單線鐵路隧道機械化配套施工工法

劉廣

1.前言

在單線鐵路隧道施工工程中，由于隧道斷面小、作業面狹窄，裝載機、挖機、輸送泵等常規設備尺寸相對占用較大空間，在隧道內的使用也受到限制，會導致開挖、出碴、襯砌等工序相互交叉影響，作業效率低下，嚴重影響施工進度。選取合理方法對鐵路單線隧道進行機械化配套，能夠提高機械作業效率，減小交叉影響，降低施工成本，有利于提高項目管理水平和施工能力。

中義隧道為全線控制性工程，隧道全長14745米，其中設計的Ⅲ級圍巖6660米占45.2%，Ⅳ級圍巖4600米占31.2%，Ⅴ級圍巖3485米占23.6%。麗香鐵路中義隧道作為全線控制性工程，工期為6年，全斷面開挖時，初支后最小寬度僅為5.04米，機械化施工交叉影響較大。麗香鐵路在總結以往鐵路隧道施工的經驗基礎之上，針對單線鐵路隧道機械化配套施工工法開展了針對性的研究，通過制定適合現場使用的方法和配備實用型的設備，有效提升了作業效率，加快了施工進度，減小了工期履約風險，降低了施工成本。該工法的實施，對于解決單線鐵路隧道的施工干涉，推進快速施工，具有重要的意義，同時也為類似工程的實施提供了可借鑒的思路。

2.工法特點

（1）運用機械化配套施工，解決了作業效率的問題，使用先進的機械代替落后的機械或人工作業，能夠大幅提高作業效率。

（2）機械化配套解決了單線鐵路隧道在狹小空間下施工的難題，有效的解決了出碴設備尺寸超寬、仰拱施工干涉、二襯臺車受力支撐等問題。

（3）械化配套過程中通過摸索成熟設備的使用規律，通過改造、改進、借鑒等方法，總結出一整套適合單線鐵路隧道施工的方法，提高了作業效率，提升了施工管理水平。

（4）通過機械化配套，有效地提升了噴漿、襯砌質量，提高了仰拱作業的安全性。

3.適用范圍

本工法適用于單線鐵路等斷面較窄、不利于實施機械化作業的隧道。

4.工法原理

根據單線鐵路隧道的特點，通過購置、定制、改造等方法選取尺寸合適的設備，并制定合理的工藝流程、技術方案、工作方法，滿足開挖、出碴、噴漿支護、仰拱、二襯等工序的機械化作業要求。選取最優的工作方法，減小各工序施工中的相互干擾，解決狹小空間下設備的使用問題，提高機械化作業效率。

5.施工工藝流程及操作要點

5.1施工工藝流程

5.2操作要點

5.2.1監控量測及測量

隧道監控量測工作緊跟開挖、支護作業進行布點和監測，應及時分析圍巖變化情況，必要時根據分析結果及時調整支護參數，以保證施工安全。

凈空變化量測測點布置和初讀數的讀取應符合下列規定。

測量組根據隧道縱斷面設計線、隧道洞軸線及洞身開挖輪廓線，放出隧道開挖輪廓線。測量組要提前作好洞身開挖測量交底。

5.2.2空壓機供風

由于中義隧道的單個作業面最長獨頭掘進距離超過6公里，開挖作業的遠距離供風存在困難，需要隨時根據用風需求進行供風，提供滿足要求的供風量。依靠人工控制空壓機，難以滿足隧道內隨時變化的供風需求，因此，麗香鐵路中義隧道投入了自主開發的“電動空壓機節能控制系統”，通過自動檢測系統，運用PLC控制技術將空壓機供風系統進行整體控制，保證隧道內開挖、錨桿鉆孔、噴漿等工序持續、穩定、適量的高壓風需求，對于開挖等工序的作業效率、時間節約、能源節約有明顯的促進作用。

5.2.3開挖作業

工具及設備的選型。開挖使用YT28風鉆，全斷面配置風鉆12把，配合開挖臺架進行開挖。隧道外的電動空壓機進行供風，供風初始壓力為0.75Mpa，采用直徑200mm的鋼管管道輸送至掌子面。風鉆用水由隧道外部采用直徑100mm的管道輸送至掌子面。

鉆孔與爆破。根據圍巖級別進行爆破設計，嚴格控制周邊眼距和裝藥量。定人定鉆定位，掏槽眼和周邊眼的鉆眼精度相對其他眼孔的精度要高，要由經驗豐富的鉆工施作。裝藥前，所有炮眼全部用高壓風吹洗。水壓爆破能夠起到很好的除塵效果，增大爆破威力，減小炸藥使用量，在裝完炸藥后，應用將水袋放置在眼孔內，并使用炮泥封堵眼孔。起爆時使用起爆器材，采用電雷管引爆導爆管。

5.2.5支護作業

初噴混凝土封閉巖面。由于中義隧道整體圍巖較差，需要在出碴工序結束后，及時進行初噴封閉巖面，保證后續的立拱人員安全。初噴應先用高壓風自上而下吹凈巖面，厚度應控制在4-6cm。

系統錨桿（管）、鋼筋網施作。初噴混凝土后應及時施作錨桿，錨桿必須設置墊板。巖石隧道拱部系統錨桿必須帶排氣裝置，采取沿錨桿孔進漿的施工工藝，鋼筋網應與錨桿、拱架連接牢固。

安裝拱架。架應與縱向連接筋、鎖腳錨桿焊接牢固，以增強拱架的整體穩定性。拱架分節長度根據設計尺寸及臺階高度確定，嚴禁拱架接頭設置在拱部中心。

支護后及時布設監控量測點，并在掌子面開挖12h內進行第一次讀數，及時收集監控量測數據，進行圍巖變化分析。

5.2.6噴射混凝土

選用普邁PM500型噴漿機械手，規格為30m3/h，可以有效提高作業效率，提高噴漿作業的安全性。與常規的小型人工濕噴機對比，小型人工濕噴機的噴漿效率為3-7m3/h，機械手的噴漿效率最高為30m3/h。

由于中義隧道洞內空間較為狹小，機械手在洞內無法展開機械臂，因此需要將機械臂展開后再駕駛進入隧道，噴漿完成后，退至隧道外再收回機械臂。

厚度應符合設計要求，二次復噴混凝土應分層噴射，每層厚為5～6cm。噴射混凝土表面應平順，無空鼓、裂縫、松酥。噴漿嘴距離噴漿面必須垂直，距離墻面1.5米左右。先噴水1方，待管路潤滑后再噴射混凝土。噴射順序按邊墻、拱腰、拱頂進行，噴射時左右兩側對稱交替噴射。速凝劑摻量調節，噴射拱頂4%、拱腰3%，邊墻1.5%。

由于隧道內環境潮濕、粉塵大、回彈噴漿料多，作業人員須正確穿戴絕緣鞋、絕緣手套、防塵口罩、防塵眼罩等勞保用品。進退車經過二襯臺車、作業臺架、仰拱棧橋等障礙物附近時，須降低行駛速度，同時派專人觀察周圍行駛間距。

噴漿機械手在行駛過程中，注意避讓行人，遇到人員時須提前減速行駛，隧道內行駛速度不得大于5公里/小時，洞外駕駛速度不得大于15公里/小時。車輛在隧道內就位后，噴漿作業前，必須將支腿支撐起來，以形成可靠的受力點。

參考文獻

[1]王明慧，姚云曉，蔣樹平. 我國鐵路隧道施工方法及適應性研究[J]. 現代隧道技術，2010（03）：1-5.

[2]張秀清. 高速鐵路隧道施工設備配套與管理[J]. 科技資訊，2011（21）：117.

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