地方鐵路I級單線小斷面隧道快速施工技術

劉景軍

（中鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司 黑龍江哈爾濱 150050）

1 引言

隨著鐵路建設的快速發展，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，洞內作業空間狹窄、各項工序干擾大，因此在施工設備、工序的連續性、組織的合理性、安全質量和工期管理等方面需要精心設計、合理組織，才能達到預期目標。

據統計，單線鐵路隧道地質較差地段主要采用臺階法施工，上臺階施工完成后，再進行下臺階的施工，逐一循環，耗時較長，各工序相互干擾大，施工進度緩慢。

面對此種現狀，深入研究探討和實踐，在短臺階法施工基礎上創新改進，形成了上下臺階同時起爆快速施工技術；選擇最佳的資源配置、優良的組織管理，有效地減少了各工序互相干擾，充分利用時間和空間，實現各工序間的零交接，從而縮短循環時間，加快施工進度。

2 工程概況

安良隧道全長2155m，其中：Ⅲ級圍巖430m，Ⅳ級一般圍巖525m，Ⅳ級加圍巖470m，Ⅴ級一般圍巖214m，淺埋段Ⅴ級加圍巖486m，明洞及棚洞30m。安良隧道為單線隧道，地鐵I級設計標準，凈空面積僅34.58m2，進口段位于半徑600m的曲線上，其余地段為直線段，從隧道進口至出口，縱坡為下坡3.0‰，進口段為反坡排水。最大埋深為110m，最小埋深15m。洞身圍巖以砂巖、泥巖為主，巖層節理發育，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 技術原理

根據以往的施工經驗，單線鐵路隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖段采用上下臺階法，Ⅲ級圍巖采用全斷面法[2]。傳統的施工方法有以下缺點：①單線鐵路隧道Ⅲ級圍巖的全斷面法，只有一個工作面，每個循環工序不能重疊，每個時間段只能有一種工序作業，作業循環時間較長；②臨界Ⅲ級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級圍巖的臺階法，如果遇到單線小斷面隧道，隧道斷面小，空間不足，無法滿足上下臺階同時作業，按照“先上臺階，后下臺階，再上臺階，再下臺階”的模式循環施工，導致施工循環時間較長[3]。

鐵路單線隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用臺階法開挖，利用上、下臺階同時施工、同時爆破的方法具有顯著優勢：①適用于單線隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖地質條件復雜、各類圍巖相互接茬點；②上、下臺階同時起爆、同步作業，減少出渣工序、機械往返占用的循環時間，實現上下錯開斷面的全斷面施工，同時在管理上把時間和空間用足，以便快速施工；③單線隧道Ⅵ、Ⅴ級圍巖按照此施工工藝進行開挖作業，上下臺階同步循環，然后再根據地質情況適當微調循環進尺。

4 小斷面隧道快速施工技術

單線小斷面隧道Ⅵ、Ⅴ級圍巖上、下臺階同時起爆快速施工方法的核心思想是上、下臺階同時起爆，促使上、下臺階同步作業，即下臺階鉆眼、裝藥、起爆與上臺階同步進行，上臺階立鋼拱架、掛設鋼筋網片、安裝錨桿等工序和分部開挖的下臺階出碴、初期支護的鋼拱架、安裝鋼網片、鋼筋錨桿同時進行（出碴時間不占作業循環時間），上、下臺階噴射混凝土同步施工，從而實現單線小斷面隧道Ⅵ、Ⅴ級圍巖上下臺階同步快速施工[4]。

4.1 施工工藝流程

單線小斷面隧道Ⅵ、Ⅴ級圍巖上、下臺階同時起爆快速施工方法施工工藝流程如圖1所示。

4.2 形成臺階

水平位置需根據自身的資源配置、施工組織的確定，保證上下臺階作業時間相同。上臺階施工過程：鉆孔→裝藥→爆破→排險、清理頂部→立拱架→掛網→打錨桿及進行超前支護→噴混凝土；下臺階施工過程：鉆孔→裝藥→爆破→出碴→立拱架→掛網→打錨桿→噴混凝土，保證上下臺階循環過程同步進行，同時起爆，同時作業。上下臺階開挖只需要一個開挖作業平臺，即在上臺階使用鉆爆臺車，在下臺階無需使用。

上臺階長度必須確保挖掘機能夠到掌子面，可以實現扒碴、找頂、移動鉆爆臺車等施工作業；施工時要有合理的工作面，采用3m鉆桿，從而臺階長度滿足開挖打鉆3m長鉆桿放置平臺的需要，施工鉆爆臺車放置在上臺階。通過實踐，上臺階長度以4.5～5.0m為最佳。

4.3 同時起爆作業

形成上、下臺階作業面后，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，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。

4.4 上臺階扒碴、找頂

爆破作業完成后，洞內及時進行施工通風排煙，挖掘機提前就位，將上臺階的洞碴扒至下臺階并修筑上下臺階坡道，并找頂、排險。

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 上臺階施工材料、設備就位

利用裝載機將上臺階作業臺車端至掌子面，再次進行人工排險及局部欠挖風鎬處理，同時從洞外用出砟車將鋼拱架、鋼筋網片等材料運至下臺階處，再用鏟車將運來的材料順著上下臺階預留的坡道運送至上臺階作業面，及時直立拱架并測量校正和檢查斷面。

上臺階支立拱架和下臺階出碴作業人員開始立鋼拱架時，下臺階方可開始裝載機整理底板、出渣，從而實現下臺階出碴不占用作業循環時間。

4.6 鋼拱架、系統錨桿、鋼筋網片、超前措施

分部法的上臺階進行鋼筋網片、鎖腳錨桿、系統錨桿、超前支護施工。鋼筋網片掛設要連續，由專業電焊工焊接連接鋼筋。待鋼筋網片初步掛設完成，鉆工開始鉆孔施做鎖腳、系統錨桿和超前小導管。兩側拱腳及施工平臺上準備兩臺風鉆施工鎖腳錨桿、砂漿錨桿、組合中空錨桿及超前小導管鉆孔。鎖腳、錨桿、超前交叉打眼互不干擾。同時，下臺階開始架立鋼拱架、掛鋼筋網片、施做錨桿[5]。

上下臺階同時噴混凝土。在初期支護即將結束時，提前將上下臺階噴射混凝土的2套設備和噴錨料運至施工現場，安裝設備管線，做好噴混凝土作業準備，初期支護完成后，同時開始上、下斷面的噴射混凝土作業。

5 效果分析

以安良隧道為例，采用本技術實現了上、下臺階同步起爆、同步作業，充分發揮機械性能，從而縮短作業循環時間；實現上下錯開的全斷面施工，出碴不占用作業循環時間，充分利用時間和空間，加快施工進度。按單線隧道一般施工方法進度指標III級圍巖為120m/月，IV級圍巖為90m/月，V級圍巖為50m/月。與之相比，采用上、下臺階同時起爆快速施工方法，隧道每月平均掘進III級圍巖為165m、IV級圍巖為100m，而且在機械、人員配備及循環進尺還有可進一步優化空間。

6 結束語

單線隧道上下臺階同時起爆快速施工的首要條件是形成上下臺階，其核心是上下臺階同時起爆、平行作業、同步噴混凝土，形成上下臺階同步作業循環模式；關鍵點是組織嚴密、工序緊湊、機械和人員配合密切，達到上下臺階平行作業，實現工序間的零交接。該施工技術在安良隧道的成功應用，有效克服了隧道空間狹窄、工序干擾等問題，縮短了作業循環時間，加快了施工進度，值得在單線隧道及小斷面輔助坑道施工中廣泛推廣應用。

[1]安良隧道設計圖紙.

[2《]鐵路隧道工程施工技術指南》（TZ-204-2008）.

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

[4]關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

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