天平鐵路六盤山特長隧道施工關鍵技術的研究

肖學勇 錢治國

（1 天平鐵路有限公司，甘肅天水 741020；2 甘肅交通職業技術學院，甘肅蘭州 730070）

1 概 況

天平鐵路六盤山特長隧道位于甘肅省平涼市華亭縣六盤山山脈，隧道總長16719m，除進口端長度365.05m 位于R-1200m的曲線上，其余斷落均位于直線上；進口576m 段落為蓮花臺車站雙線斷面，出口16143m 為單線斷面；隧道全部段落均為下坡，為全線第一長隧。隧道洞身最大埋深700m，隧道洞身以N36°E的走向穿越六盤山，其嶺脊呈近東西走向；山勢陡峻，嶺高溝深，地面高程1530～2570m，相對高差300～800m。施工工期定為35個月。

2 主要技術標準

單線隧道建筑限界采用《鐵路技術管理規程》（鐵道部令第29 號）中客貨共線鐵路建筑限界（V≤160km/h）的《隧道建筑限界圖（電力牽引區段）》限界標準，即“隧限-2A”；雙線隧道內輪廓線適用于時速120km/h（＜160km/h）線間距5.2m的車站要求。

3 主要工程內容和數量

3.1 主要工程內容

明洞、正洞及斜井洞口、洞身開挖、洞身支護（超前支護、臨時支護、初期支護）、仰拱及填充、防排水、二次襯砌、綜合接地及預埋、道床以及棄碴場防護工程施工。

3.2 工程數量

正洞：單線隧道長16143m，雙線隧道長576m；

斜井：5 座總長5721m。

4 水文地質

4.1 水系

隧道洞身經過地區受地貌單元、地層巖性、地質構造等因素的控制與影響，地下水賦存條件各不相同，水文地質情況比較復雜，地下水分布類型為巖溶裂隙潛水、承壓水及構造基巖裂隙潛水。

4.2 地下水分布特征及類型

六盤山特長隧道地下水的分布、埋深與含水層（體）的富水性，受控于地形地貌、地層巖性、地質構造和氣候條件。本區出露的地層主要有上第三系泥巖，白堊系砂巖夾泥巖、砂巖夾礫巖，三疊系砂巖及震旦系白云巖。受構造影響，砂巖夾泥巖、砂巖夾礫巖區巖體風化嚴重，節理裂隙發育，有利于地下水的入滲及儲存，白云巖生成年代早，溶隙、裂隙發育有利于地下水排泄，隧道區植被茂密，蓄水能力強，為大氣降水補給入滲創造了條件。隧道工地下分布形式主要有風化裂隙水，構裂隙水及巖溶水。

4.3 水化學測試

隧道區地表水、泉水、鉆孔水，水質良好，對圬工不具備氯鹽和硫酸鹽化學侵蝕性。

5 施工關鍵技術

針對六盤山特長隧道施工的特點、施工組織，本文只對施工的關鍵技術做出了相應的研究，期望能夠對相類似的工程做出指導。

5.1 施工測量

5.1.1 洞外控制測量

隧道開工前，首先復測設計中線，嚴密平差，達到設計精度；對進出口高程進行聯測閉合，采用統一高程。洞外采用三角控制測量，每個洞口設置三個平面控制點，將控制點設在能相互通視，穩固不動，而且便于引測進洞。

5.1.2 洞內控制測量

1）高程控制測量采用三等精密水準。

2）洞內施工放樣

隧道開挖放樣分別采用BJSD-2 型三維激光斷面儀和J2 激光經緯儀直接設站于洞內中線點上，將掌子面里程和儀器高程輸入編程計算機后即可確定掌子面拱部中心，據此再放出開挖斷面。

5.1.3 竣工測量

竣工測量的主要內容有：隧洞貫通測量、線路中線、隧洞凈空斷面和永久性高程點。

將測量新成果作為凈空測量、調整中線起始數據，并報監理工程師審查批準后使用。

5.2 進洞及洞口段施工

5.2.1 洞口開挖

（1）地表處理及截水天溝

施工前做好邊坡開挖輪廓線和截水天溝，同時將洞口段開挖線以外10～15 米范圍的漏斗、洼地、危石等進行處理，防止地表水向下滲漏或陷穴等繼續擴大影響隧道安全，確保邊仰坡穩定。

（2）洞口土石方開挖

洞口土石方用挖掘機開挖，開挖方法采用自上而下分層分臺階進行。

（3）邊仰坡刷坡與支護

邊仰坡刷坡自上而下分層進行，隨開挖及時進行錨網噴或骨架護坡等支護。

5.2.2 暗洞進洞

暗洞施工前首先對洞口襯砌外的邊仰坡進行錨噴（網）加固。洞口土石方開挖到達明暗洞交界處滿足超前管棚施作高度時，開始施做超前支護。在超前支護施作完成后進行暗洞洞身開挖。

5.2.3 明洞施工

（1）明洞開挖

明洞土石方開挖采取橫向分層縱向分段的方法進行施工。

（2）仰拱及邊墻基礎施工

仰拱施工采用全幅施工。鋼筋安裝前先設置定位鋼筋，再安裝鋼筋，保證鋼筋位置的正確。預留接頭鋼筋，并長短錯開，保證滿足鋼筋焊接需要。鋼筋焊接采用幫焊接頭，縱環向施工縫處設止水條。

（3）拱墻混凝土澆注

明洞襯砌均采用模板臺車作內模，外模采用組合鋼模對拱墻襯砌混凝土一次性灌注，混凝土由自動計量拌合站生產，罐車運輸，泵送入模，插入式振搗器振搗。

（4）防水層施工

明洞襯砌全部施工完畢后進行防水卷材施工，但要在混凝土養護期滿后施工，先用砂漿將混凝土基面整平，然后然后再施作防水卷材。

（5）明洞回填

明洞回填施工在洞門施工完畢，混凝土強度達設計強度后進行。先施工兩側回填漿砌片石，然后回填碎石土，從下至上，按設計對稱分層進行。回填土分層夯實，采用人工配合機械進行分層夯實。

5.3 洞身開挖施工

5.3.1 鉆爆施工

鉆爆作業是隧道施工控制工期、保證開挖輪廓的關鍵。本隧道采用微振動控制光面爆破技術，并根據圍巖情況及時修正爆破參數，達到最佳爆破效果，形成整齊圓順的開挖斷面，減少超挖，杜絕欠挖。

本隧道周邊采用光面爆破，以確保開挖輪廓平整圓順，其光面爆破施工工藝流程見圖1 所示。

5.3.2 鉆爆作業

施工時按照爆破設計進行鉆眼、裝藥、連線和引爆。如開挖條件出現變化需要變更設計時，由主管技術人員確定，其它人員不可隨意改變。

測量中的每一循環都由測量技術人員在掌子面標出開挖輪廓和炮孔位置。鉆孔施工嚴格按照炮眼布置圖正確對孔和鉆進；力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上；鉆眼完畢，按炮眼布置圖進行檢查，有不符合要求的炮眼重鉆，經檢查合格后，才能裝藥起爆。

圖1 光面爆破施工工藝流程圖

5.4 單線隧道控制工程開挖

針對不同的地質、圍巖，制定不同的開挖方法，實現快速施工。Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖，光面爆破；Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用（短）臺階法開挖；黃土隧道采用上斷面環形開挖預留核心土法施工。出渣采用機械出渣、無軌運輸。施工時及時采用物探技術對圍巖地質情況進行超前探測，堅持“光面爆破、噴錨緊跟、監控量測、及時反饋和修正”的原則。積極應用隧道施工的新技術、新工藝，機械設備配套施工，形成開挖、出渣、噴錨支護與混凝土襯砌相配合的流水作業。Ⅱ、Ⅲ級圍巖施工時，加強掏槽爆破，控制周邊光爆，合理進尺，控制超挖，杜絕欠挖，采取全斷面開挖；Ⅳ、Ⅴ級圍巖堅持“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、緊襯砌、快封閉”的原則，采取臺階法開挖；Ⅴ級圍巖加強段以及黃土隧道段采用上斷面環形開挖預留核心土法開挖，以風鎬人工開挖為主，松動爆破為輔。若需要使用松動爆破工藝施工，必須堅持“多打孔、少裝藥、弱爆破”的原則進行施工，以減輕爆破振動對圍巖的破壞，確保圍巖的穩定。

5.5 雙線隧道開挖

六盤山特長隧道進口為雙線隧道，長576m，圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級。Ⅳ級圍巖采用短臺階法施工；Ⅴ級圍巖采用環形開挖留核心土法施工，必要時采用CD 法施工。

5.5.1 臺階法開挖

Ⅳ級圍巖采用短臺階法開挖，短臺階法施工將斷面分為上下兩部分。臺階長度5～8m，為了保證開挖輪廓圓順、準確，維護圍巖自身承載能力，減少對圍巖的擾動，拱部及邊墻采用光面爆破。工藝流程圖見圖2 所示。

圖2 臺階法施工工藝流程圖

5.5.2 CD 法開挖

Ⅳ級圍破碎段以及Ⅴ級圍巖采用CD法施工。工藝流程圖見圖3 所示。

圖3 CD 法施工工藝流程圖（以Ⅴ級圍巖為例）

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