既有鐵路隧道改擴建施工技術

杜龍龍

摘要：結合蘭州市榆中縣陰洼磨隧道現狀及設計原則，從現場施工方法入手，選取合理的施工方法，為今后類似的隧道施工提供參考。

關鍵詞：既有隧道；改擴建；臺階開挖；鐵路

0引言

隨著我國國民經濟的快速發展，鐵路運輸量增長迅速，一些修建年代久遠的鐵路隧道由于設計標準較低，通行能力不能滿足日益增長的交通需求，從而影響了經濟的快速發展，需要改擴建才能達到相應的服務水平。尤其在城市地區，受地形限制，沒有更多的空間來新建隧道，這些問題已日益突出。改、擴建隧道施工中，采取合理的施工技術方法能快速、平穩的完成施工任務，在保證安全、質量、工期的基礎上，獲取良好的經濟效益。

1工程實例概述

陰洼磨隧道位于蘭州市榆中縣，于1952年由第十二聯合作業工程隊施工完成，后由寶蘭二線利用，總長126.4m。地貌上屬于宛川河階地區，地形起伏，隧道區域山體植被稀疏，黃土裸露。該隧道為既有隴海線增建二線上的一座單線短隧道，經多年運營，隧道并無重大病害，基本無滲漏水，襯砌完整，底板完好。本隧道改建施工是在區間段內停運情況下施工，平面曲線及縱坡保持不變，對原隧道襯砌拆除后整體擴挖。拱頂開挖最大高度為2.34m，底板開挖最大深度為2.35m，改建后滿足通行雙層集裝箱貨車要求。

2方案選定的控制因素及主要風險

2.1工期的控制

陰洼磨隧道改擴建是在區間段內停運情況下施工，停運隴海下行線桑園子至夏官營區間段。隴海線作為祖國的大動脈之一，車輛通行多，運輸繁忙。工期壓力較大，必須按節點工期完成隧道的改擴建施工。

2.2施工中應對的主要風險

2.2.1既有隧道結構薄弱

陰洼磨隧道修建于1952年，已運營60多年。原隧道設計無初期支護，襯砌內無鋼筋，為素混凝土結構。在破除舊襯砌混凝土時經較大擾動會產生不規則裂縫。特別是在隧道起拱線以上部位舊襯砌混凝土破除時因裂縫及砼內無任何連接鋼筋會出現大塊的掉落，在施工中存在極大安全隱患。

2.2.2襯砌背后不確定性

隧道修建年代久遠，隧道本身無初期支護，且進出口地段埋深較淺，無相關檢測的資料、文件等。當時修建隧道混凝土均為人工施工，不能確定既有襯砌背后是否存在空洞及雜物。在既有襯砌拆除后可能出現超大空洞、坍塌冒頂、整體超挖嚴重等，引起地表沉陷或邊坡滑坍，危機施工人員及設備安全。

2.2.3施工場地的局限性

為了減少施工中對巖體的擾動，可采用人工配合機械施工。但既有隧道凈空尺寸為4.7m寬、6m高，大型機械由于場地受限無法施工，采用小心機械效率太低，成本過高，不符合實際施工需要。

3施工方法及主要風險應對

3.1地質雷達探測原襯砌背后空洞及處理措施

在施工前首先對原隧道襯砌背后的情況進行探測。探測主要范圍為拱部120°范圍。探測后現場技術人員根據探測結果分析為施工提供指導信息，在隧道內標注及記錄。對于原隧道襯砌背后存在較大空洞及雜物填充的部位采用預注漿加固、加密超前小導管、縮短開挖進尺等方法通過。

預注漿加固采用42無縫鋼管穿透舊襯砌伸入空洞內，長度和根數根據實際空洞大小確定。外漏25cm長度，并在相應的范圍內布置好排氣管。注漿材料選用水泥砂漿，注漿壓力控制在0.8～1.2MPa，注漿完成后，檢驗注漿效果，如若有空洞繼續補充注漿，直到既有襯砌背后填充密實。

施工至距離空洞位置3米處對超前小導管支護加強。小導管采用42無縫鋼管，縱向長度為3.5m，搭接1.5m。小導管環向間距控制在30cm內。根據實際地質條件選擇性在小導管內注漿，采用具有針對性的注漿材料，以達到最佳注漿效果。無注漿條件的地質在小導管內灌入砂漿或者插入25鋼筋加強小導管剛度，同時相應調整初期支護參數，加強支護體系及監控量測。

施工至距離空洞位置3m處要縮小開挖進尺。進尺控制在0.6～0.8m每循環。不可盲目掘進造成空洞擴大或塌方冒頂等。順利通過風險段后恢復至正常開挖進尺，并加快此段的仰拱及拱墻襯砌的施做，確保施工安全。

3.2既有隧道襯砌加固

既有襯砌拆除9m范圍架設臨時鋼架支撐加固。防止在舊襯砌拆除時其他部位襯砌開裂坍塌，造成安全事故。既有襯砌采用118工字鋼設立臨時護拱及橫撐，間距為0.8m。護拱間采用間距為50cm的22鋼筋連接牢固。護拱與橫撐焊接連接。護拱與既有襯砌面要密貼，縫隙處用1.5mm厚鋼板塞嵌。隨著舊拱圈襯砌的破除拱架加固系統向前推進循環作業。在長隧道內，可能分段分區域進行施工，為了施工方便，可把支護體系按既有襯砌斷面加工為可活動調節的臺架形式，保證支撐穩定的同時滿足通行需求。

3.3既有隧道襯砌拆除及擴挖

根據工期、成本控制、安全施工等要求，參考類似工程拆除經驗結合現場地質、地形情況，對既有陰洼磨隧道襯砌拆除擬采用“切割+倒塌”爆破臺階法拆除方案。

隧道襯舊砌拆除及擴挖前首先在進、出口淺埋段按設計施做好超前管棚并按施工要求加工滿足現場的作業臺架，臺架加工成臺階形式（圖1）。

破除擴挖前在既有襯砌面上標出破除區域線，按設計斷面放出擴挖后的輪廓線。待超前小導管施做及既有襯砌加固完成采用“切割+倒塌”拆除開挖爆破方法。

布置4道跑沿線。第1道為沿隧道擴挖輪廓線環向布置開挖炮眼。第2道沿隧道徑向向上傾斜布置環向切割炮眼線。第3、4道為沿隧道徑向向上傾斜布置縱向切割炮眼線，炮眼布置方法見圖2。通過斜向上傾斜的切割炮眼布置，可有效減少對下一循環破除的舊襯砌擾動。

根據現場實際地質情況調整開挖進尺，每循環破除及擴挖長度控制在0.6～1.8m。在地質較差的隧道施工中，根據現場地形能采用人工配合機械施工的盡可能不采用爆破方式，避免圍巖較大的擾動。在舊襯砌拆除時，可提前采用切割機按需對既有襯砌進行分塊切割，控制裂縫的擴散。但隧道內施工作業空間有限，且切割所需成本較高及作業時間長，可在特殊情況下作為備用。

待拱部初期支護施作一定距離后同樣方式破除邊墻及仰拱開挖，循環推進。施工中及時施做初期支護并做好監控測量，觀察初支斷面變形情況，發現異常情況及時停止施工，采取相應處理措施。具體施工步驟見圖3。

4施工關鍵卡控部位

①根據地形、地質條件，首先對隧道洞口邊坡加固防護，做好臨時排水設施。在既有隧道明洞或洞門拆除后，邊、仰坡易產生滑坍失穩，對洞口施工安全造成重大威脅。

②根據實際地質控制開挖進尺，不得冒進，下臺階開挖時左右臺階要交錯開挖。嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測、緊襯砌”的施工原則，及時按設計施作初期支護，盡量減少圍巖暴露時間，確保施工安全。

③加強圍巖量測，并通過量測數據的分析和判斷，及時反饋指導施工，修改支護參數，確保圍巖結構的穩定。

④開挖過程中，根據實際情況調節炮眼的數量、間距并控制裝藥量。達到最佳爆破效果及節約材料的目的。

5結束語

在鐵路既有隧道改擴建施工中，提前對既有隧道的圍巖勘測及加固，可有效的控制在施工過程中出現的塌方、不穩定情況發生。對既有要拆除的襯砌預支撐、頂撐，防止了在施工期間因震動導致的舊襯砌開裂出現大面積坍塌、掉塊，保證施工的安全。陰洼磨隧道安全、平穩的推進施工，保證了業主的節點工期要求。新建隧道結構穩定、運營理想，得到專家及業主的肯定，在以后同類隧道的改、擴建施工中有了豐富的經驗，夯實了基礎。endprint