)揮施工企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，把技術(shù)方案、施工方法的選擇權(quán)交給技術(shù)力量強(qiáng)的施工企業(yè)自主決定，充分發(fā)揮施工企業(yè)集團(tuán)公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促使施工企業(yè)的質(zhì)量自控體系高效正常運(yùn)轉(zhuǎn)，體現(xiàn)干負(fù)干的責(zé)任、管負(fù)管的責(zé)任，確保隧道施工質(zhì)量安全有序可控。

2)優(yōu)化施工方法推進(jìn)隧道施工技術(shù)進(jìn)步。隧道施工方法的選擇與地質(zhì)條件、施工機(jī)械、技術(shù)發(fā)展密不可分，但其宗旨始終是要保證施工安全。地質(zhì)條件的復(fù)雜性導(dǎo)致了目前在隧道施工中產(chǎn)生很多開挖方法，但復(fù)雜的施工方法也會(huì)帶來地層的多次擾動(dòng)，工期、投資也會(huì)相應(yīng)增加，在軟弱地層通過超前加固改變地層性能，采用簡便的開挖方法，實(shí)現(xiàn)快速、安全的目的，是隧道施工技術(shù)發(fā)展的方向?，F(xiàn)場(chǎng)采取加強(qiáng)初期支護(hù)、控制臺(tái)階長度、及時(shí)封閉成環(huán)方法，這種簡便的施工方法運(yùn)用靈活、安全可靠，對(duì)促進(jìn)隧道施工技術(shù)發(fā)展意義重大。

3)合理的機(jī)械配套提高現(xiàn)代化施工水平。機(jī)械化施工體現(xiàn)著技術(shù)文明的先進(jìn)，在減少環(huán)境污染、減輕勞動(dòng)者強(qiáng)度、改善作業(yè)條件上起著積極作用；根據(jù)隧道施工環(huán)境條件，不斷研發(fā)實(shí)用新設(shè)備是蒙華公司追求的目標(biāo)之一。隧道施工要從規(guī)?；?、集中化、工廠化做起，落實(shí)鋼結(jié)構(gòu)集中加工，運(yùn)用合適的大型挖、裝、運(yùn)機(jī)械設(shè)備，能提高隧道施工效率，二次襯砌仰拱混凝土大區(qū)段澆筑、二次襯砌臺(tái)車分窗澆筑的模板臺(tái)車改進(jìn)、自動(dòng)控制養(yǎng)護(hù)臺(tái)車的使用，能從源頭上保證隧道二次襯砌施工質(zhì)量。

4)采用單價(jià)承包模式，實(shí)現(xiàn)單價(jià)合理、量價(jià)分離、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)，更加公平合理。通過據(jù)實(shí)計(jì)量、及時(shí)支付，大大提高了合同及投資管理效果，以人為本，及時(shí)合理、實(shí)事求是解決施工現(xiàn)場(chǎng)存在的費(fèi)用問題，并控制分包單價(jià)合理，開展誠信建設(shè)、分級(jí)管理、班組長責(zé)任制，將技術(shù)、質(zhì)量、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)到作業(yè)層、作業(yè)面，解決了質(zhì)量管理“最后一公尺”難題，避免了“包而不管”、對(duì)班組“無手可抓”的現(xiàn)象，保證了工藝工法在作業(yè)層的可操作性，班組長的主動(dòng)性、責(zé)任感和質(zhì)量意識(shí)全面加強(qiáng)，避免了不合理的浪費(fèi)，保障了參加各方的利益，實(shí)現(xiàn)社會(huì)和諧發(fā)展。

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Technical code for railway tunnel in loess: Q/CR 9511—2014[S].Beijing: China Railway Publishing House, 2014.

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Technical code for Mengxi-Huazhong Railway engineering (heavy haul): Q/MH 0001—2007[S].Beijing: China Railway Publishing House, 2017.

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KeyMeasuresforConstructionQualityandSafetyofMenghuaRailway

ZHANG Mei

(Mengxi-HuazhongRailwayCo.,Ltd.,Beijing100073,China)

The tunnels on Menghua Railway cross many strata with bad geological conditions, of which the construction difficulty and risk are high. On the basis of summary on construction technologies of railway tunnels in China and abroad, a series of applications and innovations have been carried out. 1) As a result of rapid ring closure for soft and weak surrounding rock, the CD method and CRD method are replaced by full-face method or bench method. 2) The primary support quality is improved; and "two close", i.e. grid steel frame of primary support closes to tunnel face and ring closure of primary support inverted arch closes to lower bench, is carried out. 3) The advanced geological prediction is improved; and monitoring-based informatized platform is established. 4) The parameters of system anchor bolt, steel frame and secondary lining are optimized by scientific test to guarantee the structural stability. 5) The mechanization of the tunnel construction, i.e. wet spray manipulator, self-propelled inverted arch long trestle, horseshoe-shaped shield, pre-cutting machine and improved secondary lining trolley, is carried out. 6) The engineering alteration is carried out in accordance to actual conditions so as to rationalize engineering cost and improve the management effect of contract and investment. The discoveries and innovations of Menghua Railway have successfully guaranteed the construction safety and quality.

Menghua Railway; tunnel engineering; excavation method; primary support; advanced geological prediction; monitoring; construction equipment; engineering alteration; engineering cost

2017-12-01

張梅(1958—)，男，北京人，1982年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，隧道與地下工程專業(yè)，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事鐵路工程建設(shè)管理及隧道與地下工程的研究工作。E-mail: xgz47897@sina.com。

10.3973/j.issn.2096-4498.2017.12.001

U 45

A

2096-4498(2017)12-1503-05