蒙華鐵路隧道工程施工技術(shù)要點(diǎn)及機(jī)械化配套

韓賀庚， 申志軍， 皮 圣

(蒙西華中鐵路股份有限公司， 北京 100073)

蒙華鐵路隧道工程施工技術(shù)要點(diǎn)及機(jī)械化配套

韓賀庚， 申志軍， 皮 圣*

(蒙西華中鐵路股份有限公司， 北京 100073)

目前我國(guó)隧道鉆爆法施工存在整體機(jī)械化程度較低、施工環(huán)境惡劣、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。以蒙華鐵路隧道工程實(shí)踐為依托，從建立監(jiān)控量測(cè)信息化平臺(tái)、大斷面開(kāi)挖及初期支護(hù)早封閉施工、提高硬巖地段隧道光面爆破水平、確保隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量等方面總結(jié)蒙華鐵路隧道工程施工技術(shù)要點(diǎn)，即“一強(qiáng)化(強(qiáng)化量測(cè))、二緊跟(鋼架緊貼掌子面、仰拱緊跟下臺(tái)階)、三超前(超前預(yù)報(bào)、超前加固、超前支護(hù))、四到位(工法選擇到位、支護(hù)措施到位、快速封閉到位、襯砌質(zhì)量到位)”；并重點(diǎn)介紹隧道施工機(jī)械化配套情況，包括濕噴機(jī)械手、自行式仰拱長(zhǎng)棧橋、新型二次襯砌臺(tái)車(chē)工裝、馬蹄形盾構(gòu)、預(yù)切槽設(shè)備、懸臂式掘進(jìn)機(jī)等的應(yīng)用和創(chuàng)新；為全面統(tǒng)籌全線路隧道施工技術(shù)管理及提高隧道施工機(jī)械化水平形成示范效應(yīng)并提供技術(shù)支撐。

蒙華鐵路隧道； 隧道施工； 機(jī)械化配套； 濕噴機(jī)械手； 自行式仰拱長(zhǎng)棧橋； 二次襯砌臺(tái)車(chē)； 馬蹄形盾構(gòu)； 預(yù)切槽機(jī)； 懸臂式掘進(jìn)機(jī)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及綜合國(guó)力的提高，客貨共線、高速鐵路建設(shè)得到了空前發(fā)展，近年在建及今后幾年將要建設(shè)的鐵路隧道長(zhǎng)達(dá)5 000 km以上[1]。由于隧道內(nèi)使用的大型機(jī)械設(shè)備造價(jià)較高，初期成本投入大，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、投資管理體系、施工資源組織等因素的影響，目前國(guó)內(nèi)山嶺隧道施工仍廣泛采用人工及簡(jiǎn)易機(jī)械配套[2]。

文獻(xiàn)[3-4]對(duì)長(zhǎng)大隧道施工機(jī)械化配套進(jìn)行了較系統(tǒng)的闡述；文獻(xiàn)[5]對(duì)長(zhǎng)大隧道采用鋼拱架安裝機(jī)設(shè)備架設(shè)鋼拱架的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景進(jìn)行了論述；文獻(xiàn)[6]對(duì)長(zhǎng)大隧道采用混凝土機(jī)械手濕噴技術(shù)解決隧道粉塵量、提高工程實(shí)體質(zhì)量等方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了闡述；文獻(xiàn)[7-8]對(duì)長(zhǎng)大隧道采用機(jī)械化施工的工程經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，得出施工機(jī)械化配套的綜合效益顯著?，F(xiàn)有研究多以長(zhǎng)大隧道單工點(diǎn)為研究對(duì)象，尚未從全線路隧道施工角度展開(kāi)相關(guān)研究。

蒙西至華中地區(qū)鐵路(蒙華鐵路)貨運(yùn)通道作為國(guó)內(nèi)一次建成的最長(zhǎng)重載貨運(yùn)鐵路，自開(kāi)建以來(lái)，一直致力于推廣和提高全線隧道施工的大型機(jī)械化配套技術(shù)水平，全面推進(jìn)隧道建設(shè)新理念、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用。本文主要從全線路施工角度介紹蒙華鐵路隧道工程施工技術(shù)要點(diǎn)及機(jī)械化配套的推廣應(yīng)用情況。

1 工程概況

蒙華鐵路正線全長(zhǎng)1 814.5 km，正線隧道共計(jì)228座、長(zhǎng)468 km(含左、右線長(zhǎng)529 km)，占正線總長(zhǎng)的25.8%。其中：l≥10 km的隧道有10座，總長(zhǎng)149.6 km，最長(zhǎng)隧道——崤山隧道長(zhǎng)達(dá)22．751 km；6 km≤l<10 km的隧道有11座，總長(zhǎng)86.6 km；1 km≤l<6 km的隧道有78座，總長(zhǎng)176.8 km；l<1 km的隧道有129座，總長(zhǎng)55 km。

全線隧道斷面根據(jù)單線和雙線、有砟和無(wú)砟、巖石和土質(zhì)共分6種斷面形式，圖1和圖2分別為單、雙線(無(wú)砟軌道、巖石)隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓圖。

線路由北至南跨越區(qū)域廣、沿線地質(zhì)條件復(fù)雜、隧道重難點(diǎn)工程多。部分隧道穿越新黃土、粉細(xì)砂層、軟巖、第三系富水砂層、長(zhǎng)大斷層破碎帶、巖溶、煤層瓦斯、膨脹巖土、軟土及松軟土、高地溫、有害氣體、高地應(yīng)力等地層。

2 國(guó)內(nèi)鉆爆法施工現(xiàn)狀

隧道鉆爆法施工因其投資小、地質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，一直是國(guó)內(nèi)山嶺隧道的主要施工方法。

圖1 單線隧道內(nèi)輪廓(單位： cm)

圖2 雙線隧道內(nèi)輪廓(單位： cm)

2.1 開(kāi)挖工藝工法

開(kāi)挖鉆孔主要采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)(如YT28)、液壓鉆和簡(jiǎn)易的鉆孔臺(tái)架，個(gè)別長(zhǎng)大隧道采用液壓鑿巖臺(tái)車(chē)及多功能臺(tái)車(chē)。圍巖較好地段以機(jī)械開(kāi)挖為主，采用全斷面、臺(tái)階法施工；圍巖較差地段以人工開(kāi)挖配合小型機(jī)械設(shè)備為主，采用小斷面分部開(kāi)挖(如CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等)[9]。

2.2 初期支護(hù)及設(shè)備

錨桿施作較多采用人工手持風(fēng)鉆打孔，施工勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工工效較低且施作質(zhì)量較難控制；個(gè)別長(zhǎng)大隧道采用鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行錨桿的快速施作，但受技術(shù)、資金以及后期設(shè)備的維養(yǎng)等影響推廣度較低。噴混作業(yè)一般采用干噴機(jī)、潮噴機(jī)以及小型濕噴機(jī)，施工效率較低、工程實(shí)體質(zhì)量較難控制且施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，目前僅在較少的長(zhǎng)大隧道內(nèi)使用濕噴機(jī)械手。

2.3 仰拱施工及設(shè)備

仰拱施工一般采用簡(jiǎn)易仰拱棧橋，棧橋有效作業(yè)長(zhǎng)度通常為6～12 m，仰拱一次掏底為6～12 m，簡(jiǎn)易棧橋移動(dòng)通過(guò)裝載機(jī)實(shí)現(xiàn)。仰拱澆筑模板采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模板或自行研制的弧形鋼模板，仰拱縱向一次澆筑長(zhǎng)度較短，施工接縫較多。

2.4 防排水及二次襯砌澆筑

防水板鋪設(shè)采用自制的簡(jiǎn)易臺(tái)架，人工需求量大且耗時(shí)較長(zhǎng)，鋪設(shè)質(zhì)量較差時(shí)易形成拱部脫空或造成防水板拉斷導(dǎo)致澆筑過(guò)程中二次襯砌混凝土隔離分層，而較少采用防水板鋪設(shè)臺(tái)車(chē)和防水板自動(dòng)爬行焊機(jī)。襯砌臺(tái)車(chē)采用全斷面液壓鋼模板襯砌臺(tái)車(chē)，鋼模開(kāi)口數(shù)量少、開(kāi)孔尺寸較小，混凝土單窗集中供料、豎向跳窗供料及振搗不到位的現(xiàn)象突出，極易造成集料窩。二次養(yǎng)護(hù)未配備養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)或其他養(yǎng)護(hù)設(shè)備，襯砌表面常出現(xiàn)麻面蜂窩、龜裂等表觀缺陷。

總體而言，目前國(guó)內(nèi)山嶺隧道鉆爆法施工的整體機(jī)械化程度仍較低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工環(huán)境較惡劣，隧道實(shí)體工程質(zhì)量及施工機(jī)械化配套水平仍有待提高。

3 蒙華鐵路隧道工程技術(shù)要點(diǎn)

3.1 建立監(jiān)控量測(cè)信息化平臺(tái)

建立隧道監(jiān)控量測(cè)信息化平臺(tái)，將全線隧道的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一納入信息管理平臺(tái)，同時(shí)明確施工單位是監(jiān)控量測(cè)的責(zé)任主體，并將監(jiān)控量測(cè)納入施工工序管理。

將全站儀測(cè)得的監(jiān)控量測(cè)原始數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，再通過(guò)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)建立全線信息共享的公共基礎(chǔ)平臺(tái)，保證建設(shè)、施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位均能通過(guò)移動(dòng)智能設(shè)備(如手機(jī))及時(shí)全面掌握隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況?，F(xiàn)場(chǎng)三臺(tái)階法施工隧道的監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置效果如圖3所示。

圖3 隧道監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置效果

自建立隧道監(jiān)控量測(cè)信息化平臺(tái)以來(lái)，取得了以下成效：

1)通過(guò)信息化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立可靠的預(yù)警機(jī)制，實(shí)時(shí)掌握隧道初期支護(hù)的變形情況，確保施工人員及設(shè)備的安全。自2016年3月開(kāi)工至2017年4月30日，全線537個(gè)作業(yè)面、27 442個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共發(fā)生1 979次變形預(yù)警，均及時(shí)采取了措施，保證了施工安全。

2)實(shí)時(shí)掌握全線隧道各級(jí)圍巖的實(shí)際變形量，為隧道各級(jí)圍巖的預(yù)留變形量值提供科學(xué)依據(jù)，在一定程度上減少了隧道出現(xiàn)的過(guò)度超挖和侵界現(xiàn)象，節(jié)約了工程成本。

3)通過(guò)對(duì)監(jiān)控量測(cè)成果的運(yùn)用，為優(yōu)化隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)提供了依據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，保證隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求。

3.2 大斷面開(kāi)挖及初期支護(hù)早封閉施工

為全面推行機(jī)械化施工，隧道開(kāi)挖優(yōu)先采用全斷面法，其次采用臺(tái)階法；軟弱破碎圍巖及軟土隧道通過(guò)超前預(yù)支護(hù)或掌子面預(yù)加固等措施提高圍巖自穩(wěn)能力，創(chuàng)造大斷面開(kāi)挖的施工條件；采用其他工法(如CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等)須報(bào)建設(shè)單位批準(zhǔn)。

強(qiáng)調(diào)初期支護(hù)封閉的及時(shí)性，初期支護(hù)鋼架緊貼掌子面，初期支護(hù)仰拱及時(shí)封閉成環(huán)，緊跟下臺(tái)階。軟弱圍巖隧道采用兩臺(tái)階法施工時(shí)初期支護(hù)仰拱封閉成環(huán)距掌子面距離按1倍洞跨控制，采用三臺(tái)階法施工時(shí)初期支護(hù)仰拱封閉成環(huán)距掌子面距離按不大于2倍洞跨控制。現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)階法開(kāi)挖施工步距控制如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)階法施工

3.3 提高硬巖地段隧道光面爆破水平

為控制隧道超欠挖，解決現(xiàn)有隧道超挖量過(guò)大的問(wèn)題，在全線范圍內(nèi)鼓勵(lì)施工單位開(kāi)展爆破設(shè)計(jì)研究，優(yōu)化爆破參數(shù)及爆破工藝，召開(kāi)全線隧道光面爆破技術(shù)交流會(huì)，推廣光面爆破成果，提高硬巖地段隧道光面爆破水平。桐木隧道光面爆破效果如圖5所示。

圖5 桐木隧道光面爆破效果

3.4 確保隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量

明確初期支護(hù)是隧道的主要承載結(jié)構(gòu)，提出初期支護(hù)應(yīng)確保施工期間圍巖穩(wěn)定及自身結(jié)構(gòu)的安全，是施工安全最關(guān)鍵、最重要的保障。1)要求全線隧道初期支護(hù)噴射混凝土采用濕噴工藝，必須采用濕噴機(jī)械手并保證噴射混凝土的早期強(qiáng)度； 2)優(yōu)化初期支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，全線推廣使用“8”字結(jié)格柵鋼拱架，按照圍巖級(jí)別和斷面形式的不同，形成H130、H150、H180、H230系列標(biāo)準(zhǔn)化鋼架體系，采用工廠化加工并統(tǒng)一配送，確保鋼架質(zhì)量。

提倡仰拱長(zhǎng)段落施作，一般地段隧道仰拱一次清底不小于24 m，仰拱及填充長(zhǎng)段落施作，保證基底結(jié)構(gòu)的整體性；為提高仰拱填充整體剛度，取消隧道中央排水溝，充分利用兩側(cè)邊溝排水。二次襯砌澆筑采用滑槽逐窗入模工藝和拱頂帶模注漿工藝，保證二次襯砌混凝土澆筑質(zhì)量并解決襯砌拱頂脫空問(wèn)題；采用噴淋養(yǎng)護(hù)臺(tái)車(chē)等進(jìn)行襯砌養(yǎng)護(hù)，確?；炷恋膹?qiáng)度和密實(shí)度。

4 蒙華鐵路隧道施工機(jī)械化配套

為保證蒙華鐵路隧道施工質(zhì)量及安全，減小工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高隧道施工工效，全面提升隧道施工機(jī)械化水平，鼓勵(lì)施工單位聯(lián)合設(shè)備廠商研發(fā)、試驗(yàn)和推廣應(yīng)用隧道施工專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)備。

4.1 隧道施工機(jī)械化設(shè)備推廣應(yīng)用

4.1.1 濕噴機(jī)械手

為全面貫徹新奧法施工理念，確保圍巖和隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體，全面提高隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，要求全線隧道初期支護(hù)采用濕噴工藝，必須使用濕噴機(jī)械手，濕噴機(jī)噴射能力不小于15 m3/h。

為此，全線各參建單位對(duì)噴漿設(shè)備進(jìn)行了采購(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)累計(jì)投入300多臺(tái)施工效率較高的噴漿設(shè)備，如鐵建重工HPS系列、湖南五新CHP30C型、長(zhǎng)沙科達(dá)KC30型、意大利CIFA-CSS-3型、德國(guó)PM500型等，絕大多數(shù)噴射機(jī)械手噴射能力達(dá)30 m3/h?，F(xiàn)場(chǎng)初期支護(hù)混凝土芯樣如圖6所示。

圖6 初期支護(hù)混凝土芯樣

現(xiàn)場(chǎng)采用濕噴工藝結(jié)合噴射機(jī)械手作業(yè)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)采用濕噴工藝，極大地改善了混凝土的品質(zhì)，初期支護(hù)混凝土的密實(shí)度、抗壓和抗剪強(qiáng)度、抗?jié)B性能得到充分保證；同時(shí)，避免了傳統(tǒng)人工噴射時(shí)空洞和強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題的發(fā)生，大幅度減少隧道后期出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷和病害。

2)相對(duì)于傳統(tǒng)人工干噴或潮噴作業(yè)，采用噴射機(jī)械手極大地減少了粉塵量；同時(shí)，施工人員遠(yuǎn)離噴射面遙控作業(yè)，為施工人員提供了一個(gè)相對(duì)良好的作業(yè)環(huán)境，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

3)現(xiàn)場(chǎng)噴射機(jī)械手作業(yè)平均工效為20 m3/h，而傳統(tǒng)人工噴射作業(yè)平均工效為4 m3/h，施工工效得到了極大的提高，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4)采用濕噴機(jī)械手作業(yè)，雖然前期投資大，但是由于人員需求少、施工效率高，施工綜合成本要低于干噴機(jī)和小型濕噴機(jī)。

4.1.2 自行式仰拱長(zhǎng)棧橋

為減少隧道仰拱及填充層的施工接縫，保證隧道仰拱及填充層混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量及整體性，要求一般情況下全線隧道仰拱一次性撿底不小于24 m，仰拱及填充層澆筑長(zhǎng)度根據(jù)模筑襯砌臺(tái)車(chē)的長(zhǎng)度進(jìn)行分段澆筑，一次澆筑長(zhǎng)度為9～12 m。針對(duì)這一要求，自行式仰拱長(zhǎng)棧橋設(shè)備得到了廣泛的推廣，全線累計(jì)投入329座。廟坪隧道所使用的自行式仰拱長(zhǎng)棧橋設(shè)備如圖7所示。

圖7 自行式仰拱長(zhǎng)棧橋

相對(duì)于簡(jiǎn)易仰拱棧橋，自行式仰拱長(zhǎng)棧橋具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)能保證仰拱開(kāi)挖及支護(hù)、二次襯砌鋼筋綁扎及混凝土澆筑、隧道出渣等各項(xiàng)工序的同步作業(yè)，提高了施工工效，降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在一定程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本。

2)隧道基底一次撿底長(zhǎng)度長(zhǎng)，撿底質(zhì)量能得到有效保證(以往短仰拱單次撿底周期短，現(xiàn)場(chǎng)撿底質(zhì)量控制較難做到位)，一定程度上減少了營(yíng)運(yùn)期間隧道基底出現(xiàn)的滲水、基底掏空等各類(lèi)病害。

3)仰拱及填充混凝土一次澆筑長(zhǎng)度較長(zhǎng)，減少了混凝土環(huán)向接縫數(shù)量，提高了隧道底部混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。

4.1.3 二次襯砌臺(tái)車(chē)工裝設(shè)備

4.1.3.1 二次襯砌澆筑分流槽布料設(shè)備

為解決隧道二次襯砌混凝土澆筑過(guò)程中存在的施工工效低、換管過(guò)程繁瑣、二次襯砌施工冷縫等問(wèn)題，同時(shí)提高混凝土澆筑品質(zhì)，提倡二次襯砌澆筑采用分流槽布料(見(jiàn)圖8)，混凝土滑槽逐窗入模。

圖8 分流槽布料

二次襯砌澆筑采用分流槽布料設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過(guò)拱頂大分流槽及分料筒實(shí)現(xiàn)了同層窗口的全部利用，克服了傳統(tǒng)跳層澆筑和集中布料導(dǎo)致的混凝土離析。

2)省去傳統(tǒng)澆筑時(shí)存在的導(dǎo)管多次組裝和拆解等工序，降低堵管風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)混凝土連續(xù)澆筑，避免了出現(xiàn)施工冷縫，有效提高了二次襯砌混凝土澆筑質(zhì)量。

4.1.3.2 混凝土灌注窗口優(yōu)化調(diào)整

傳統(tǒng)二次襯砌臺(tái)車(chē)每層窗口間距一般為2 m左右，凈空尺寸為45 cm×45 cm，布設(shè)4個(gè)。受窗口數(shù)量和尺寸的限制，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際二次襯砌混凝土澆筑很難做到振搗密實(shí)，混凝土缺振、少振現(xiàn)象較突出。

針對(duì)這種現(xiàn)象，在既有二次襯砌臺(tái)車(chē)設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及廠家試驗(yàn)，二次襯砌臺(tái)車(chē)縱向長(zhǎng)度按照9 m設(shè)計(jì)，將窗口尺寸調(diào)整為100 cm×45 cm(長(zhǎng)×寬)，窗口間距為0.5 m，每層布設(shè)6個(gè)。

4.1.3.3 拱頂帶模注漿設(shè)備

為解決二次襯砌拱頂脫空問(wèn)題，提倡對(duì)二次襯砌臺(tái)車(chē)進(jìn)行工裝改造，臺(tái)車(chē)頂部布設(shè)注漿孔(見(jiàn)圖9)，在二次襯砌混凝土初凝后及時(shí)進(jìn)行拱頂帶模注漿。

圖9 臺(tái)車(chē)注漿孔布設(shè)

采用拱頂帶模注漿工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)帶模及時(shí)注漿，避免了傳統(tǒng)襯砌注漿液與襯砌“兩層皮”的現(xiàn)象，使注漿材料與二次襯砌混凝土形成良好的受力整體。

2)避免了傳統(tǒng)注漿不當(dāng)導(dǎo)致的隧道防排水系統(tǒng)堵塞所造成的后期運(yùn)營(yíng)隱患。

3)工藝操作便捷且可靠，在襯砌施工工序間隙注漿，不影響其他施工工序。

4.2 隧道施工機(jī)械化設(shè)備創(chuàng)新

4.2.1 馬蹄形盾構(gòu)

白城隧道全長(zhǎng)3 345 m，最大埋深約81 m；隧道主要穿越地層以粉砂、細(xì)砂、砂質(zhì)新黃土為主，圍巖級(jí)別為Ⅴ、Ⅵ級(jí)，其中Ⅴ級(jí)圍巖地段長(zhǎng)2 730 m，Ⅵ級(jí)圍巖地段長(zhǎng)305 m[10]。圍巖整體穩(wěn)定性較差，采用傳統(tǒng)礦山法施工難度大且施工工期長(zhǎng)。為充分發(fā)揮機(jī)械化施工的高效性及安全性，經(jīng)過(guò)各方充分論證，現(xiàn)場(chǎng)采用馬蹄形盾構(gòu)(見(jiàn)圖10)施工，盾構(gòu)斷面尺寸為11.476 5 m×11.360 m，開(kāi)挖面積達(dá)105.6 m2，是鐵路山嶺隧道軟土地質(zhì)領(lǐng)域的首次運(yùn)用。

白城隧道采用馬蹄形盾構(gòu)施工具有如下優(yōu)勢(shì)：

1)馬蹄形盾構(gòu)掘進(jìn)速度一般能達(dá)到40 mm/min(擬最大推速60 mm/min)，正常情況下掘進(jìn)速度維持在10 m/d；2017年3月，馬蹄形盾構(gòu)創(chuàng)造了單月掘進(jìn)308.8 m的記錄，單日最高掘進(jìn)10環(huán)(16 m)；而采用傳統(tǒng)礦山法施工，相同地質(zhì)條件下Ⅴ級(jí)圍巖月進(jìn)度僅為35～50 m[7]，Ⅵ級(jí)圍巖月進(jìn)度僅為20～25 m。相比礦山法，盾構(gòu)法施工工效得到極大提高。

2)采用盾構(gòu)法施工極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，為更加安全高效施工提供了保障；采用預(yù)制管片拼裝及同步注漿工藝，極大地提高了隧道施工質(zhì)量，保證了隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，降低了運(yùn)營(yíng)期間的維護(hù)成本。

3)與傳統(tǒng)盾構(gòu)(圓形截面)相比，馬蹄形盾構(gòu)極大地提高了隧道空間利用率，較圓形截面減少了10%～15%的開(kāi)挖面積。

4)白城隧道采用原礦山法施工每延米造價(jià)約12.0萬(wàn)元，采用盾構(gòu)法施工每延米造價(jià)約13.95萬(wàn)元，直接費(fèi)用總計(jì)增加約6 545.2萬(wàn)元，費(fèi)用增幅達(dá)16.32%；但施工工期的縮短及施工質(zhì)量的有效保證可以創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，綜合效益顯著。

4.2.2 預(yù)切槽設(shè)備

預(yù)切槽法是介于淺埋暗挖法和盾構(gòu)法之間的一種新工法，通過(guò)沿拱圈切割一條寬數(shù)十cm、深數(shù)m的切槽，再澆筑混凝土，形成連續(xù)且具備一定強(qiáng)度的混凝土殼體，再在混凝土預(yù)支護(hù)下采用施工機(jī)械進(jìn)行大斷面開(kāi)挖，是一種適用于軟土隧道施工的新工法[11]。

為提高軟土隧道施工的機(jī)械化水平，保障軟土隧道施工安全，在郝窯科隧道Ⅳ級(jí)黃土地段設(shè)置科研試驗(yàn)段，開(kāi)展預(yù)切槽法施工試驗(yàn)。該施工方法在我國(guó)系首次采用。現(xiàn)場(chǎng)預(yù)切槽機(jī)的試驗(yàn)情況如圖11所示。

圖11 預(yù)切槽機(jī)械

郝窯科隧道采用預(yù)切槽法共計(jì)施工12環(huán)(長(zhǎng)29 m)切槽和噴灌預(yù)支護(hù)。通過(guò)對(duì)切槽預(yù)支護(hù)施工關(guān)鍵技術(shù)的研究和試驗(yàn)，取得了切槽深度和寬度、分塊數(shù)量、搭接長(zhǎng)度、噴灌混凝土和開(kāi)挖支護(hù)等主要施工工藝參數(shù)；預(yù)切槽機(jī)械設(shè)備研發(fā)取得了階段性成果。同時(shí)，現(xiàn)有研發(fā)設(shè)備尚未實(shí)現(xiàn)切灌同步，混凝土澆筑質(zhì)量較難保證，設(shè)備行走及切灌定位耗時(shí)較長(zhǎng)，施工工效較低等問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究解決。

4.2.3 懸臂式掘進(jìn)機(jī)

銀山1#隧道淺埋段近距離側(cè)穿采油廠及下穿屈家畔村莊[12]，采用傳統(tǒng)鉆爆法施工需對(duì)鄰近采油廠區(qū)域采取必要的防護(hù)措施以及對(duì)屈家畔村莊進(jìn)行整體搬遷。考慮工程施工環(huán)境復(fù)雜，征拆難度大且費(fèi)用高，同時(shí)該段隧道穿越地質(zhì)主要為白堊系砂巖(巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度為5.24～5.92 MPa)，屬軟巖，經(jīng)過(guò)各方充分論證，該段隧道采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖施工。

懸臂掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖在軟巖隧道施工中具有如下優(yōu)勢(shì)：

1)針對(duì)非爆破開(kāi)挖環(huán)境，懸臂掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖能最大程度地降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)盡可能地提高開(kāi)挖速率。

2)相對(duì)傳統(tǒng)鉆爆法施工，能減少對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)，較好地控制地表沉降量及隧道超欠挖量。

5 結(jié)論與建議

蒙華鐵路在我國(guó)隧道施工、建設(shè)管理等方面進(jìn)行了有益探索和實(shí)踐，隧道施工技術(shù)要點(diǎn)可以概括為“一強(qiáng)化(強(qiáng)化量測(cè))、二緊跟(鋼架緊貼掌子面，仰拱緊跟下臺(tái)階)、三超前(超前預(yù)報(bào)、超前加固、超前支護(hù))、四到位(工法選擇到位、支護(hù)措施到位、快速封閉到位、襯砌質(zhì)量到位)”，并大力推廣濕噴機(jī)械手、自行式仰拱長(zhǎng)棧橋、新型臺(tái)車(chē)工裝、新型開(kāi)挖設(shè)備(馬蹄形盾構(gòu)、預(yù)切槽設(shè)備、懸臂式掘進(jìn)機(jī)等)等施工機(jī)械化配套的應(yīng)用和創(chuàng)新，可為全面統(tǒng)籌全線路隧道施工技術(shù)管理以及提高隧道施工機(jī)械化水平形成示范效應(yīng)并提供技術(shù)支撐。建議如下：

1)運(yùn)用管理、技術(shù)于一體的綜合措施是確保隧道工程質(zhì)量合格、施工安全的有效手段。

2)提升隧道施工機(jī)械化水平，是改善施工作業(yè)環(huán)境、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、確保工程實(shí)體質(zhì)量的有力支撐。

3)選用新型機(jī)械設(shè)備或改進(jìn)現(xiàn)有工裝設(shè)備，需設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工等單位積極配合，共同探索，必要時(shí)需聯(lián)合設(shè)備廠商進(jìn)行研發(fā)、試驗(yàn)和推廣應(yīng)用。

[1] 張梅. 采用先進(jìn)技術(shù)和裝備確保鐵路隧道施工安全與質(zhì)量[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2009, 46(3): 1.

ZHANG Mei. Adopt advanced techniques to ensure the construction safety and quality of railway tunnels [J]. Modern Tunnelling Technology, 2009, 46(3): 1.

[2] 李有兵. 長(zhǎng)大隧道機(jī)械化配套安全快速施工技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2012, 49(5): 110.

LI Youbing. Rapid mechanized construction techniques for long tunnels with large sections [J]. Modern Tunnelling Technology, 2012, 49(5): 110.

[3] 萬(wàn)姜林, 李檜祥, 時(shí)圣文, 等. 單線鐵路長(zhǎng)隧道機(jī)械化配套與快速施工技術(shù)[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2002, 23(3): 108.

WAN Jianglin, LI Huixiang, SHI Shengwen, et al. Mechanical set-forming and high-speed construction technology for long single-track railway tunnels [J]. China Railway Science, 2002, 23(3): 108.

[4] 王磊. 淺談長(zhǎng)大隧道機(jī)械化施工設(shè)備配套[J]. 山西交通科技, 2009(6): 79.

WANG Lei. The study of equipment supporting of mechanical construction for long tunnel [J]. Shanxi Science & Technology of Communications, 2009(6): 79.

[5] 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.

KANG Baosheng. A new type of steel rib installing machine used in tunneling [J]. Tunnel Construction, 2011, 31(5): 624.

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

ZHAI Fuqiang. Application of robot-executed wet shotcreting technology in long tunnels [J]. Tunnel Construction, 2010, 30(S1): 346.

[7] 湯憲高, 單向華, 魏志宏, 等. 長(zhǎng)大鐵路隧道機(jī)械化施工配套技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究[J]. 隧道建設(shè), 2012, 32(3): 270.

TANG Xiangao, SHAN Xianghua, WEI Zhihong, et al. Economic analysis of mechanical matching in construction of long railway tunnels [J]. Tunnel Construction, 2012, 32(3): 270.

[8] 徐穩(wěn)超, 湯憲高. 貴廣鐵路雙線隧道鉆爆法施工機(jī)械化配套及適用性分析[J]. 隧道建設(shè), 2013, 33(6): 431.

XU Wenchao, TANG Xiangao. Mechanical matching for double-track railway tunnels constructed by drilling-and-blasting method and analysis of its applicability: Case study of tunnels on Guiyang-Guangzhou Railway[J]. Tunnel Construction, 2013, 33(6): 431.

[9] 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范： TB 10003—2016[S]. 北京： 中國(guó)鐵道出版社, 2016.

Code for design on tunnel of railway: TB 10003—2016 [S].Beijing: China Railway Publishing House, 2016.

[10] 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司. 白城隧道施工圖[Z]. 天津: 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司, 2015.

China Railway Design Corporation. Baicheng Tunnel construction plans [Z]. Tianjin: China Railway Design Corporation, 2015.

[11] 王秀英, 劉維寧, 趙伯明, 等. 預(yù)切槽技術(shù)及其應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題[J]. 隧道建設(shè), 2011, 48(3): 22.

WANG Xiuying, LIU Weining, ZHAO Boming, et al. Pre-cutting method and its key techniques in application[J]. Tunnel Construction, 2011, 48(3): 22.

[12] 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司. 銀山1#隧道施工圖[Z]. 天津: 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司, 2015.

China Railway Design Corporation. Yinshan #1 Tunnel construction plans [Z]. Tianjin: China Railway Design Corporation, 2015.

蒙華鐵路全線控制性工程——崤山隧道5號(hào)斜井與出口左線提前順利貫通

2017年12月6日上午9點(diǎn)，蒙(西)華(中)鐵路全線控制性工程——崤山隧道5號(hào)斜井與出口左線經(jīng)過(guò)930 d的鏖戰(zhàn)，提前90 d順利貫通，該施工節(jié)點(diǎn)的成功突破為全線如期貫通打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

崤山隧道分左線和右線2座單線隧道，隧道左線全長(zhǎng)22 751 m，右線全長(zhǎng)22 771 m，隧道最大埋深約為500 m，隧道地質(zhì)構(gòu)造及水文條件極為復(fù)雜，屬一級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道。中國(guó)鐵建十六局五公司承建崤山隧道4號(hào)斜井至出口段的施工，正線全長(zhǎng)23.018 km，其中線路左線全長(zhǎng)11 536 m，線路右線全長(zhǎng)11 482 m; 包括輔助坑道2座，分別為前場(chǎng)(4號(hào))斜井2 646 m和蔓草窩(5號(hào))斜井1 790 m。此次貫通的5號(hào)斜井至出口間施工長(zhǎng)度為6 500 m(含斜井1 790 m)，期間經(jīng)歷黃土、破碎圍巖、富水及多處斷層施工，施工環(huán)境惡劣，安全質(zhì)量控制難度大。

崤山隧道地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件復(fù)雜、難度大、工期緊。為了保證5號(hào)斜井與出口左線的順利貫通，施工方多次制定詳細(xì)的技術(shù)、安全、質(zhì)量及施工組織措施，并大力落實(shí)班組長(zhǎng)質(zhì)量責(zé)任制，嚴(yán)把安全質(zhì)量關(guān)。施工期間采取新工藝、新型隧道施工設(shè)備，開(kāi)展科技攻關(guān)，優(yōu)化施工組織、工藝方案，提高施工效率。

(摘自 人民網(wǎng) http://henan.people.com.cn/n2/2017/1206/c380476-31001883.html)

TechnicalKeyPointsandMechanizationMatchingofMenghuaRailwayTunnelConstruction

HAN Hegeng, SHEN Zhijun, PI Sheng*

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

The tunnel constructed by drilling and blasting method has many disadvantages, such as low overall mechanization degree, poor construction environment and high labor intensity. The technical key points of Menghua Railway Tunnel construction, i.e. measurement strengthening, steel frame closes to working face and lower bench followed by inverted arch, advance geological prediction, advance reinforcement and advance support, and proper construction method, rational support method, quick closure and good lining quality, are summarized in terms of establishment of the monitoring information platform, large cross-section excavation and early closure construction of primary support, improvement of smooth blasting level of hard rock tunnel and support structure quality. And then the construction mechanization matching of the tunnel, including the application and innovation of wet spraying manipulator, self-propelled inverted arch long trestle, new-type of fixtures of secondary lining trolley, horseshoe-shaped shield, pre-cutting machine and boom-type roadheader, etc, is emphatically introduced, so as to provide technical support for management of the tunnel construction and improvement of mechanization level.

Menghua Railway Tunnel; tunnel construction; mechanization matching; wet spraying manipulator; self-propelled inverted arch long trestle; secondary lining trolley; horseshoe-shaped shield; pre-cutting machine; boom-type roadheader

2017-07-12;

2017-10-18

韓賀庚(1962—)，男，北京人，1983年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，隧道與地下工程專(zhuān)業(yè)，本科，高級(jí)工程師，主要從事鐵路工程建設(shè)技術(shù)管理工作。E-mail： HANHEGENG@mxhz.com.cn。*通信作者： 皮圣， E-mail： 1078206964@qq.com。

10.3973/j.issn.2096-4498.2017.12.009

U 455

B

2096-4498(2017)12-1564-07