地方鐵路I級(jí)單線小斷面隧道快速施工技術(shù)

劉景軍

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第四工程有限公司 黑龍江哈爾濱 150050）

1 引言

隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路隧道大多為雙線大斷面，而單線小斷面隧道越來越少，由于單線隧道施工斷面小，洞內(nèi)作業(yè)空間狹窄、各項(xiàng)工序干擾大，因此在施工設(shè)備、工序的連續(xù)性、組織的合理性、安全質(zhì)量和工期管理等方面需要精心設(shè)計(jì)、合理組織，才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，單線鐵路隧道地質(zhì)較差地段主要采用臺(tái)階法施工，上臺(tái)階施工完成后，再進(jìn)行下臺(tái)階的施工，逐一循環(huán)，耗時(shí)較長，各工序相互干擾大，施工進(jìn)度緩慢。

面對(duì)此種現(xiàn)狀，深入研究探討和實(shí)踐，在短臺(tái)階法施工基礎(chǔ)上創(chuàng)新改進(jìn)，形成了上下臺(tái)階同時(shí)起爆快速施工技術(shù)；選擇最佳的資源配置、優(yōu)良的組織管理，有效地減少了各工序互相干擾，充分利用時(shí)間和空間，實(shí)現(xiàn)各工序間的零交接，從而縮短循環(huán)時(shí)間，加快施工進(jìn)度。

2 工程概況

安良隧道全長2155m，其中：Ⅲ級(jí)圍巖430m，Ⅳ級(jí)一般圍巖525m，Ⅳ級(jí)加圍巖470m，Ⅴ級(jí)一般圍巖214m，淺埋段Ⅴ級(jí)加圍巖486m，明洞及棚洞30m。安良隧道為單線隧道，地鐵I級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，凈空面積僅34.58m2，進(jìn)口段位于半徑600m的曲線上，其余地段為直線段，從隧道進(jìn)口至出口，縱坡為下坡3.0‰，進(jìn)口段為反坡排水。最大埋深為110m，最小埋深15m。洞身圍巖以砂巖、泥巖為主，巖層節(jié)理發(fā)育，隧道出口段受斷層影響，圍巖較破碎[1]。安良隧道采用“新奧法”的原理組織施工。

3 技術(shù)原理

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，單線鐵路隧道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖段采用上下臺(tái)階法，Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面法[2]。傳統(tǒng)的施工方法有以下缺點(diǎn)：①單線鐵路隧道Ⅲ級(jí)圍巖的全斷面法，只有一個(gè)工作面，每個(gè)循環(huán)工序不能重疊，每個(gè)時(shí)間段只能有一種工序作業(yè)，作業(yè)循環(huán)時(shí)間較長；②臨界Ⅲ級(jí)圍巖后需要改變施工方法，通常每次改變工法需要4～5d；③單線鐵路隧道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的臺(tái)階法，如果遇到單線小斷面隧道，隧道斷面小，空間不足，無法滿足上下臺(tái)階同時(shí)作業(yè)，按照“先上臺(tái)階，后下臺(tái)階，再上臺(tái)階，再下臺(tái)階”的模式循環(huán)施工，導(dǎo)致施工循環(huán)時(shí)間較長[3]。

鐵路單線隧道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法開挖，利用上、下臺(tái)階同時(shí)施工、同時(shí)爆破的方法具有顯著優(yōu)勢(shì)：①適用于單線隧道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜、各類圍巖相互接茬點(diǎn)；②上、下臺(tái)階同時(shí)起爆、同步作業(yè)，減少出渣工序、機(jī)械往返占用的循環(huán)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)上下錯(cuò)開斷面的全斷面施工，同時(shí)在管理上把時(shí)間和空間用足，以便快速施工；③單線隧道Ⅵ、Ⅴ級(jí)圍巖按照此施工工藝進(jìn)行開挖作業(yè)，上下臺(tái)階同步循環(huán)，然后再根據(jù)地質(zhì)情況適當(dāng)微調(diào)循環(huán)進(jìn)尺。

4 小斷面隧道快速施工技術(shù)

單線小斷面隧道Ⅵ、Ⅴ級(jí)圍巖上、下臺(tái)階同時(shí)起爆快速施工方法的核心思想是上、下臺(tái)階同時(shí)起爆，促使上、下臺(tái)階同步作業(yè)，即下臺(tái)階鉆眼、裝藥、起爆與上臺(tái)階同步進(jìn)行，上臺(tái)階立鋼拱架、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片、安裝錨桿等工序和分部開挖的下臺(tái)階出碴、初期支護(hù)的鋼拱架、安裝鋼網(wǎng)片、鋼筋錨桿同時(shí)進(jìn)行（出碴時(shí)間不占作業(yè)循環(huán)時(shí)間），上、下臺(tái)階噴射混凝土同步施工，從而實(shí)現(xiàn)單線小斷面隧道Ⅵ、Ⅴ級(jí)圍巖上下臺(tái)階同步快速施工[4]。

4.1 施工工藝流程

單線小斷面隧道Ⅵ、Ⅴ級(jí)圍巖上、下臺(tái)階同時(shí)起爆快速施工方法施工工藝流程如圖1所示。

4.2 形成臺(tái)階

水平位置需根據(jù)自身的資源配置、施工組織的確定，保證上下臺(tái)階作業(yè)時(shí)間相同。上臺(tái)階施工過程：鉆孔→裝藥→爆破→排險(xiǎn)、清理頂部→立拱架→掛網(wǎng)→打錨桿及進(jìn)行超前支護(hù)→噴混凝土；下臺(tái)階施工過程：鉆孔→裝藥→爆破→出碴→立拱架→掛網(wǎng)→打錨桿→噴混凝土，保證上下臺(tái)階循環(huán)過程同步進(jìn)行，同時(shí)起爆，同時(shí)作業(yè)。上下臺(tái)階開挖只需要一個(gè)開挖作業(yè)平臺(tái)，即在上臺(tái)階使用鉆爆臺(tái)車，在下臺(tái)階無需使用。

上臺(tái)階長度必須確保挖掘機(jī)能夠到掌子面，可以實(shí)現(xiàn)扒碴、找頂、移動(dòng)鉆爆臺(tái)車等施工作業(yè)；施工時(shí)要有合理的工作面，采用3m鉆桿，從而臺(tái)階長度滿足開挖打鉆3m長鉆桿放置平臺(tái)的需要，施工鉆爆臺(tái)車放置在上臺(tái)階。通過實(shí)踐，上臺(tái)階長度以4.5～5.0m為最佳。

4.3 同時(shí)起爆作業(yè)

形成上、下臺(tái)階作業(yè)面后，測量放樣確定外輪廓線及周邊眼、輔助眼、掏槽眼位置，采用光面爆破施工技術(shù)，光面爆破炮眼布置圖如圖2所示。同步開始上、下斷面的鉆孔、清孔、裝藥、起爆作業(yè)。

4.4 上臺(tái)階扒碴、找頂

爆破作業(yè)完成后，洞內(nèi)及時(shí)進(jìn)行施工通風(fēng)排煙，挖掘機(jī)提前就位，將上臺(tái)階的洞碴扒至下臺(tái)階并修筑上下臺(tái)階坡道，并找頂、排險(xiǎn)。

圖1 小斷面隧道快速施工工藝流程圖

圖2 炮眼布置圖

4.5 上臺(tái)階施工材料、設(shè)備就位

利用裝載機(jī)將上臺(tái)階作業(yè)臺(tái)車端至掌子面，再次進(jìn)行人工排險(xiǎn)及局部欠挖風(fēng)鎬處理，同時(shí)從洞外用出砟車將鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片等材料運(yùn)至下臺(tái)階處，再用鏟車將運(yùn)來的材料順著上下臺(tái)階預(yù)留的坡道運(yùn)送至上臺(tái)階作業(yè)面，及時(shí)直立拱架并測量校正和檢查斷面。

上臺(tái)階支立拱架和下臺(tái)階出碴作業(yè)人員開始立鋼拱架時(shí)，下臺(tái)階方可開始裝載機(jī)整理底板、出渣，從而實(shí)現(xiàn)下臺(tái)階出碴不占用作業(yè)循環(huán)時(shí)間。

4.6 鋼拱架、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)片、超前措施

分部法的上臺(tái)階進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片、鎖腳錨桿、系統(tǒng)錨桿、超前支護(hù)施工。鋼筋網(wǎng)片掛設(shè)要連續(xù)，由專業(yè)電焊工焊接連接鋼筋。待鋼筋網(wǎng)片初步掛設(shè)完成，鉆工開始鉆孔施做鎖腳、系統(tǒng)錨桿和超前小導(dǎo)管。兩側(cè)拱腳及施工平臺(tái)上準(zhǔn)備兩臺(tái)風(fēng)鉆施工鎖腳錨桿、砂漿錨桿、組合中空錨桿及超前小導(dǎo)管鉆孔。鎖腳、錨桿、超前交叉打眼互不干擾。同時(shí)，下臺(tái)階開始架立鋼拱架、掛鋼筋網(wǎng)片、施做錨桿[5]。

上下臺(tái)階同時(shí)噴混凝土。在初期支護(hù)即將結(jié)束時(shí)，提前將上下臺(tái)階噴射混凝土的2套設(shè)備和噴錨料運(yùn)至施工現(xiàn)場，安裝設(shè)備管線，做好噴混凝土作業(yè)準(zhǔn)備，初期支護(hù)完成后，同時(shí)開始上、下斷面的噴射混凝土作業(yè)。

5 效果分析

以安良隧道為例，采用本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了上、下臺(tái)階同步起爆、同步作業(yè)，充分發(fā)揮機(jī)械性能，從而縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間；實(shí)現(xiàn)上下錯(cuò)開的全斷面施工，出碴不占用作業(yè)循環(huán)時(shí)間，充分利用時(shí)間和空間，加快施工進(jìn)度。按單線隧道一般施工方法進(jìn)度指標(biāo)III級(jí)圍巖為120m/月，IV級(jí)圍巖為90m/月，V級(jí)圍巖為50m/月。與之相比，采用上、下臺(tái)階同時(shí)起爆快速施工方法，隧道每月平均掘進(jìn)III級(jí)圍巖為165m、IV級(jí)圍巖為100m，而且在機(jī)械、人員配備及循環(huán)進(jìn)尺還有可進(jìn)一步優(yōu)化空間。

6 結(jié)束語

單線隧道上下臺(tái)階同時(shí)起爆快速施工的首要條件是形成上下臺(tái)階，其核心是上下臺(tái)階同時(shí)起爆、平行作業(yè)、同步噴混凝土，形成上下臺(tái)階同步作業(yè)循環(huán)模式；關(guān)鍵點(diǎn)是組織嚴(yán)密、工序緊湊、機(jī)械和人員配合密切，達(dá)到上下臺(tái)階平行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)工序間的零交接。該施工技術(shù)在安良隧道的成功應(yīng)用，有效克服了隧道空間狹窄、工序干擾等問題，縮短了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，值得在單線隧道及小斷面輔助坑道施工中廣泛推廣應(yīng)用。

[1]安良隧道設(shè)計(jì)圖紙.

[2《]鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（TZ-204-2008）.

[3《]客貨共線鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程》（Q/CR 9653-2017）.

[4]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[5]關(guān)寶樹，趙 勇.軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.