天平铁路六盘山特长隧道施工关键技术的研究

2011-08-26肖学勇钱治国

中国建材科技 2011年5期

肖学勇钱治国

（1 天平铁路有限公司，甘肃天水 741020；2 甘肃交通职业技术学院，甘肃兰州 730070）

1 概况

天平铁路六盘山特长隧道位于甘肃省平凉市华亭县六盘山山脉，隧道总长16719m，除进口端长度365.05m 位于R-1200m的曲线上，其余断落均位于直线上；进口576m 段落为莲花台车站双线断面，出口16143m 为单线断面；隧道全部段落均为下坡，为全线第一长隧。隧道洞身最大埋深700m，隧道洞身以N36°E的走向穿越六盘山，其岭脊呈近东西走向；山势陡峻，岭高沟深，地面高程1530～2570m，相对高差300～800m。施工工期定为35个月。

2 主要技术标准

单线隧道建筑限界采用《铁路技术管理规程》（铁道部令第29 号）中客货共线铁路建筑限界（V≤160km/h）的《隧道建筑限界图（电力牵引区段）》限界标准，即“隧限-2A”；双线隧道内轮廓线适用于时速120km/h（＜160km/h）线间距5.2m的车站要求。

3 主要工程内容和数量

3.1 主要工程内容

明洞、正洞及斜井洞口、洞身开挖、洞身支护（超前支护、临时支护、初期支护）、仰拱及填充、防排水、二次衬砌、综合接地及预埋、道床以及弃碴场防护工程施工。

3.2 工程数量

正洞：单线隧道长16143m，双线隧道长576m；

斜井：5 座总长5721m。

4 水文地质

4.1 水系

隧道洞身经过地区受地貌单元、地层岩性、地质构造等因素的控制与影响，地下水赋存条件各不相同，水文地质情况比较复杂，地下水分布类型为岩溶裂隙潜水、承压水及构造基岩裂隙潜水。

4.2 地下水分布特征及类型

六盘山特长隧道地下水的分布、埋深与含水层（体）的富水性，受控于地形地貌、地层岩性、地质构造和气候条件。本区出露的地层主要有上第三系泥岩，白垩系砂岩夹泥岩、砂岩夹砾岩，三叠系砂岩及震旦系白云岩。受构造影响，砂岩夹泥岩、砂岩夹砾岩区岩体风化严重，节理裂隙发育，有利于地下水的入渗及储存，白云岩生成年代早，溶隙、裂隙发育有利于地下水排泄，隧道区植被茂密，蓄水能力强，为大气降水补给入渗创造了条件。隧道工地下分布形式主要有风化裂隙水，构裂隙水及岩溶水。

4.3 水化学测试

隧道区地表水、泉水、钻孔水，水质良好，对圬工不具备氯盐和硫酸盐化学侵蚀性。

5 施工关键技术

针对六盘山特长隧道施工的特点、施工组织，本文只对施工的关键技术做出了相应的研究，期望能够对相类似的工程做出指导。

5.1 施工测量

5.1.1 洞外控制测量

隧道开工前，首先复测设计中线，严密平差，达到设计精度；对进出口高程进行联测闭合，采用统一高程。洞外采用三角控制测量，每个洞口设置三个平面控制点，将控制点设在能相互通视，稳固不动，而且便于引测进洞。

5.1.2 洞内控制测量

1）高程控制测量采用三等精密水准。

2）洞内施工放样

隧道开挖放样分别采用BJSD-2 型三维激光断面仪和J2 激光经纬仪直接设站于洞内中线点上，将掌子面里程和仪器高程输入编程计算机后即可确定掌子面拱部中心，据此再放出开挖断面。

5.1.3 竣工测量

竣工测量的主要内容有：隧洞贯通测量、线路中线、隧洞净空断面和永久性高程点。

将测量新成果作为净空测量、调整中线起始数据，并报监理工程师审查批准后使用。

5.2 进洞及洞口段施工

5.2.1 洞口开挖

（1）地表处理及截水天沟

施工前做好边坡开挖轮廓线和截水天沟，同时将洞口段开挖线以外10～15 米范围的漏斗、洼地、危石等进行处理，防止地表水向下渗漏或陷穴等继续扩大影响隧道安全，确保边仰坡稳定。

（2）洞口土石方开挖

洞口土石方用挖掘机开挖，开挖方法采用自上而下分层分台阶进行。

（3）边仰坡刷坡与支护

边仰坡刷坡自上而下分层进行，随开挖及时进行锚网喷或骨架护坡等支护。

5.2.2 暗洞进洞

暗洞施工前首先对洞口衬砌外的边仰坡进行锚喷（网）加固。洞口土石方开挖到达明暗洞交界处满足超前管棚施作高度时，开始施做超前支护。在超前支护施作完成后进行暗洞洞身开挖。

5.2.3 明洞施工

（1）明洞开挖

明洞土石方开挖采取横向分层纵向分段的方法进行施工。

（2）仰拱及边墙基础施工

仰拱施工采用全幅施工。钢筋安装前先设置定位钢筋，再安装钢筋，保证钢筋位置的正确。预留接头钢筋，并长短错开，保证满足钢筋焊接需要。钢筋焊接采用帮焊接头，纵环向施工缝处设止水条。

（3）拱墙混凝土浇注

明洞衬砌均采用模板台车作内模，外模采用组合钢模对拱墙衬砌混凝土一次性灌注，混凝土由自动计量拌合站生产，罐车运输，泵送入模，插入式振捣器振捣。

（4）防水层施工

明洞衬砌全部施工完毕后进行防水卷材施工，但要在混凝土养护期满后施工，先用砂浆将混凝土基面整平，然后然后再施作防水卷材。

（5）明洞回填

明洞回填施工在洞门施工完毕，混凝土强度达设计强度后进行。先施工两侧回填浆砌片石，然后回填碎石土，从下至上，按设计对称分层进行。回填土分层夯实，采用人工配合机械进行分层夯实。

5.3 洞身开挖施工

5.3.1 钻爆施工

钻爆作业是隧道施工控制工期、保证开挖轮廓的关键。本隧道采用微振动控制光面爆破技术，并根据围岩情况及时修正爆破参数，达到最佳爆破效果，形成整齐圆顺的开挖断面，减少超挖，杜绝欠挖。

本隧道周边采用光面爆破，以确保开挖轮廓平整圆顺，其光面爆破施工工艺流程见图1 所示。

5.3.2 钻爆作业

施工时按照爆破设计进行钻眼、装药、连线和引爆。如开挖条件出现变化需要变更设计时，由主管技术人员确定，其它人员不可随意改变。

测量中的每一循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。钻孔施工严格按照炮眼布置图正确对孔和钻进；力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上；钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，才能装药起爆。

图1 光面爆破施工工艺流程图

5.4 单线隧道控制工程开挖

针对不同的地质、围岩，制定不同的开挖方法，实现快速施工。Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法开挖，光面爆破；Ⅳ、Ⅴ级围岩采用（短）台阶法开挖；黄土隧道采用上断面环形开挖预留核心土法施工。出渣采用机械出渣、无轨运输。施工时及时采用物探技术对围岩地质情况进行超前探测，坚持“光面爆破、喷锚紧跟、监控量测、及时反馈和修正”的原则。积极应用隧道施工的新技术、新工艺，机械设备配套施工，形成开挖、出渣、喷锚支护与混凝土衬砌相配合的流水作业。Ⅱ、Ⅲ级围岩施工时，加强掏槽爆破，控制周边光爆，合理进尺，控制超挖，杜绝欠挖，采取全断面开挖；Ⅳ、Ⅴ级围岩坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌、快封闭”的原则，采取台阶法开挖；Ⅴ级围岩加强段以及黄土隧道段采用上断面环形开挖预留核心土法开挖，以风镐人工开挖为主，松动爆破为辅。若需要使用松动爆破工艺施工，必须坚持“多打孔、少装药、弱爆破”的原则进行施工，以减轻爆破振动对围岩的破坏，确保围岩的稳定。