鐵路客運專線長大隧道快速施工技術(shù)研究
——以京福鐵路客運專線閩清隧道為例
王慶偉
(中鐵二局第五工程有限公司，四川，成都，610091)
【摘要】本文結(jié)合國內(nèi)部分已建和在建客運專線大斷面隧道的施工經(jīng)驗，以京福鐵路客運專線Ⅷ標段內(nèi)閩清隧道的施工為例，詳細介紹了閩清隧道施工方案，并結(jié)合該工程水文地質(zhì)特點及施工難點，分別闡述了施工組織安排及隧道快速施工方案，并從大斷面隧道的施工技術(shù)特點和開挖方法選擇對特長大斷面隧道快速施工技術(shù)進行了探討和總結(jié)，以期為今后同類長大隧道的施工提供參考和借鑒。
【關(guān)鍵詞】長大隧道;施工方案;快速施工技術(shù);大斷面;通風(fēng)
一、工程概況
閩清隧道為京福鐵路客運專線Ⅷ標段內(nèi)雙線隧道，是本標段的重點控制性工程，全長10531m，隧道最大埋深968m，設(shè)計速度目標值350km/h，線間距5m，采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，軌道結(jié)構(gòu)高度為515cm，隧道凈空斷面尺寸：9.08×13.3m。正洞設(shè)計起訖里程DK745+065～DK755+596，正洞圍巖Ⅱ～Ⅴ級，地層巖性主要為侏羅紀南園組火山巖及燕山早期鉀長花崗巖等。
1.1工程重點
閩清隧道設(shè)置斜井一座，出口平導(dǎo)一座：桔林斜井位于線路前進方向左側(cè)，斜井與隧道正洞交于DK748+400里程處，斜井綜合坡度為6.36%，斜井斜長1979.26m，采用無軌運輸雙車道斷面;出口平導(dǎo)位于線路前進方向左側(cè)，與隧道正洞交于DK753+300里程處，洞身坡度與正洞一致，為0.9%，平導(dǎo)長2138m，采用無軌運輸單車道+錯車道斷面，平導(dǎo)除與正洞交點處外，另設(shè)3處輔助橫通道，采用無軌運輸單車道斷面。
1.2工程難點
(1)隧道出口處鉀長花崗巖發(fā)育一組順坡節(jié)理，巖石沿該組節(jié)理易產(chǎn)生1～5米直徑的滾石，在山坡上形成小型堆積體。因此要加強對隧道不良地質(zhì)段的超前預(yù)報，防止災(zāi)害性事故發(fā)生。
(2)工期進度壓力大，安全風(fēng)險高，預(yù)測隧道開挖過程中將產(chǎn)生強烈程度以輕微為主的巖爆，預(yù)防巖爆，安全快速施工是本工程的難點。
(3)采用高性能耐久性混凝土以滿足高速鐵路工程結(jié)構(gòu)耐久性的要求。
(4)隧道中段至隧道出口之間均無公路相連接，且為火山巖、侵入巖地貌，相對高差達700m以上，大部分為陡峭的石壁，通行十分不便。
1.3工程地質(zhì)特征
閩清隧道在區(qū)域地質(zhì)上位于閩東火山斷坳帶的壽寧——華安火山基地斷隆帶北段，福建東部重力梯度帶上。工作區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，西南側(cè)為北北西向的順昌——閩清斷裂帶，西側(cè)為南北向浦城——嵩口斷裂帶，發(fā)育有脆性斷層，褶皺不發(fā)育。
區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷裂主要有：南北向、北東東向、北西向斷裂。區(qū)內(nèi)地層為火山巖地層，褶皺不發(fā)育。區(qū)內(nèi)斷層主要時代為燕山早期。斷層走向為南北向、北東東向、北西向，其中穿越隧道的斷層共有5條。
1.4水文地質(zhì)特征
地表水系屬于閩江流域，以四維山——五頭羊為分水嶺，東西兩側(cè)分別為安仁溪、古田溪支流。地下水類型主要為受大氣降水補給的孔隙水、基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水，宏觀上看，地下水的徑流方向基本與地表水一致，斜坡洼地地帶為地下水的補給、徑流區(qū)，河谷地帶為其排泄區(qū)。
二、總體施工方案
2.1總體施工方案
根據(jù)現(xiàn)場施工條件和工期的要求，由兩個架子隊分別負責(zé)隧道進、出口端施工，以進、出口端正洞形成兩個工作面，同時施工進口端桔林隧道及出口端平導(dǎo)，貫通后形成正洞3～4工作面。隧道施工機械配套的生產(chǎn)能力達到均衡施工能力的1.2～1.5倍。
采用多功能作業(yè)平臺配合人力風(fēng)鉆開挖，無軌運輸，配備挖掘機、裝載機、自卸汽車出碴，噴錨支護。共設(shè)棄碴場三處。襯砌采用液壓模板臺車襯砌，配備輸送泵、砼罐車等設(shè)備。采用壓入式機械通風(fēng)方式，主風(fēng)機設(shè)在洞口外上風(fēng)側(cè)壓入，以改善襯砌工作面工作環(huán)境。
2.2圍巖開挖循環(huán)時間表
閩清隧道大部分為Ⅱ級圍巖，按噴錨構(gòu)筑法原理組織施工，開挖采用全斷面法施工。采用無軌運輸方式，正裝側(cè)卸式裝載機配合自卸汽車出碴。隧道爆破采用光面爆破，嚴格控制超欠挖，初期支護噴射混凝土采用濕噴工藝。
三、隧道快速施工方案
3.1洞口段施工方案
先行施作洞頂截水溝，清除危石。邊、仰坡及明洞土石方分層開挖，隨挖隨噴錨支護，根據(jù)實際地質(zhì)情況結(jié)合設(shè)計及時進行加固，盡量減少對植被的破壞。開挖至暗洞的上半斷面底高后，施作管棚以備進暗洞，再開挖至基底，施工明洞基礎(chǔ)及仰拱，明洞墻拱整體澆注，加強防護和實時監(jiān)測。
3.2洞身施工方案
(1)超前綜合地質(zhì)預(yù)報方案
根據(jù)設(shè)計的地質(zhì)勘測資料，對不良地質(zhì)段進行補充地質(zhì)探查。在正洞工作面按照“由遠至近，逐步加密”的綜合地質(zhì)預(yù)測方法，先用物探手段探測掌子面前方及坑道周圍的地質(zhì)異常體，而后再用水平鉆孔法進行驗證，對開挖面前方及周圍的地質(zhì)情況進行準確預(yù)報，確定施工方案。
(2)洞身開挖施工方案
進、出口正洞各開一個施工作業(yè)面，同時施工桔林斜井及出口平導(dǎo)，桔林斜井進入正洞后分別向兩端各開一個施工作業(yè)面，出口平導(dǎo)進入正洞后只向小里程方向掘進。
洞身采用多功能作業(yè)平臺配合人力風(fēng)鉆開挖。Ⅱ級圍巖地段采用全斷面法開挖，Ⅲ級圍巖采用臺階法開挖，Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用三臺階法開挖，為確保施工安全，Ⅴ級圍巖初期支護增加臨時仰拱。采用無軌運輸，配備挖掘機、自卸汽車出碴。
(3)超前支護和初期支護施工方案
洞口超前支護采用采用Φ108大管棚，洞身段超前支護采用Φ42超前小導(dǎo)管。初期支護采用濕噴混凝土，緊跟掌子面，噴射混凝土采用TK500濕噴機+噴射機械手;錨桿安裝采用風(fēng)鉆打孔，人工安裝;鋼架(鋼筋網(wǎng))在洞外分段(分片)加工成半成品，經(jīng)洞外檢驗后現(xiàn)場安裝定位校正，運進洞按規(guī)范組裝架(掛)設(shè);噴料在洞外自動計量拌合站拌和，運料車送料，采用大管棚、超前小導(dǎo)管進行超前支護。
(4)仰拱及二次襯砌施工方案
隧道進出、口各配置1臺12m長穿行式液壓模板襯砌臺車，斜井正洞配置2臺襯砌臺車，平導(dǎo)正洞配置1臺襯砌臺車。仰拱襯砌采用防干擾棧橋，浮放仰拱架，拱墻整體澆注。棧橋跨度為6m、橋面寬4m�；炷劣蓭щ娮佑嬃康陌韬险炯邪柚�，6m?混凝土罐車運輸，混凝土輸送車泵送入模，附著式振動器配合插入式搗固棒搗固。仰拱襯砌洞身襯砌30m施工，采取搭設(shè)移動式棧橋縱向分段一次性澆灌，一次澆筑長度控制在12m以內(nèi)，仰拱和仰拱填充分開施工。
(5)防水施工方案
襯砌防排水采用專用臺車鋪設(shè)，對初期支護進行全面修整、找平、堵水，達標后再鋪設(shè)排水盲管和防水板。
四、隧道出口大斷面開挖快速施工
4.1全斷面開挖法
全斷面開挖法又稱全斷面掘進法，采用鑿巖機打眼，毫秒雷管、二號巖石乳化炸藥爆破開挖，光面爆破，一次開挖到位，噴、網(wǎng)、錨等聯(lián)合支護，適用于Ⅰ~Ⅲ級圍巖。其優(yōu)點在于工序少，干擾少，便于施工組織的管理，較大的作業(yè)空間有利于采用大型配套機械化作業(yè)，提高施工速度，全斷面一次成型，對圍巖的擾動次數(shù)減少，有利于圍巖的穩(wěn)定。
4.2開挖支護
Ⅱ級圍巖初期支護采用錨噴支護，C25噴射混凝土厚度為5cm，拱墻分界以拱部140°劃分。拱部錨桿采用中空錨桿，長2.5m，根據(jù)巖層產(chǎn)狀、節(jié)理以及錨桿所承受的拉力判斷錨桿布置是否合理。Ⅱ級圍巖初期支護緊跟掌子面，距離小于10m。找平層施作距離掌子面必須小于90m。初期支護施工用風(fēng)動鑿巖機打眼、人工安裝錨桿，拱部的中空錨桿用注漿泵注漿，噴射混凝土采用機械手施噴。
4.3鉆爆作業(yè)
根據(jù)“新奧法”施工的原則，采用計算法和工程類比法相結(jié)合的方法，對各級圍巖的開挖進行鉆爆設(shè)計，確定鉆爆參數(shù)和控制鉆爆設(shè)計圖。
開挖斷面周邊采用光面爆破，并根據(jù)圍巖情況及時修正主要爆破參數(shù)，減少超欠挖，以達到最佳爆破效果，形成整齊圓順的開挖輪廓線，以充分發(fā)揮圍巖的自承能力，減輕對圍巖的振動破壞。
4.3.1技術(shù)要求
(1)鉆眼直徑：為減輕爆破時對圍巖的擾動，控制爆破輪廓，適當(dāng)加密周邊眼，周邊眼孔距適當(dāng)縮小，避免超欠挖和增加鉆眼工作量，一般取E=(8～12)d，E為孔距，d為炮眼直徑。采用導(dǎo)爆索串裝藥結(jié)構(gòu)，孔口堵塞長度不小于40cm，采用YT—28風(fēng)鉆鉆眼，其直徑為Ф=42mm。
(2)光面爆破層厚度：光面爆破層厚度即最小抵抗線，其方向和大小根據(jù)地形、地質(zhì)因素綜合考慮，由于周邊眼的間距E與光面爆破層厚W有著密切關(guān)系，通常以周邊眼密集系數(shù)K表示為K=E/W。根據(jù)施工經(jīng)驗，閩清隧道出口施工一般取K=0.6～1.0，能達到最佳光爆效果，同時結(jié)合實際情況進行調(diào)整。
(3)爆破器材：根據(jù)本隧工程地質(zhì)特征，采用塑料導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索、15段毫秒雷管起爆系統(tǒng)，引爆采用起爆針。炸藥選用低猛度、低爆速、傳爆性能好的硝銨炸藥和乳化炸藥，選用φ32藥卷。周邊眼選用2#巖石光爆藥卷，其他炮眼選用2#巖石乳化炸藥。根據(jù)孔距、光面爆破層厚度、石質(zhì)及炸藥種類等綜合考慮確定裝藥量。
(4)炮眼間距偏差：掏槽眼不大于2cm，周邊眼與內(nèi)圈眼不大于3cm，周邊眼眼底不得超出外輪廓5cm，其它眼不大于5cm。
(5)炮孔口堵塞：炮孔口用炮泥堵塞，長度不小于40cm，炮泥最小密度達到1.90g/cm?，并具有較好的柔軟性。
4.3.2爆破參數(shù)(略)
五、隧道施工通風(fēng)方案
5.1通風(fēng)方案
由于隧道斷面、凈空對導(dǎo)風(fēng)筒的限制，通過對風(fēng)量、風(fēng)機風(fēng)壓、風(fēng)機功率等的計算，建設(shè)初期隧道掌子面通風(fēng)均采用洞口壓入式送風(fēng)達到隧道長度對新鮮空氣的要求。建設(shè)中期掌子面距洞口較遠，在平導(dǎo)內(nèi)增加185KW軸流風(fēng)機與平導(dǎo)洞口132KW軸流風(fēng)機串聯(lián)以滿足洞內(nèi)通風(fēng)需要。平導(dǎo)作為通風(fēng)坑道，主洞主要作為排污風(fēng)洞，每隔500m安裝一臺強力射流風(fēng)機，將污濁空氣從正洞排出洞外。建設(shè)后期在洞口配備一臺132KW軸流風(fēng)機反向抽風(fēng)，以避免從洞口排出的廢氣進入通風(fēng)機形成“循環(huán)風(fēng)”。
采用該方案后，隧道的通風(fēng)各項指標均符合《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》(TZ204-2008)15.1.1條等相關(guān)職業(yè)健康及安全標準要求。
5.2通風(fēng)管理
(1)成立具有環(huán)境意識的專業(yè)通風(fēng)隊伍，負責(zé)通風(fēng)設(shè)備安裝和定期維護，及時調(diào)整通風(fēng)方式，維護通風(fēng)效果。
(2)在洞口安裝溫度、濕度、CO自動檢測儀對有害氣體濃度和放射性物質(zhì)進行通風(fēng)監(jiān)測，根據(jù)濃度調(diào)整風(fēng)量，合理供風(fēng)。
(3)爆破后采用水幕降塵器滅塵，可溶解部分H2S，降低粉塵的濃度，增加能見度。
(4)風(fēng)管聯(lián)接采用密封法蘭盤接頭以減少接頭漏風(fēng)，墊板采用厚度3～6mm的橡膠板或軟聚氯乙烯塑料板。
(5)風(fēng)機的工作電流、電壓和U型管壓力由專業(yè)人員記錄，通過性能監(jiān)測曲線監(jiān)測通風(fēng)管路故障，以確保風(fēng)機的正常運行。U型管安裝在風(fēng)機出口的10～20m處以了解風(fēng)機的工作壓力，避免造成風(fēng)阻過載而燒毀電機。
(6)壓入風(fēng)管的出風(fēng)口距工作面15～20m，安裝做到平順，接頭牢固嚴密，避免轉(zhuǎn)小于135°急彎，彎道半徑不小于管徑的3倍。
六、施工組織管理
6.1前期踏勘
進場前期做好現(xiàn)場踏勘工作，對沿線道路、水、電、通訊、地材等信息進行掌握;對施工圖紙所示的結(jié)構(gòu)物位置現(xiàn)場標注，對施工前期需要修建的便道、駐地臨建位置進行統(tǒng)籌安排，確定最佳方案。
6.2優(yōu)化設(shè)計
對圖紙中可以優(yōu)化或不合理的設(shè)計部分可以通過正常的程序向監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主提出改進意見和方案，在得到審批后積極組織安排施工。
6.3統(tǒng)籌調(diào)度
單線隧道快速施工，必須抓好工序管理，合理安排工序及縮短工序銜接時間。安排好隧道內(nèi)行車調(diào)度，達到事半功倍的效果。
6.4規(guī)避風(fēng)險
施工區(qū)域易受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，春末多陰雨，初夏處于梅雨高峰期，時有冰雹和洪澇災(zāi)害出現(xiàn)。成立雨季防洪防汛領(lǐng)導(dǎo)小組，設(shè)立專職值班人員，并隨時與當(dāng)?shù)厮?a href='http://www.jinnzone.com/qxxx/' target='_blank'>氣象部門保持聯(lián)系，認真做好施工場地巡查及主體工程的防水、防洪、排水工作。6.5成效總結(jié)
閩清隧道工程進展始終按照施工組織工期要求按計劃推進，通過設(shè)計階段施工組織方案優(yōu)化，使設(shè)計與施工形成了有機結(jié)合，增強了施工組織方案的科學(xué)性、合理性。推行長大隧道快速施工技術(shù)和動態(tài)調(diào)整，同時加大對工序銜接管理制度，壓縮工序銜接時間，使各工序銜接在最短時間內(nèi)完成，保證了隧道的建設(shè)總工期。實際證明在大斷面施工中采用此種工序管理制度，使得現(xiàn)場開挖進度大大提高，在2012年11月、12月創(chuàng)下了單月258m和266m的開挖記錄，滿足了該隧道優(yōu)質(zhì)高效的建設(shè)要求，同時期望為今后鐵路客運專線長大斷面隧道快速施工提供經(jīng)驗總結(jié)與參考借鑒。
參考文獻：
[1]匡小慧.葡萄山特長公路隧道(酉陽段)快速施工技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué),2009.
[2]楊森森.高原特長隧道快速施工及機械配套技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué),2012.
[3]劉春陽.高原特長隧道安全快速施工技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué),2012.
[4]趙軍喜.通風(fēng)技術(shù)對隧道快速施工影響的研究[J].鐵道標準設(shè)計,2005,04:58-60.
轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/jixielw/8003.html
