烏鞘嶺特長隧道施工技術及方案研究

摘要:烏鞘嶺隧道是我國目前計劃修建的國內最長的鐵路單線隧道，本文從設計、地質條件、施工方案、支護等方面介紹了該隧道主要施工技術及經驗。

關鍵詞:隧道 施工方案 支護

1 工程概況

1.1 隧道簡介 烏鞘嶺特長隧道全長20050m，設計為兩座單線隧道。該隧道右線出口段線路曲線半徑為1200m，緩和曲線伸入隧道68.79m，隧道其余地段均位于直線上，線間距為40m。本標段洞內縱坡除出口端350m為10.9‰的下坡，余均為11‰的下坡。

1.2 地形和地貌 烏鞘嶺隧道出口位于古浪縣龍溝鄉的砂溝臺，地形較狹窄，施工場地和地形條件較差，路肩設計高程為2446m。

該地區整體屬于祁連山東北部中高山區，隧道進口以南為莊浪河河谷區，出口以北為古浪河及其支流龍溝河河谷區，隧道經過烏鞘嶺～毛毛山中高山區，根據山體相對高度及本標段工程情況，可進一步劃分為烏鞘嶺中高山區和烏鞘嶺北坡低高山區二個次級地貌單元。

1.2.1 烏鞘嶺中高山區:位于F4和F7斷層之間，海拔高程3500m左右，毛毛山最高峰為4070m。該區地勢較高，相對高差較大，自然坡度35°～50°，地表廣腐植土，陰坡小灌木發育。

1.2.2 烏鞘嶺北坡低高山區:位于F7斷層以北，地形起伏不大，自然坡度15°～30°，海拔高程2800m左右，相對高差200～400m。地表多有土層覆蓋，其間溝谷發育，主要支溝有大洪溝、窄洪溝、金家直溝、大沙溝、天井溝及直溝等。

1.3 隧道結構

隧道采用曲墻帶仰拱整體式模筑混凝土襯砌，模筑混凝土支護，其拱部背后進行回填壓漿，模筑混凝土支護為隧道結構的組成部分。隧道在模筑支護與模筑襯砌之間設防水板，按“防水板+防水板”結構形式沿隧道全長全斷面鋪設。全隧道洞內設雙側保溫水溝，墻腳縱向設廬200mmPVC盲溝。橫向按5.0～10m間距設φ60mm軟式透水管環向盲溝，與墻腳縱向盲溝相連。縱向盲溝通過“三通”及φ50 mm泄水管將襯砌背后的水排入側溝。

2 施工方案

本標段Ⅰ線(右線)隧道出口段7500m的正洞及其附屬工程，采用“新奧法”原則組織施工，配備三臂鑿巖臺車、液壓襯砌臺車等大型設備，按主載有軌運輸模式組織施工，形成隧道鑿巖裝渣運輸、砼錨噴支護和二次模筑砼襯砌三條機械化作業線。

Ⅲ～Ⅴ級圍巖段均采用全斷面施工，利用三臂鑿巖臺車鉆孔，非電毫秒雷管光面爆破;Ⅵ級圍巖地段采用人力風鎬配合斗容0.4m3井巷挖掘機開挖。隧道出渣利用3.8m3電動鏟裝機裝渣，14t電瓶車牽引五節一組的斗車出渣。洞內運輸軌道采用7#道岔配合43Kg/m鋼軌組成四軌二線有軌運輸系統。

隧道二次襯砌除特別設計地段(一般錨段和下錨段及安裝風機段等)采用襯砌臺架配合大塊鋼模板施工外，其余一般地段均采用液壓模板臺車整體式襯砌，模板臺車每組長度為12m，砼在洞外采用自動計量集中拌合站拌合，利用砼罐車運輸至澆筑地點，通過砼輸送泵壓入模板內。

橫通道及附屬洞室隨正洞進度情況適時安排施工，采用人工風鉆配合簡易開挖臺架進行。附屬洞室襯砌和正洞洞身襯砌一并進行施做;橫通道襯砌組合臺架配合定型大塊模板施工。

2.1 隧道施工機械裝備配套模式

2.1.1 配套原則 根據以往長大隧道裝備配套的成功經驗結合我單位的現有裝備實力，同時結合本工程的規模和特點，隧道裝備配套方面盡量選用無廢氣污染的電動設備，并本著“技術先進，滿足需求，性能可靠，略有富余”的原則配備進行，按重載四軌二線配置;橋梁施工按大塊組合鋼模立模，泵送砼技術要求進行設備配置。

2.1.2 隧道機械裝備模式

①開挖及運輸設備

三臂鑿巖臺車+3.8m3電動鏟裝機(ITC312H4挖掘式裝巖機配合)+大噸位(14t)電瓶車+斗車五聯串車(單個斗車6m3)+四軌二線(43kg/m鋼軌，900mm軌距)。

②砼襯砌設備

60m3/h拌合站+2組液壓模板臺車(另配1組模板臺架)+6m3軌行式砼輸送車+砼輸送泵。

2.2 隧道開挖及支護

2.2.1 隧道施工原則 隧道施工按照“新奧法”原理，施工中遵循先護后挖的原則，堅持“管超前，嚴注漿，短進尺，弱爆破，強支護，早封閉，勤量測”的原則穩步前進。

管超前——在Ⅵ級圍巖地段隧道開挖之前，施做超前注漿φ108mm長管棚或φ42mm小導管(必要時帷幕注漿預加固)，作為超前支護手段;在Ⅴ級圍巖地段隧道開挖之前，施做超前注漿φ42mm小導管加固掌子面圍巖。

嚴注漿——在軟弱地層中根據施工需要，壓注不同類型的漿液，以改善圍巖的物理力學性能，提高圍巖的自穩能力，確保開挖過程中及開挖后、支護前的圍巖穩定。

短進尺——控制開挖進尺，減小超前支護承載跨度，加快噴混凝土的封閉速度，減少掌子面暴露時間，確保洞室掌子面的穩定。每次控制開挖進尺，減少因開挖時間過長或因爆破裝藥量多而導致對圍巖產生過大擾動。

弱爆破——采用可靠的開挖方式，如微震控制爆破的方法，減少裝藥量，以減少施工對圍巖的擾動，以便充分利用圍巖的自身強度，確保安全高效。

強支護——采用徑向砂漿錨桿加強圍巖的整體性等措施，以提高圍巖的自身承載力，采用格柵鋼架、鋼筋網、噴射砼，增強支護結構的強度，以達到控制圍巖的變形，保證地表下沉量在規定范圍內。

早封閉——開挖一結束，立即進行初噴混凝土封閉開挖面，并用已預先制做好的格柵鋼架對圍巖進行支撐，特殊地段加強支護結構，及早使支護結構封閉成環，使隧道開挖后能夠在圍巖自穩時間內以最快的速度完成初支，達到對圍巖的保護，合理調節上下臺階長度，使初支結構能夠快速形成封閉環結構，改善結構受力狀況，控制地層、圍巖變形，發揮支護結構的整體效用。

勤量測——加強監控量測工作，全過程監控隧道圍巖變化，以信息化技術指導施工，保證結構施工安全。

2.2.2 正洞開挖及支護施工

①開挖方法的選擇和機械配置

隧道Ⅵ級圍巖地段拱部采用φ108mm長管棚或R32N錨桿超前預注漿加固地層，采用人力風鎬配合斗容0.4m3的井巷挖掘機全斷面開挖，開挖后及時實施噴、網、錨、型鋼鋼架等聯合支護，每循環開挖進尺為1.5m。Ⅴ級圍巖地段采用φ42mm小導管預注漿超前支護，三臂鑿巖臺車全斷面開挖，采用非電毫秒雷管、二號巖石乳化炸藥周邊眼預裂或光面爆破，噴、網、錨、鋼筋格柵鋼架等聯合支護，每循環開挖進尺為2.0m。

2.3 二次襯砌施工方案

2.3.1 正洞襯砌方案 隧道二次襯砌除特別設計地段(一般錨段和下錨段及安裝風機段等)采用簡易襯砌臺車外，其余一般地段均采用液壓模板臺車施工。砼采用洞外自動計量拌和站集中生產，利用砼罐車運輸至澆筑地點，通過砼輸送泵壓入模板內，附著式振動器配合插入式搗固棒搗固砼。

2.3.2 一般錨段、下錨段的襯砌方案 一般錨段、下錨段的襯砌采用自制的簡易襯砌臺車進行襯砌砼的施工。簡易襯砌臺車由臺車主架、模板架、大塊鋼模板等幾大部分組成，它通過調整相應部位的千斤頂來調整模板架的空間位置進行立模、拆模，臺車在軌道上通過機械拖動來移位行走。簡易襯砌臺車按一次全斷面襯砌9m設計。砼的生產供應、運輸、灌筑與正洞一般段類似。

2.3.3 附屬洞室的襯砌方案 橫通道襯砌隨正洞進度情況適時安排施工，采用人工架立邊墻和拱架，模板采用P2015可調鋼模。砼采用洞外自動計量拌和站集中生產供應，利用砼罐車運輸至澆筑地點后，通過砼輸送泵壓入模板內，插入式搗固棒搗固砼。

2.3.4 襯砌斷面變化處的銜接過渡 不同襯砌加寬斷面處的銜接過渡，在射流風機室地段因對襯砌線型的圓順性有一定要求，其銜接過渡采用漸變截面過渡，其余地段均采用臺階式過渡。根據設計位置和尺寸要求，對不能利用液壓模板臺車和簡易襯砌臺車襯砌時，采用人工架立邊墻架和拱架，安裝組合式定型鋼模板如P2009、P2015、P3015等進行襯砌砼銜接過渡的施工。

3 總結

烏鞘嶺隧道是我國目前計劃修建的國內最長的鐵路單線隧道，它的建成必將成為新世紀我國鐵路建設的標志性工程，代表著我國鐵路建設事業多年來取得的長足進步和隧道修建技術的最高水平，對我國鐵路隧道建造技術的進一步發展和更大提高起著極其重要的推動作用。

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