■ 戴宇

1 工程概況

鄭西高速鐵路秦東隧道全長7 684 m，起訖里程DK333+312—DK340+996，設(shè)計為雙線隧道。隧道圍巖主要為砂質(zhì)黃土和粉質(zhì)黏土，其中Ⅳ級圍巖段長7 300 m，V級圍巖段長384 m，隧道洞身最大埋深200 m。根據(jù)圍巖條件及隧道埋深情況，隧道不同地段的開挖斷面面積在158.3～163.08 m2，襯砌后有效凈空斷面面積為100 m2，最大開挖寬度15.2 m、開挖高度13.18 m。正洞施工采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD法和三臺階弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法等施工工法。

為滿足施工工期要求，設(shè)計有3座斜井作為輔助坑道。正洞進(jìn)口淺埋偏壓段（DK333+390—+465）選用雙側(cè)壁法開挖；Ⅴ級圍巖淺埋段（DK333+465—+520、DK338+620—+670、DK340+840—+977）在超前管棚預(yù)支護(hù)下采用CRD法開挖。洞內(nèi)Ⅴ級圍巖段在超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)下采用CRD法開挖，洞內(nèi)Ⅳ級圍巖段在超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)下采用弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法開挖。斜井Ⅳ級圍巖段采用正臺階法開挖，Ⅴ級圍巖段采用正臺階預(yù)留核心土法開挖。初期支護(hù)為型鋼加噴射混凝土。出渣采用無軌運(yùn)輸，用挖掘機(jī)、裝載機(jī)給自卸汽車裝渣。噴射混凝土采用濕噴機(jī)施作。仰拱超前拱墻采用移動式棧橋配合自制模板進(jìn)行施工，墻拱襯砌采用模板臺車整體澆筑。二次襯砌采用電子計量攪拌站拌和、混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)輸，混凝土輸送泵泵送入模，插入式振搗器配合附著式振搗器振搗。

2 設(shè)備配置

隧道施工設(shè)備的配置以滿足計劃工期為目的，合理的設(shè)備配置能夠提高隧道掘進(jìn)速度，并節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本。結(jié)合秦東隧道洞口施工、進(jìn)（出）口端進(jìn)入正洞開挖并形成穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)為條件，分析和計算合理的施工設(shè)備配置規(guī)格和數(shù)量。隧道中間段因設(shè)置斜井而增加了工作面和出渣通道，設(shè)備配備過程完全相同。

2.1 洞口開挖設(shè)備配置

洞口土方包括進(jìn)口端78 m明挖段、出口端19 m明挖段。采用風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)、裝載機(jī)自上而下分層開挖。進(jìn)口端開挖數(shù)量22 500 m3、出口端12 100 m3。進(jìn)、出口端出渣運(yùn)距相當(dāng)，約2 km。

（1）風(fēng)鎬數(shù)量及空壓機(jī)排量確定。洞口土方均為非爆破挖掘，采用挖掘機(jī)、風(fēng)鎬開挖。風(fēng)鎬主要進(jìn)行局部分割和邊坡修整，無固定作業(yè)數(shù)量，可選用適中規(guī)格如G8、G10、G15等，進(jìn)、出口端各按4臺配置。初期可配置2臺移動式3.0 m3/min的小型電動或內(nèi)燃空壓機(jī)，正洞施工時配置10～20 m3/min電動空壓機(jī)供給高壓風(fēng)。

（2）裝載設(shè)備及自卸汽車數(shù)量確定。根據(jù)每班組需要完成的作業(yè)量、作業(yè)時間、進(jìn)口端及出口端的計劃工期，確定裝載設(shè)備原則上可選用挖掘機(jī)、裝載機(jī)。秦東隧道設(shè)計為無爆破開挖，因此洞口的挖掘、裝載宜選擇具有挖掘功能的挖掘機(jī)。結(jié)合進(jìn)洞后對挖掘機(jī)的使用要求，可選用20 t級的挖掘機(jī)。自卸汽車規(guī)格及數(shù)量的確定必須考慮不同開挖工藝（如CRD法）下的通行尺寸，秦東隧道開挖斷面較大，為提高出渣速度，選用12 t和15 t自卸汽車做為主要出渣運(yùn)輸設(shè)備，進(jìn)口端和出口端作業(yè)區(qū)均按4～5臺配置。

2.2 正洞開挖設(shè)備配置

（1）臺階法開挖設(shè)備。秦東隧道主要采用臺階法進(jìn)行施工，開挖長度為7 300 m，占整座隧道長度的95.0%。因此，秦東隧道以臺階法施工為主進(jìn)行設(shè)備配置，對其他工藝方法下的施工設(shè)備則以此為基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)《秦東隧道實施性施工組織設(shè)計》規(guī)定，隧道開挖月進(jìn)尺55～60 m，每循環(huán)≤1.2 m，月完成46～50個循環(huán)。每月按25個工作日考慮，則一個作業(yè)循環(huán)的總時間應(yīng)控制在12～13 h，其中1/3時間（約4 h）用于挖掘和出渣，其余2/3時間用于初期支護(hù)和二次襯砌。

挖掘、裝載設(shè)備：洞身Ⅳ級圍巖段采用正臺階弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土方法施工，其中仰拱以上部分分上、中、下3個臺階以預(yù)留核心土法開挖，開挖在不能爆破的條件下采用風(fēng)鎬配合挖掘機(jī)進(jìn)行。導(dǎo)坑上（中）部用風(fēng)鎬挖掘，上部臺階翻渣由人工或長臂挖掘機(jī)完成。風(fēng)鎬數(shù)量上部2個臺階按4～6臺配置。下部采用挖掘機(jī)挖掘和裝渣，作業(yè)尺寸不受限制，繼續(xù)選用洞口施工用的20 t級規(guī)格。

運(yùn)輸車輛：選用洞口施工時的15 t自卸汽車運(yùn)輸。出渣時，上部洞渣翻至底部一起裝運(yùn)出洞，每次出渣的數(shù)量以全斷面開挖進(jìn)尺≤1.2 m計算。

選用挖掘、運(yùn)輸設(shè)備時，按照1個循環(huán)的出渣總數(shù)量、需要運(yùn)輸?shù)目傑嚧未_定自卸汽車臺數(shù)。

（2）CRD法開挖設(shè)備。秦東隧道的進(jìn)口端55 m、出口端137 m、中間50 m設(shè)計為CRD法施工，中間CRD法施工段通過3#斜井工區(qū)完成，設(shè)備配置方法與進(jìn)、出口端相同。施工組織設(shè)計每循環(huán)開挖進(jìn)尺≤0.8 m，55 m、50 m段用時30 d，137 m段用時70 d，每天須完成2.4個循環(huán)。CRD法施工帶有中間橫隔板，作業(yè)斷面小。上部用風(fēng)鎬挖掘，洞渣用人力裝斗車經(jīng)過橫隔板倒入停放在下方的自卸汽車。風(fēng)鎬數(shù)量按左右兩側(cè)各3臺配置；下部采用挖掘機(jī)挖掘，并利用挖掘機(jī)裝渣，挖掘機(jī)的數(shù)量按左右兩側(cè)各1臺配置，選擇10 t級小規(guī)格。采用CRD法施工的秦東隧道進(jìn)、出口端的運(yùn)輸車輛均按5臺配置。

（3）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖設(shè)備。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工段長度僅為進(jìn)口端的105 m，設(shè)備配置原則上與正洞一致，其數(shù)量可根據(jù)分部開挖的作業(yè)面情況適當(dāng)增加。導(dǎo)坑上（中）部用風(fēng)鎬挖掘，人工翻渣到（中）下部。風(fēng)鎬數(shù)量一個導(dǎo)坑按4臺配置。施工沒有鉆爆環(huán)節(jié)，3個導(dǎo)坑的上部工序為挖掘和初期支護(hù)的相互轉(zhuǎn)換，考慮備用和易損因素，3個導(dǎo)坑共計按10～12臺配置。下部采用挖掘機(jī)挖掘，并利用挖掘機(jī)裝渣，裝渣數(shù)量包括從上（中）部臺階翻下的洞渣。挖掘機(jī)數(shù)量按10 t級2臺配置，3個導(dǎo)坑同時作業(yè)時用1臺20 t級挖掘機(jī)備用。

運(yùn)輸車輛的外形尺寸受導(dǎo)坑斷面尺寸、臨時水平鋼支撐高度限制（4.5 m），選用5～8 t自卸汽車運(yùn)輸。隧道進(jìn)口端采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工段長75 m，按5臺配置運(yùn)輸車輛。

2.3 初期支護(hù)、基底處理及二次襯砌設(shè)備

洞口明洞及洞門鋼筋混凝土施工時，主要設(shè)備與正洞施工相同，包括混凝土設(shè)備、鋼筋加工設(shè)備等。

（1）初期支護(hù)設(shè)備。正洞洞口Ⅴ級圍巖段，設(shè)φ108 mm超前管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)，洞身Ⅴ級圍巖段，設(shè)φ42 mm超前小導(dǎo)管注漿進(jìn)行預(yù)支護(hù)。同時，在開挖后立即施作錨桿、型鋼剛架、掛網(wǎng)、噴射混凝土等形成初期支護(hù)系統(tǒng)。主要設(shè)備有管棚鉆進(jìn)（水平鉆機(jī)）、（砂漿）攪拌機(jī)、注漿泵、混凝土噴射機(jī)、鋼筋彎曲機(jī)、砂輪切割機(jī)、鋼架加工采用的LWGJ250型鋼架冷彎機(jī)。

（2）基底處理設(shè)備?；滋幚頌樗嗤翑D密樁加夯實，采用的設(shè)備有地質(zhì)鉆機(jī)、80 kg級內(nèi)燃沖擊夯。

（3）二次襯砌設(shè)備。正洞、斜井洞身二次襯砌時，仰拱澆筑利用移動式棧橋維持洞內(nèi)交通運(yùn)輸?shù)臅惩?；墻、拱襯砌采用液壓模板臺車整體澆筑。二次襯砌耐久性混凝土采用自動計量的攪拌站、混凝土輸送車運(yùn)輸、混凝土輸送泵泵送入模。輔助洞室混凝土襯砌采用特制模板臺架、人工立鋼模、輸送泵泵送入模。主要設(shè)備有混凝土攪拌站、混凝土輸送車、混凝土輸送泵、模板臺車等。

2.4 隧道通風(fēng)、施工用電、高壓風(fēng)及排水

（1）隧道施工通風(fēng)裝備。秦東隧道采用非爆破開挖，施工通風(fēng)僅考慮施工人員、機(jī)械的通風(fēng)需要，根據(jù)施工總體安排的生產(chǎn)需求，進(jìn)、出口工區(qū)及斜井工區(qū)均采用壓入式通風(fēng)，其中進(jìn)、出口工區(qū)采用單管路壓入式通風(fēng)，斜井工區(qū)正洞施工時采用雙管路分頭壓入式通風(fēng)。

根據(jù)鐵路隧道通風(fēng)要求及參數(shù)計算結(jié)果，隧道進(jìn)、出口工區(qū)各配備SDF（C）-NO12.5型110 kW通風(fēng)機(jī)1臺，風(fēng)管選用φ1 500 mm PVC軟式通風(fēng)管，可滿足洞內(nèi)通風(fēng)要求。3個斜井工區(qū)各配備SDF（C）-NO12.5型110 kW通風(fēng)機(jī)2臺，安設(shè)2套通風(fēng)管路，分別向兩端工作面通風(fēng)，風(fēng)管均選用φ1 300 mm PVC軟式通風(fēng)管。局扇根據(jù)實際需要安裝，規(guī)格為14～22 kW的射流風(fēng)機(jī)。

（2）施工用電。施工用電主要由地方電網(wǎng)T接后引出10 kV供電線路供電，各工區(qū)以柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。具體配電情況如下：五個工區(qū)各設(shè)變電站一處。隧道進(jìn)口容量800 kVA，出口容量1 000 kVA，3個斜井工區(qū)各設(shè)容量900 kVA。隧道進(jìn)、出口工區(qū)和3個斜井工區(qū)各配備2臺250 kW柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。

（3）高壓風(fēng)。高壓風(fēng)采取集中供風(fēng)方式，其中進(jìn)、出口端工區(qū)各配備2臺10～20 m3/min電動空壓機(jī)。風(fēng)管均采用φ100 mm的無縫鋼管，管節(jié)利用法蘭盤連接。隧道外，供風(fēng)距離超過800 m后，將洞外2臺空壓機(jī)移至洞內(nèi)。同時安排高壓電源進(jìn)洞，洞內(nèi)可安裝1臺300 kVA變壓器。

（4）隧道排水。隧道設(shè)計資料顯示：隧道內(nèi)部局部地段存在少量地下水，大部分段落基本無水。為避免自然排水對濕陷性黃土的影響，洞內(nèi)每隔500 m左右設(shè)一個泵站，泵站間布置2條φ150 mm的管路。每個作業(yè)面常備2臺4～17 kW水泵，遇有積水時及時抽排至附近各泵站，再利用各泵站分級抽排至洞外排水溝。實際施工時發(fā)生多起局部出水情況，如在3#斜井與正洞交匯處出現(xiàn)滲水，初期流量4～6 m3/d，采用鐵制水箱收集滲水和滴水后，由潛水泵泵入混凝土輸送車內(nèi)運(yùn)出洞外。

3 超前地質(zhì)預(yù)報與監(jiān)控量測

針對秦東隧道的地質(zhì)特點，采用超前水平鉆機(jī)、地質(zhì)雷達(dá)裝備，進(jìn)行長、短距離探測，結(jié)合地質(zhì)素描法指導(dǎo)施工，并對施工組織進(jìn)行完善和修正，同時在施工過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測。

（1）超前水平鉆孔。采用超前水平鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中鉆速和鉆渣的變化對開挖面前方較短距離（＜20 m）內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行判斷，為提高其預(yù)報準(zhǔn)確度，與地質(zhì)素描配套使用。

（2）地質(zhì)雷達(dá)。SIR-10B型地質(zhì)雷達(dá)探測范圍約40 m，是一種非破壞型的探測技術(shù)，可現(xiàn)場直接提供實時剖面記錄圖，圖像清晰直觀。

（3）監(jiān)控量測。根據(jù)隧道設(shè)計監(jiān)控量測要求，預(yù)埋必要的傳感器，如土壓力盒、變形位移貼片等，定時、定點進(jìn)行觀測和記錄。出現(xiàn)問題及時采取修正措施，并完善下一步的施工組織。

4 結(jié)束語

黃土類軟弱圍巖下的隧道施工，尤其是像秦東隧道雙線、大斷面施工，設(shè)備配置需要與開挖工藝相匹配。但如果開挖工藝轉(zhuǎn)換較多，則應(yīng)按照作業(yè)項目隊（工區(qū)）所承擔(dān)施工范圍內(nèi)的主要工藝開挖長度配置施工設(shè)備，避免因配置不足影響施工進(jìn)度，也不能過渡配置造成資源浪費。

[1]杜永昌．高速與客運(yùn)專線鐵路施工工藝手冊[M]．北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2006

[2]杜永昌．鐵路工程施工裝備選型配套手冊[M]．北京：中國鐵道出版社，2010