閆優(yōu)YAN You；楊華YANG Hua

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710000）

0 引言

近幾年，新建的蒙華鐵路[1-3]、衢寧鐵路、大臨鐵路[4]、玉墨鐵路和大瑞鐵路均有很多的長(zhǎng)大單線鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速160km的單線鐵路隧道軌面寬度6m，設(shè)計(jì)時(shí)速140km的單線鐵路隧道軌面寬度只有4.4m。單線鐵路隧道斷面小，獨(dú)頭掘進(jìn)距離長(zhǎng)，施工相互干擾大、不能有效實(shí)現(xiàn)工序間的平行作業(yè)，能有效配套的機(jī)械設(shè)備較少，施工功效非常低，施工工期不可控，容錯(cuò)率非常低，對(duì)大多施工企業(yè)形成了巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施的逐漸完善，鐵路、公路交通建設(shè)重心逐漸向西南邊陲地區(qū)轉(zhuǎn)移。為解決滇西南地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下的特殊小斷面單線長(zhǎng)大隧道快速施工的難題，本文依托大瑞鐵路老紅坡隧道工程，采用常規(guī)的鉆爆法施工，通過(guò)對(duì)隧道施工工法的合理優(yōu)化、調(diào)車洞的合理設(shè)置、施工機(jī)械設(shè)備的合理配置、施工組織的高效管理等方面進(jìn)行了分析和對(duì)比，較好地解決了小斷面隧道快速施工技術(shù)的難題并提出了高效的管理思路，有效的提高了單線隧道的施工功效，可為后續(xù)類似工程施工提供參考。

1 工程概況

新建大瑞鐵路老紅坡隧道全長(zhǎng)9851m，洞身最大埋深486m。隧道除進(jìn)口538m、出口613m為雙線隧道，其余段落均為單線隧道（內(nèi)軌頂面最大凈寬4.4m），全隧Ⅱ級(jí)圍巖400m，占4.1%，Ⅲ級(jí)圍巖1600m，占16.2%，Ⅳ級(jí)圍巖4095m，占41.6%，Ⅴ級(jí)圍巖3756m，占38.1%。

老紅坡隧道地處云貴高原西部邊緣橫斷山脈南段，為我國(guó)著名的滇西縱谷地帶，峰巒重疊，河谷深切，地形陡峻，穿越瀾滄江深大斷裂與保山褶皺及騰沖褶皺帶，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，具有“三高”（高地?zé)帷⒏叩貞?yīng)力、高地震烈度）、“四活躍”（活躍的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、活躍的地?zé)崴h(huán)境、活躍的外動(dòng)力地質(zhì)條件、活躍的岸坡淺表改造過(guò)程）特點(diǎn)。隧道穿越的主要不良地質(zhì)構(gòu)造有觀音山背斜、張家莊斷層、背后山斷層、水塘子平移斷層、新房子斷裂、吳家莊斷層。

隧道分進(jìn)口和1、2、3號(hào)橫洞四個(gè)作業(yè)工區(qū)組織施工，輔助橫洞最長(zhǎng)達(dá)1450m，單口獨(dú)頭掘進(jìn)最長(zhǎng)達(dá)3700m。

2 單線鐵路隧道的施工特點(diǎn)和需解決的主要矛盾

2.1 單線鐵路隧道的施工特點(diǎn)

①單線鐵路隧道斷面小、作業(yè)空間有限，全斷面作業(yè)不能使用裝載機(jī)并行快速出渣作業(yè)。見圖1。

圖1 單線隧道斷面尺寸

②隧道獨(dú)頭掘進(jìn)長(zhǎng)、洞內(nèi)溫度高，作業(yè)環(huán)境惡劣。

③隧道相適應(yīng)的配套設(shè)備少、作業(yè)工序間相互制約。

④隧道內(nèi)施工交通組織難、相互干擾制約問(wèn)題突出。

⑤隧道內(nèi)無(wú)法錯(cuò)車、無(wú)法調(diào)頭、仰拱及襯砌砼澆筑作業(yè)時(shí)隧道內(nèi)交通中斷。

2.2 單線隧道快速施工要解決的主要矛盾

通過(guò)大瑞鐵路（時(shí)速140km）隧道的施工實(shí)踐，快速施工需要解決如下主要矛盾：

①掌子面作業(yè)空間狹窄，相適應(yīng)的配套設(shè)備少，挖機(jī)、裝載機(jī)、運(yùn)輸車輛難以配套。

②各工序間相互干擾、制約，地質(zhì)頻繁交替變化，開挖工法的正確應(yīng)用和轉(zhuǎn)換對(duì)施工進(jìn)度制約較大。

③作業(yè)機(jī)械和運(yùn)輸車輛相互干擾、制約，洞內(nèi)調(diào)頭和相互錯(cuò)車嚴(yán)重影響作業(yè)功效。

④單線隧道斷面小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)并行出渣，中型挖機(jī)出渣功效不高。

⑤單線隧道對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工組織管理水平要求特別高，現(xiàn)場(chǎng)管理者不能科學(xué)合理解決各機(jī)械設(shè)備之間的相互干擾問(wèn)題，機(jī)械設(shè)備故障癱瘓通道等，導(dǎo)致隧道整體施工功效不能達(dá)到最佳狀況。

3 單線隧道快速施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 選擇正確的開挖工法，確保施工安全、高效和工法間快速轉(zhuǎn)換

通過(guò)不同地質(zhì)對(duì)開挖工法不斷的優(yōu)化，最終固化了單線隧道三臺(tái)階、兩臺(tái)階和全斷面開挖工法，各臺(tái)階的劃分高度充分考慮了噴漿機(jī)械手、運(yùn)輸車輛通行、作業(yè)功效，地質(zhì)復(fù)雜多變，開挖工法的相互快速轉(zhuǎn)化是快速施工的基本保證。

①三臺(tái)階開挖工法：地質(zhì)遇到強(qiáng)風(fēng)化的玄武巖夾泥巖和白云巖充填泥質(zhì)物的Ⅴ級(jí)圍巖鋼架支護(hù)段落，質(zhì)軟、非常破碎、地下水發(fā)育、自穩(wěn)能力差的Ⅴ級(jí)圍巖鋼架支護(hù)段落。臺(tái)階高度劃分：上臺(tái)階高度3.9～4.1m，中臺(tái)階高度2.8～3.0m，下臺(tái)階高度2～2.2m；臺(tái)階長(zhǎng)度控制：上臺(tái)階長(zhǎng)度5~7.5m，中臺(tái)階長(zhǎng)度5~7.5m；上臺(tái)階加工兩個(gè)長(zhǎng)方體形狀且能快速移動(dòng)、擺放的簡(jiǎn)易臺(tái)架，建議尺寸為：3.5m（長(zhǎng)）×1.5m（寬）×2m（高）。軟弱破碎圍巖仰拱封閉成環(huán)作業(yè)與下臺(tái)階開挖同步作業(yè)，仰拱封閉成環(huán)步距不大于35m。

②兩臺(tái)階開挖工法：地質(zhì)遇到中風(fēng)化的泥質(zhì)砂巖、玄武巖夾生物灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，巖石較硬、節(jié)理裂隙較發(fā)育、自穩(wěn)能力較好的Ⅳ級(jí)圍巖鋼架支護(hù)段落。臺(tái)階高度劃分：上臺(tái)階高度6.8～7.0m，下臺(tái)階高度2～2.2m，上臺(tái)階加工制作能移動(dòng)方便的整體作業(yè)臺(tái)架，臺(tái)架下可以通過(guò)所有的作業(yè)機(jī)械；臺(tái)階長(zhǎng)度控制：上臺(tái)階長(zhǎng)度10～15m，上、下臺(tái)階同步開挖，仰拱填充步距不大于55m。

③全斷面開挖工法：地質(zhì)遇到弱風(fēng)化的玄武巖、白云質(zhì)灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬、整體性好、自穩(wěn)能力強(qiáng)的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖錨網(wǎng)噴支護(hù)段落，能保障光面爆破質(zhì)量。全斷面作業(yè)高度8.25～8.75m，加工制作能滿足全斷面施工且移動(dòng)方便的整體臺(tái)架；仰拱填充步距不大于55m，底板步距不大于90m，二襯步距均不大于120m。

單線隧道選擇工法的原則：依據(jù)地質(zhì)情況，在確保安全的前提下，以減少工序?yàn)樵瓌t，優(yōu)先選擇全斷面法、其次選擇臺(tái)階法、最后選擇三臺(tái)階法。

3.2 調(diào)車洞的合理布設(shè)是單線隧道有序施工的保證

單線隧道內(nèi)使用的所有機(jī)械設(shè)備均無(wú)法錯(cuò)車、調(diào)頭，各設(shè)備在掌子面區(qū)域不能同時(shí)作業(yè)、停留，單個(gè)機(jī)械退出后另一個(gè)機(jī)械才可進(jìn)入作業(yè)范圍，機(jī)械進(jìn)出耽誤時(shí)間非常多。在單線隧道洞內(nèi)擴(kuò)挖梯車洞或小避車洞（設(shè)計(jì)無(wú)過(guò)軌管的洞室）形成機(jī)械設(shè)備的調(diào)車洞，有效解決了挖機(jī)、裝載機(jī)、砼運(yùn)輸罐車、機(jī)械手[8]、出渣車等設(shè)備作業(yè)過(guò)程的錯(cuò)車、調(diào)頭和停放，以減少挖掘機(jī)進(jìn)入和退出作業(yè)區(qū)通行時(shí)間為主線。

單線隧道設(shè)計(jì)的梯車洞尺寸為6m（凈深）×6m（凈寬）×5m（凈高），左右側(cè)交替間距為500m。單線隧道內(nèi)如實(shí)現(xiàn)配套機(jī)械快速調(diào)頭的調(diào)車洞尺寸為8m（凈深）×8.5m（凈寬）×5.8m（凈高），調(diào)車洞可以利用擴(kuò)挖梯車洞實(shí)現(xiàn)。（圖2）

圖2 大瑞鐵路4標(biāo)單線隧道調(diào)車洞設(shè)計(jì)斷面圖

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工統(tǒng)計(jì)得出，單線隧道出渣工序與調(diào)車洞的距離關(guān)系如圖3。

如圖3所示計(jì)算，按500m距離設(shè)置調(diào)車洞，出渣距離在250～500m區(qū)間范圍時(shí)出渣工序增加12～15d時(shí)間，單個(gè)調(diào)車洞開挖支護(hù)時(shí)間為7d，即：按500m距離設(shè)置調(diào)車洞比按250距離設(shè)置調(diào)車洞可直接增加出渣工序時(shí)間為5～8d?？紤]施工過(guò)程其他車輛會(huì)車時(shí)間影響，調(diào)車洞距離按250m設(shè)置一處為宜。

圖3 單線隧道出渣工序時(shí)間消耗和調(diào)車洞設(shè)置距離對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

3.3 隧道洞身曲墻變直墻可實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)并行出渣作業(yè)

單線隧道設(shè)計(jì)空間只能滿足挖機(jī)裝渣作業(yè)，如將隧道開挖斷面的邊墻曲少量?jī)?yōu)化調(diào)為直墻，可實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)與出渣車的并行出渣，出渣工序的快速施工效果明顯，裝載機(jī)并行出渣較挖機(jī)出渣每循環(huán)可節(jié)約1.5~2h。

為保證隧道結(jié)構(gòu)受力安全，建議對(duì)全斷面法施工的Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖斷面進(jìn)行優(yōu)化，月進(jìn)尺可增加10～15m。Ⅲ級(jí)圍巖斷面優(yōu)化后每延米增加開挖量和襯砌同級(jí)混凝土回填量為1.18方；Ⅳa級(jí)圍巖斷面優(yōu)化后每延米增加開挖量和襯砌同級(jí)混凝土回填方量均0.97方。

3.4 單線隧道快速施工要素配置

3.4.1 基本要素配置（表1）

3.4.2 濕噴機(jī)械手與小型濕噴機(jī)的功效對(duì)比分析

①濕噴機(jī)械手作業(yè)：臺(tái)階法和全斷面法施工的掌子面，濕噴機(jī)械手較小型噴漿機(jī)作業(yè)快速施工的效果非常明顯，噴射混凝土強(qiáng)度和平整度容易保證，噴砼工序時(shí)間較小型濕噴機(jī)作業(yè)每循環(huán)可減少2～3h。

②小型濕噴機(jī)作業(yè)：兩臺(tái)階法立鋼架掌子面噴砼作業(yè)必須使用整體臺(tái)架，受臺(tái)架對(duì)噴射作業(yè)角度的影響，邊墻噴砼平整度較難控制，需二次補(bǔ)噴作業(yè)；全斷面法錨網(wǎng)噴掌子面噴砼作業(yè)不宜使用整體臺(tái)架，爆破后可利用渣體形成錨網(wǎng)噴作業(yè)平臺(tái)，邊墻噴砼平整度不受整體臺(tái)架的制約，噴砼強(qiáng)度和平整度容易保證，需要每循環(huán)及時(shí)噴漿，光爆段落不能實(shí)現(xiàn)多循環(huán)一次噴漿的條件。

表1單線隧道單個(gè)掌子面不同工法實(shí)現(xiàn)快速施工的要素配置

4 單線隧道快速施工組織管理措施

4.1 合理的工序指標(biāo)考核是實(shí)現(xiàn)快速施工的關(guān)鍵手段

快速施工就是要以“零耽擱、負(fù)交接”為目標(biāo)，以“誰(shuí)誤事、誰(shuí)負(fù)責(zé)、強(qiáng)考核”為手段，工序組織是實(shí)現(xiàn)快速施工的基礎(chǔ)，要充分考慮各工序之間的關(guān)系，通過(guò)分解工序時(shí)間，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)組織管理來(lái)實(shí)現(xiàn)快速施工。

①時(shí)速140km的單線隧道在不同開挖工法和支護(hù)類型的循環(huán)工序時(shí)間分解如表2~表4；②單線隧道快速施工的考核指標(biāo)（考慮仰拱、二襯砼澆筑對(duì)掌子面進(jìn)度的耽誤）：1）Ⅴ級(jí)圍巖三臺(tái)階法施工：每循環(huán)開挖支護(hù)2榀鋼架，開挖進(jìn)尺為1.2m、1.6m、1.8m，每循環(huán)16小時(shí)，每月進(jìn)度考核指標(biāo)對(duì)應(yīng)為45m、60m、75m。2）Ⅳ級(jí)圍巖兩臺(tái)階法施工：每循環(huán)開挖支護(hù)2榀鋼架，開挖進(jìn)尺為2.4m，每循環(huán)18小時(shí)，每月進(jìn)度考核指標(biāo)為80m。3）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖全斷面法施工：錨網(wǎng)噴支護(hù)，平均開挖進(jìn)尺為3m，按兩循環(huán)錨噴28小時(shí)，每月進(jìn)度考核指標(biāo)為120m。

表2 V級(jí)圍巖三臺(tái)階法開挖工序循環(huán)時(shí)間表

表3Ⅳ級(jí)圍巖臺(tái)階法開挖工序循環(huán)時(shí)間表

表4Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖全斷面法開挖工序循環(huán)時(shí)間表

4.2 技術(shù)管理、服務(wù)和工序組織管理要精準(zhǔn)到位

①技術(shù)管理與服務(wù)必須精準(zhǔn)到位，包括技術(shù)測(cè)量服務(wù)、拌合站混凝土供應(yīng)、火工品供應(yīng)、支護(hù)材料的儲(chǔ)備等，必須確保技術(shù)管理與服務(wù)、物資材料供應(yīng)“零耽擱”。②加強(qiáng)施工工序組織管理，包括進(jìn)出掌子面機(jī)械設(shè)備的調(diào)度、調(diào)車洞的合理使用，橫洞與正洞三岔口的通行調(diào)度，仰拱填充及襯砌混凝土的澆筑時(shí)機(jī)，出渣車輛的運(yùn)輸調(diào)度等，必須強(qiáng)化各工班的銜接與施工組織的“負(fù)交接”。③引入BIM技術(shù)和相關(guān)信息管理平臺(tái)，對(duì)施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，更有利于優(yōu)化施工組織。

4.3 強(qiáng)抓光面爆破作業(yè)，提高單線隧道施工效率

光面爆破效果是快速施工的關(guān)鍵，較好的光爆效果不僅消除了掌子面掉塊的安全隱患，而且有效的控制隧道超、欠挖，節(jié)約了施工成本，還減少了噴射混凝土工序作業(yè)時(shí)間，施工功效明顯提高。搞好光面爆破才能保障隧道工程質(zhì)量，才能規(guī)避隧道質(zhì)量缺陷。項(xiàng)目部要根據(jù)不同巖性和工法對(duì)各掌子面進(jìn)行專項(xiàng)爆破設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化爆破參數(shù)，制定嚴(yán)格的考核兌現(xiàn)制度，使光面爆破效果達(dá)到最佳。

4.4 單線隧道快速施工的安全、質(zhì)量保障措施

①軟弱圍巖必須堅(jiān)持“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)、嚴(yán)步距”的基本原則，杜絕隧道發(fā)生大變形和塌方等災(zāi)害。②高度重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，必須將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作納入隧道施工的工序管理，未經(jīng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)檢測(cè)的掌子面不得施工。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作堅(jiān)持“內(nèi)外兼顧，內(nèi)為重；物鉆并用，鉆為重；長(zhǎng)短結(jié)合，短為重；異常部位，加密鉆探”的原則。③加大培訓(xùn)力度，提高技術(shù)管理人員對(duì)圍巖地質(zhì)的辨識(shí)能力，利用QQ及微信平臺(tái)及時(shí)傳輸各掌子面地質(zhì)信息和施工狀態(tài)，面對(duì)特殊不良地質(zhì)災(zāi)害時(shí)能快速動(dòng)態(tài)調(diào)整施工工法和啟動(dòng)應(yīng)急措施。④研究制定與單線隧道相適應(yīng)的配套設(shè)備及技術(shù)辦法，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化工藝工法，確保隧道施工質(zhì)量。

5 結(jié)論與建議

①通過(guò)采用合理的施工工法、調(diào)車洞的位置及實(shí)用有效的技術(shù)措施，達(dá)到了快速施工的目的，各級(jí)圍巖的施工進(jìn)度均有明顯提高。其中，Ⅲ級(jí)圍巖平均月進(jìn)度為130m，最高達(dá)156m；Ⅳ級(jí)圍巖平均月進(jìn)度為85m，最高達(dá)100m；Ⅴ級(jí)圍巖平均月進(jìn)度為60m，最高達(dá)75m。②單線隧道實(shí)現(xiàn)快速施工的建議：采取加大鋼架型號(hào)的辦法，適當(dāng)增加拱架間距。如：Ⅴc級(jí)圍巖在固定循環(huán)進(jìn)尺2榀的前提下，0.6m與0.8m拱架間距循環(huán)時(shí)間基本相同，但日進(jìn)度相差0.6m/天，月進(jìn)度能夠從45m/月提高至60m/月。③單線隧道快速施工需要積極發(fā)揮參建者的主觀能動(dòng)性，對(duì)特殊的軟巖大變形段落采取寧強(qiáng)勿弱、加大預(yù)留變形量的措施杜絕隧道變形侵限而拆換拱作業(yè)。