鐵路單線小斷面隧道施工技術(shù)

刁操金

中鐵十局集團(tuán)第五工程有限公司 江蘇 蘇州 215000

隧道施工過程中受地形、地勢(shì)影響較大，而在特長(zhǎng)隧道施工中，為縮短工期，節(jié)約成本需通過新工藝、新技術(shù)來達(dá)到效果。目前我國(guó)地方所投入應(yīng)用的隧道中，大部分以鉆爆法施工，如金臺(tái)線林家岙隧道、興泉線金井隧道、樂清灣線樂成隧道、紅巖隧道等。后期地方會(huì)繼續(xù)修建地方貨運(yùn)鐵路，因此，小斷面隧道施工技術(shù)顯得特別重要。

小斷面隧道爆破、出渣施工技術(shù)，國(guó)內(nèi)部分專家學(xué)者開展了相應(yīng)研究。已有文獻(xiàn)中多是對(duì)光面爆破、出渣的介紹，而對(duì)其出渣方法及隔孔裝雷管的的研究較少。

本文以紅巖隧道為依托，分析單線隧道出渣、隔孔裝雷管的施工技術(shù)，并且采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)，就小斷面隧道出渣和隔孔裝雷管節(jié)約成本分析探討。

1 工程概況

紅巖隧道進(jìn)口位于永嘉縣蘆田村北側(cè)，穿越紅巖山頭，出口位于永嘉縣馬岙村。隧道進(jìn)口附近有楠溪江，有水泥道路，交通便利；出口附近有鄉(xiāng)村公路，交通較便利；但隧道中部位于剝蝕低山區(qū)，有鄉(xiāng)村水泥路、碎石路到斜井口附近。進(jìn)口軌面標(biāo)高20.871m，出口軌面標(biāo)高42.789m，隧道最大埋深430m。紅巖隧道訖起里程為DK15+960～DK22+609，隧道中心里程DK19+284.5，全長(zhǎng)6.649km，為單線隧道，其中II級(jí)圍巖4915m，III級(jí)圍巖1010m，本隧道路面最大寬度6m，有效使用距離5m凈高7.2m，斷面為60m2。

2 施工方案

2.1 出渣方案選擇

隧道施工各個(gè)環(huán)節(jié)緊密相連，一個(gè)工序往往對(duì)另一個(gè)工序有很大的影響。因此，怎樣對(duì)各工序進(jìn)行合理的安排，減小各工序相互間的影響對(duì)隧道施工至關(guān)重要。（見圖1）

圖1 洞內(nèi)出渣示意圖

紅巖隧道是單線貨運(yùn)鐵路，主要以II、III級(jí)圍巖為主。II級(jí)圍巖主要施工循環(huán)：開挖爆破--出渣--噴漿。以上工序中，出渣受外界因素影響較大，如何縮短出渣時(shí)間直接影響著隧道施工的進(jìn)度。

II級(jí)圍巖開挖斷面凈寬只有6m,二襯凈寬僅有5m.而裝載機(jī)寬度3m,出渣車寬2.8m，施工中無法滿足錯(cuò)車所需要的凈寬。

1)為此需對(duì)開挖斷面進(jìn)行加寬：為了滿足裝載機(jī)和出渣車可以并排施工，對(duì)邊墻一邊加寬50cm.加長(zhǎng)距離10m，高度3m，加寬后開挖斷面凈寬為6.6m，這樣出渣車就可以和裝載機(jī)并排出渣。

2)單線隧道內(nèi)出渣車只能單向行駛，無法進(jìn)行錯(cuò)車，導(dǎo)致車輛只能在起點(diǎn)等待另一輛車出去后才能倒入掌子面進(jìn)行裝渣。對(duì)此情況設(shè)計(jì)500m預(yù)留一處錯(cuò)車帶，錯(cuò)車道長(zhǎng)度15m，寬度7.5m，來減少倒車距離。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，減少倒車等待時(shí)間，減少裝載機(jī)等待時(shí)間，需要增加調(diào)頭區(qū)。

3)本隧道設(shè)計(jì)250m有一處綜合洞或其它電力通訊洞室，洞室設(shè)計(jì)斷面20m2，為此隧道內(nèi)盡量減少倒車每500m將綜合洞室擴(kuò)大一處，擴(kuò)大至能容下20t出渣車調(diào)頭即可。這樣裝載機(jī)在出渣的時(shí)候，一輛在掌子面裝車，第二輛在最近調(diào)頭帶等待，第三輛在遠(yuǎn)離第二個(gè)調(diào)頭帶等待。這樣形成了一套完整的出渣通道，車輛進(jìn)入隧道直接正向行駛進(jìn)隧道，不用倒入延誤時(shí)間，又減少了裝載機(jī)等待時(shí)間，加快了出渣速度。

除了出渣對(duì)施工進(jìn)度影響外，別的施工工序也制約著隧道施工進(jìn)度。隧道施工要保證循環(huán)、可持續(xù)的施工。我們?cè)谡谱用骈_挖的同時(shí)也要保證仰拱、二襯施工。那怎么樣在保障仰拱二襯施工的同時(shí)保證對(duì)開挖不造成或者減小影響，這就需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合理的安排，在保證二襯施工的同時(shí)協(xié)調(diào)好別的工序。

2.2 立體幾何應(yīng)用在斜井轉(zhuǎn)正洞處施工技術(shù)

1）斜井轉(zhuǎn)正洞拱部順接爆破施工，在沒有“面”的情況下以“線”控制，每次放樣將邊線及中線放樣完成，針對(duì)每處每平米放樣超欠挖側(cè)向布眼。在CAD中繪制三維立體圖，將三維立體圖中斷面輪廓線轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)。精確計(jì)算，將拱部10個(gè)炮眼深度，角度全部計(jì)算出來，然后利用臺(tái)架拉橫桿帶線控制鉆進(jìn)角度，斜井進(jìn)入正洞后根據(jù)正洞與斜井拱頂高差2.45m,以36°角向上打眼，水平進(jìn)尺3m，炮眼深度3.72m后到正洞開挖輪廓線，主要炮孔角度數(shù)據(jù)見表1，炮眼布置見圖2。

表1 炮孔深度角度統(tǒng)計(jì)表

圖2 拱部帶線掏槽示意圖

2）主要技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）對(duì)進(jìn)入正洞拱頂爬坡剩余“三角帶”，待進(jìn)入正洞距離能夠容納風(fēng)槍距離時(shí)，沿設(shè)計(jì)開挖輪廓進(jìn)行反向打眼，根據(jù)光面爆破原則每45cm布置一排炮眼，外輪廓炮眼通長(zhǎng)布置到起坡點(diǎn)20cm，沿三角斜面分層布眼，保證炮眼底部在同一平面，減少爆破后超欠挖現(xiàn)場(chǎng)。

（2）拱部10個(gè)炮眼深度，角度全部計(jì)算出來，采用光面爆破中掏槽眼的布置形式楔形布眼，視作只爆破掏槽眼，然后周邊欠挖部分根據(jù)光面爆破原則視作只爆破周邊眼原則進(jìn)行布眼爆破。將光面爆破每種布眼的方式進(jìn)行分解利用。

（3）現(xiàn)場(chǎng)采用拉線對(duì)鉆桿方向角度進(jìn)行定位，確保深度、角度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（4）隧道施工光面爆破施工中，無法達(dá)到一次性爆破完成的情況下，預(yù)留周邊眼與內(nèi)圈眼的間距的巖層厚度，視作分段爆破，最后只爆破周邊眼來設(shè)置，嚴(yán)格控制裝藥量和間距，控制周邊眼間距，保證交叉段光爆質(zhì)量，由于欠挖較少很難補(bǔ)炮，即邊墻預(yù)留30cm，留作補(bǔ)炮。開始對(duì)欠挖邊墻及拱部開始貼皮修補(bǔ)，每1m對(duì)斷面進(jìn)行放樣，側(cè)面補(bǔ)炮修整輪廓。

2.3 利用導(dǎo)爆索隔孔裝雷管施工技術(shù)

隧道光面爆破中一般周邊眼都需安裝導(dǎo)爆索來提高光爆效果，以往每個(gè)周邊眼均需安裝導(dǎo)爆索和雷管，根據(jù)理論計(jì)算每根雷管至少可以同時(shí)起爆2kg炸藥（10支），一般情況下在進(jìn)尺3m情況下周邊眼裝藥量不會(huì)超過5支，以紅巖隧道為例，II級(jí)圍巖下每次進(jìn)尺3m，周邊眼裝藥量3支每孔，一圈周邊眼50個(gè)。

1)周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔不耦合裝藥。

2)導(dǎo)爆索同時(shí)裝入，孔外預(yù)留50cm，留作連接。

3)在一孔內(nèi)安裝一發(fā)雷管。

4)每?jī)蓚€(gè)孔連接導(dǎo)爆索。

2.4 陀螺儀在隧道應(yīng)用施工技術(shù)

施工進(jìn)度的加快，不單是縮短工序銜接時(shí)間，各個(gè)工序時(shí)間也成為要點(diǎn)。施工測(cè)量也是其中之一。

本隧道每個(gè)施工段由設(shè)計(jì)院制作點(diǎn)之記交予我單位，經(jīng)單位測(cè)量工程師對(duì)整個(gè)控制網(wǎng)進(jìn)行布置加密。

進(jìn)入洞內(nèi)采用閉合導(dǎo)線作洞內(nèi)控制網(wǎng)，因北岙斜井經(jīng)過兩個(gè)50m半徑急彎進(jìn)入正洞，進(jìn)洞導(dǎo)線控制邊僅僅有45m，斜井為540m的長(zhǎng)下坡，斜井?dāng)嗝鎸挾容^窄，設(shè)置交錯(cuò)點(diǎn)位。角度過大與過小站數(shù)較多，誤差較大。

在正洞施工400m時(shí)，經(jīng)過精密全站儀TM50，測(cè)設(shè)站達(dá)到21站，在各種因素都達(dá)到最高值得影響下，多次測(cè)出同點(diǎn)位角度不一，相差較大。對(duì)測(cè)量得信心造成極大得影響，經(jīng)分析，兩組短邊控制下，誤差加大，若直接在洞內(nèi)測(cè)得一組導(dǎo)線邊數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，可得出之前測(cè)得得數(shù)據(jù)得精確性。于是利用地鐵領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)常使用的陀螺測(cè)北儀在洞內(nèi)制作一組導(dǎo)線邊，測(cè)得跟原數(shù)據(jù)誤差1.5cm，及時(shí)調(diào)整開挖中線。

在主洞掘進(jìn)1200m時(shí)，再次利用陀螺測(cè)北儀復(fù)核導(dǎo)線邊。首先由設(shè)計(jì)院點(diǎn)之際點(diǎn)位測(cè)出方位角，與設(shè)計(jì)院給予的方位角進(jìn)行比對(duì)進(jìn)入洞內(nèi)測(cè)設(shè)已經(jīng)利用閉合導(dǎo)線計(jì)算出的導(dǎo)線邊，與之比對(duì)。經(jīng)比對(duì)，原閉和導(dǎo)線的方位角與陀螺測(cè)北儀測(cè)出的方位角相差3秒，導(dǎo)線邊長(zhǎng)270m，原導(dǎo)線邊可用，坐標(biāo)維持原坐標(biāo)。

3 結(jié)論

單線鐵路隧道開挖斷面小，工藝復(fù)雜，施工難。[1]本文依托紅巖隧道為背景，分析了單線隧道出渣、斜井進(jìn)入正洞施工方法、裝藥方式的調(diào)整、引進(jìn)新技術(shù)的方法，來達(dá)到節(jié)約成本的目的。

1）單線隧道出渣將原設(shè)計(jì)錯(cuò)車道優(yōu)化，分解成若干小錯(cuò)車道，利用加大綜合洞或其它附屬洞室作為調(diào)頭區(qū)域，盡量縮短裝載機(jī)等待時(shí)間，加快了出渣效率，也減少了做襯砌臺(tái)車費(fèi)用。

2）斜井轉(zhuǎn)正洞施工是整個(gè)隧道施工的一個(gè)難點(diǎn)，而且隧道施工II級(jí)圍巖斜井轉(zhuǎn)正洞超欠挖控制為重點(diǎn)，在沒有“面”的情況下以“線”控制，每次放樣將邊線及中線放樣完成，按照“點(diǎn)”“線”“面”針對(duì)每處每平米放樣超欠挖側(cè)向布眼，確保確保施工質(zhì)量。

斜井轉(zhuǎn)正洞利用隧道光面爆破結(jié)合立體幾何，利用立體幾何對(duì)斜井轉(zhuǎn)正洞位置進(jìn)行計(jì)算，將交叉點(diǎn)明確，來保證施工結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)性。[2]根據(jù)幾何計(jì)算，結(jié)合光面爆破炮眼布置方式來確保交叉段施工質(zhì)量。因光面爆破在實(shí)際運(yùn)用中欠挖低于10cm時(shí)補(bǔ)炮又會(huì)造成超挖，所以隧道施工光面爆破施工中，無法達(dá)到一次性爆破完成的情況下，預(yù)留周邊眼與內(nèi)圈眼的間距的巖層厚度，視作分段爆破，最后只爆破周邊眼來設(shè)置，也就是將光面爆破炮眼布置分解，分解的炮眼位置及爆破方式與立體幾何相結(jié)合，再嚴(yán)格控制裝藥量和間距，控制周邊眼間距，保證交叉段光爆質(zhì)量。

斜井轉(zhuǎn)正洞炮眼的布置，利用立體幾何進(jìn)行定位，找出點(diǎn)的位置，然后將每個(gè)點(diǎn)連接形成線，針對(duì)線進(jìn)行鉆孔，鉆孔時(shí)又利用光面爆破知識(shí)周邊眼分段爆破；將線連接形成面，找到掌子面的準(zhǔn)備位置，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與理論計(jì)算相結(jié)合，減少了盲目爆破帶來的超欠挖和工序的延誤時(shí)間，加快了轉(zhuǎn)正洞速度[3]。

3）光面爆破中周邊眼利用導(dǎo)爆索及隔孔裝雷管的方式連接周邊眼內(nèi)炸藥，周邊眼等于2個(gè)眼共用一發(fā)雷管，每循環(huán)節(jié)約20發(fā)雷管。

4）對(duì)于高差大，半徑小，長(zhǎng)度長(zhǎng)的隧道測(cè)量方法引進(jìn)地鐵的測(cè)量方法，采用軍用陀螺測(cè)北儀，將洞外已知邊，直接轉(zhuǎn)移到洞內(nèi)，減少了全站儀因測(cè)站較多視距短引起的誤差，同時(shí)可以利用一個(gè)洞口的已知邊，同時(shí)做三條洞內(nèi)已知邊來控制洞內(nèi)中線，將貫通誤差降到最低。