由渝利铁路特长隧道施工引发的思考

2012-07-24阮清林

四川建筑 2012年3期

阮清林

(中铁隧道集团有限公司，河南洛阳471009)

随着我国铁路工程建设的持续发展，隧道修建技术也日臻完善，而特长隧道往往就是一个技术的集合体，其中涉及的施工技术有光面爆破、机械化配套、初期支护、二次衬砌、施工测量、无砟轨道等方面。近些年来，施工技术又有了新的发展。如贵广铁路三都隧道和高田头隧道试验应用的新型隧道用拱架安装机[1]，大寨隧道简易仰拱移动模架施工技术[2]，铁路测量CP平面控制网等。但对于已经应用且涉及面广的技术方面存在的问题并没有被足够重视，有的甚至是顽症。如毫秒延期导爆管雷管爆破震动过大问题，二次衬砌台车的混凝土捣固和浇筑问题。在职业健康和安全方面也存在着同样的问题，如隧道内喷射混凝土。同时，新技术的应用又带来了新的问题，如采用线位拟合方法调整隧道贯通误差时遇到的问题。

渝利铁路的长洪岭隧道全长13 299 m，大梁隧道10 942 m，均为特长隧道，双块式无砟道床。其中的长洪岭隧道进口为机械化配套，大梁隧道为“人工手持风钻+全断面开挖台架”常规配套模式，具有一定的代表性。结合这两座隧道施工中存在的问题，在隧道爆破、设备配套、二次衬砌施工、隧道测量方面进行探讨，以求进一步发展隧道修建技术，进而确保质量，规避风险，保障施工人员的安全和职业健康。

1 隧道爆破

1.1 现有技术和存在问题

长洪岭和大梁隧道光面爆破开挖火工品均采用毫秒延期导爆管雷管。大梁隧道3.2 m进尺的Ⅲ级围岩全断面光面爆破单段最大装药量为54 kg，长洪岭隧道进口3.6 m进尺的装药量为60 kg。根据长洪岭隧道出口下穿江池镇前的爆破振速监测，当爆源距61.6m，单段装药量为20.81 kg时，爆破振速为4.123 cm/s。根据减震爆破理论，当边界条件相同时，爆破开挖的最大振动速度值决定于某单段的最大用药量。由此可知，两隧道的光面爆破震动将远远大于此振速。而振速越大，对围岩的爆破扰动越大。爆破震动不仅扰动掌子面前方围岩，还对后方支护和围岩造成扰动。

1.2 改进建议

根据新奥法原理，对隧道围岩要少扰动，围岩的扰动范围可直接影响到隧道的使用年限和后期维护。由于毫秒延期导爆管雷管段别有限，若要使用它进行降低振速爆破，就要使用特殊的隧道减震爆破方法。以往的方法有反台阶法、CD法、超前下导后续扩挖面法、分部开挖法等[3－6]。这些方法对于浅埋隧道下穿密集建(构)是适用的，但并不适用于具备全断面作业的深埋隧道。

电子毫秒电雷管(Electronic Detonator)具有高安全、高精度、宽延期范围、延期在线设置、在线可编程等特点[7]，使用它可进行隧道全断面减震爆破，工效高振速低。在隧道覆盖层厚34 m时，铁路双线隧道全断面爆破，进尺2.8 m，爆破振速可控制在1.0 cm/s以下。它的特点之一就是可实现单孔单响。尽管该雷管目前价格相对于毫秒延期导爆管雷管较贵，但随着规模量的上升，价格的弊端会相对变小。从该雷管看出，隧道减震爆破材料方面还有很多方面需要发展，这对我国铁路、公路、市政等地下工程是非常重要的。同时，隧道为保证安全步距，衬砌必须紧跟，降低爆破震动对保护衬砌也有作用。

2 设备配套

2.1 长洪岭隧道进口

2.1.1 机械化配套

工程主要施工设备配置如表1。

表1 工程主要施工设备配置

2.1.2 存在问题

(1)掘进机械化作业，施工进度快，月最高开挖302 m，常态化月开挖进尺240 m以上。但因为仅配置一台12 m的衬砌台车，衬砌跟进有困难，有时不得不停止掘进。因为按铁道部施工安全步距规定，Ⅲ级以上围岩二衬距掌子面不得超过120 m。

(2)当隧道地质情况变差，需要立拱架时，没有相应的机械设备。利用凿岩台车不能进行立拱作业，因为拱架较重。

2.1.3 改进建议

(1)配置两台12 m衬砌台车，保持合理步距。一台6 m锚段衬砌台车。每台12 m衬砌台车每月可衬砌150～180 m。

(2)使用隧道立拱机械设备，或者配备立拱支护用台架，后方工序储备立拱技术工人，一旦前方地质变差，有应变施工人员。

2.2 大梁隧道出口

2.2.1 设备配套

主要设备配置如表2。

表2 主要设备配置表(一个作业面)

2.2.2 存在问题

该隧道出口使用2～3台小型湿喷机进行喷射混凝土作业，共16人，每循环需要8 h左右。由于作业时间较长，不能尽快对围岩形成约束。同时，还存在着工效低，劳动强度大，职业健康和安全隐患等问题。当进行喷混凝土作业，人员必须置于祼露的围岩之下，在围岩状况比较差时，时常有掉块现象，严重威胁着工人生命安全;另一方面，回弹料对人体皮肤有直接伤害，粉尘危害身体。

2.2.3 改进建议

喷射混凝土宜用混凝土喷射机械手，如长洪岭隧道进口使用的Sika－PM500 PC机械喷射手[8]。其优点有:一是因其作业效率高，喷料速度4～24 m3/h，循环时间可压缩至1 h左右，可以及时地约束围岩，对安全有利;二是作业人员安全和职业健康保障性高。使用Sika机械手进行喷混凝土作业时，作业人员可站在距喷射面5～10 m的已施工支护位置，通过操作有线“遥控器”来控制喷射头进行喷混凝土作业。同时，粉尘很少，噪音较小，约为85 dB，工作环境较为舒适;三是成本受控，工期效益明显。

3 拱墙衬砌施工

3.1 现状及存在问题

隧道拱墙衬砌台车上的窗口一般是450 mm×400mm，或者是500 mm×450 mm，窗口兼起灌筑、捣固和观察作用。一旦衬砌台车就位，端头模板立好，衬砌台车就有点像“黑匣子”，这不便于及时发现衬砌混凝土浇筑过程中的问题，只有到脱模才能发现衬砌的缺陷。在混凝土捣固方面，施工人员想了很多办法，如在台车模板内侧装附着式捣固器，或者在窗口处用插入式捣固棒捣固。但由于附着式捣固器对衬砌台车震动大，实际施工中很少用。而在使用插入式捣固棒时，由于窗口较小，工人作业不便。特别是遇到钢筋混凝土衬砌，也只能在窗口处捣固，工人有时以锤敲击模板内侧代替，实际效果甚微。在抗水压衬砌地段，对混凝土抗渗性要求很高，若捣固不到位，将直接影响混凝土的密实性，甚至造成衬砌严重渗漏水。因此，目前的衬砌台车在捣固方面需要进行改进。

用于浇筑的混凝土泵，在实际施工中也有不便之处。如为保持台车两侧混凝土高差不至于过大，需要经常拆接泵送管。有些工人为省力，有直接将泵送管接至拱顶灌筑口的做法，或者在台车的顶层平台设溜槽，这将导致混凝土落差过大，违反规范规定[8，9]。

3.2 改进建议

将衬砌台车窗口加大，如1.6 m×0.6 m，窗门设计成多个，重量以适合工人关闭作业为宜。使之便于捣固、观察和浇筑，以保证质量。窗口加大之后的台车结构应保证刚度和强度等指标要求。泵送管改成机械手式，类似汽车混凝土泵，可以自由到达台车的每一窗口，台车的设计与之配套，使混凝土浇筑更方便。

4 隧道测量

4.1 规范要求

根据《高速铁路工程测量规范》(TBl0601－2009)要求，贯通误差调整应以满足线路设计规范和轨道平顺性要求为原则进行调整。当贯通误差≤50 mm时，可不调整线路中线;当贯通误差≤50 mm时，应采用线位拟合方法进行调整，调整后的线路应满足轨道平顺性标准和隧道建筑限要求。因调线而产生的折角在5'以内时，圆曲线长度远远不足现行线路设计规范最小30 m规定，无法设置曲线;外矢距也小于1 mm，顶点内移量实际上设不出来，因此可视为直线线路。折线法调整是一种比较简单的调整方法，其调整方法如说明图1。

图1 折线法示意图

4.2 长洪岭隧道贯通误差调整

DK170+300至DK177+500隧道进口与1号斜井交叉点之间正洞距离为7 200 m，处于直线地段，进口掘进5 200 m，斜井长1 319 m。进口和1#斜井之间横向贯通误差为120 mm，满足贯通限差为160 mm的要求。根据洞内CPII测设成果检核，隧道施工的左线与设计线位存在偏差，最大位置在175+200位置，隧道右偏126 mm。隧道在施工过程中加宽了50 mm，该里程处实际侵入净空76 mm。

采用折线法进行调整，在DK173+200处将线路方位角右转10″至DK175+200，可以将线路中线向右调整97 mm，在DK175+200处将线路左转20″至DK177+200将线路调整至设计方位(如图2)。

图2 贯通误差调整示意

调整后的线路经进行隧道建筑限界检核，满足规范要求。

4.3 相关建议

(1)测量规范中关于线位拟合方法谈的较少，而现场常遇到施工中线与设计存在偏差的情况，这使得在进行线位拟合时为现行铁路线路设计规范所限，给线位拟合工作带来困难。线位拟合是针对特殊情况进行的线路调整工作，应结合具体情况进行，就目前而言，不应完全套用现行铁路线路设计规范。轨道的平顺性保证主要放在施工阶段。

(2)隧道误差调整影响距离长。本工程调线的长度为4 000 m，这要求沟槽不宜紧跟衬砌，因为沟槽侧墙至线路中线的水平设计距离所留的施工误差空间相对于隧道建筑限界至二次衬砌的水平距离小。

(3)为保证蹬道掘进方向的正确性，必须在隧道内布设精密控制网。每向前方掘进800～1 000 m就需引测一次，每掘进300m需要布设测量控制桩点。精密测量时必须停工，以满足空气条件要求。否则，有可能使隧道贯通较大或超限，通过线位拟合法无法解决全部问题，产生衬砌和沟槽废弃工程。

(4)测量规范应进一步规范衬砌和沟槽在贯通面前后的步距以及控制测量所需的时间，并将其纳入施组和概算。