李蓬

（中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西太原 030032）

1 工程概況

某鐵路擴能改造工程標段中隧道起訖里程為DK14+380～DK24+025，全長9645m，共布設3 個斜井，具體位置及長度分別為：DK17+367 線路右側，長550m；DK20+090 線路左側，長1080m；DK23+130 線路右側，長230m。隧道施工條件特殊，經技術可行性分析后決定采用全斷面法，以期通過該施工方法的應用創(chuàng)造安全的施工環(huán)境，高效施工。

2 鐵路隧道洞身開挖的重難點及工作思路

2.1 開挖的重難點

（1）隧道施工規(guī)模大，地質、水文條件復雜。隧道長度達到9625m，現場地質條件組成錯綜復雜，包含Ⅱ級圍巖5295m、Ⅲ級圍巖1830m、Ⅳ級圍巖1840m、V 級圍巖680m。勘察結果顯示，施工現場的斷層達到高度發(fā)育的狀態(tài)，分布范圍較廣，與隧道洞身多角度相交。在施工現場F4 斷層帶的影響下，明顯加劇隧道施工現場的水文復雜性，正常涌水量達到了416m3/d。從隧道埋深的角度來看，最淺處僅為24m，地表溝谷長期處于有水的狀態(tài)，產生較大的匯水面積。此外，周邊建有水庫。若缺乏有效的控制措施，在開挖的擾動性影響下容易出現涌水事故，不利于施工進程的順利推進。

（2）質量要求高，施工難度大。根據要求，設計速度目標值為250km/h，還考慮到遠景發(fā)展需求，預留提速條件，如何滿足列車的高速通行要求為重難點內容。考慮到現場水文條件所帶來的干擾，切實提高隧道防水等級，即采取一級建設標準，要求設置足夠穩(wěn)定性與嚴密性的防排水結構，通過各結構的聯合應用共同形成防護體系，最大限度減小水侵蝕問題。并且，隧道對混凝土的耐久性提出較高的要求，不可因為使用時間的延長而出現失穩(wěn)、破碎等情況。

（3）圍巖穩(wěn)定性不足，安全隱患多。隧址區(qū)存在凝灰?guī)r、流紋斑巖，其性質特殊，在開挖期間若方法不當或是未采取有效的控制措施，則容易發(fā)生巖爆。

2.2 工作思路

（1）管超前：Ⅳ、V 級圍巖易在開挖的擾動性作用下而出現失穩(wěn)現象，因此開挖前施作超前注漿小導管，采取注漿加固措施，以此維持圍巖的穩(wěn)定性[1]。

（2）嚴注漿：施工現場存在部分地質斷層以及富水地段，在此類特殊的地段施工時壓注水泥漿液，通過漿液的固結作用增強圍巖的完整性，確保其具有自穩(wěn)性。

（3）短進尺：加強對開挖進尺的精細化控制，減小超前支護承載跨度；合理協調各項生產要素，快速噴射混凝土，縮短掌子面的暴露時間，從而減小外部對掌子面穩(wěn)定性所帶來的影響。

（4）弱爆破：以微震控制爆破的方式較為合適，細分方法包含光面爆破、預裂爆破；在不影響爆破施工質量的前提下盡可能減少裝藥量，以免破壞圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）強支護：以徑向砂漿錨桿較為合適，將其設置到位，增強圍巖的穩(wěn)定性。

（6）早封閉：開挖完成后隨即組織混凝土初噴作業(yè)，通過此途徑盡快封閉開挖面。施工前根據要求制作格柵鋼架和工字鋼鋼架，通過質量檢驗后轉移至現場，利用此類裝置及時支撐圍巖，局部地質條件欠佳時采取加強措施，盡早封閉成環(huán)。

3 洞口開挖與支護

洞口開挖的安全隱患較多，該部分穿過山體埋深最淺的地段，在開挖施工之下洞口范圍內的總體狀況發(fā)生變化，即天然植被山體遭到破壞，山體水系的路徑隨之改變，順洞口向下流淌，在水的侵蝕作用下容易誘發(fā)塌方事故。此外，洞口的表層巖石處于風化狀態(tài)，破碎狀明顯，拱部的穩(wěn)定性欠佳。針對此情況，在洞身施工前便要采取防護措施，切實保證洞口的穩(wěn)定性。此外，可采取長管棚套拱進洞的方案，此方式可有效減小仰拱開挖的影響，使山體在開挖施工期間無滑塌、局部掉落等問題[2]。

3.1 洞口開挖

正式開挖前，先修筑洞外路塹天溝和洞頂截水溝，構成完善的排水系統(tǒng)，改善現場的施工條件，以便推進洞口開挖施工進程。截水天溝距邊仰坡開挖線的距離控制在5～10m。詳細檢查洞口頂部地表的平整度，若該處有凹坑或是小洞穴可利用粘土予以回填，使其具有平整性。洞口拉槽段開挖環(huán)節(jié)采取的是挖掘機開挖、自卸車裝運的聯合作業(yè)模式。從上部開始逐層向下開挖，考慮到開挖巖土體的穩(wěn)定性要求，在開挖期間及時采取仰坡防護措施。

3.2 洞口支護

大管棚超前預支護，主要的施工流程為：先組織洞口開挖作業(yè)，待實際開挖位置在起拱線處時，按設計圖紙設置鋼筋混凝土套拱結構，將管棚導向管埋設到位，最后設置長管棚，至此則可以形成完整、穩(wěn)定的洞室輪廓[3]。在洞口支護工作中，超前大管棚的打設為重點內容，環(huán)向間距取0.6m，制備水泥漿并將其填塞至管體內，拱部設φ42 超前小導管，該裝置與大管棚交錯布置；此外，使用適量長度為3.5m 的小導管，依然按環(huán)向間距0.6m 的標準設置，注漿施工所用材料為水泥漿。加強對管棚中心位置的檢測與控制，要求其距離開挖輪廓線約30cm，外插角按1°～3°加以控制。管棚套拱結構示意圖如圖1 所示；洞口開挖支護示意圖如圖2 所示。

圖1 管棚混凝土套拱結構

圖2 洞口段開挖支護方法及工藝

4 洞身全斷面開挖施工工藝

根據現場地質條件，因地制宜地采取可行的施工方法，洞口、洞口明洞施工環(huán)節(jié)均采用明挖法，暗洞段為新奧法，考慮到開挖施工的效率要求，輔以光面爆破法。其中，不同圍巖等級的開挖方法不盡相同，對于Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、V 級圍巖，分別采用的是全斷面法、臺階法、三臺階開挖法、四臺階四步開挖法。拱墻施工遵循連續(xù)性原則，即一次澆筑成型，以保證拱墻結構的完整性。

正洞襯砌施工所用材料為C35 鋼筋混凝土。V 級圍巖施工段，開挖采取的是“挖掘機（主）+風鎬（輔）”的綜合型方案，遇局部施工條件異常特殊的情況時用風鉆打眼爆破；除此之外的其他施工段，鉆眼施工所用裝置均為YT-28 鑿巖機，待炮眼的深度、孔徑等方面均滿足要求后進行光面爆破施工。

兩相對開挖工作面的距離為施工中的重點考慮內容，待其減小至40m 時，尤為重要的是加強安全防護，兩端工作人員及時取得聯系，就實際施工情況展開溝通，協調工作關系，確保安全；隨施工進程的推進，待兩開挖面的距離減小至10～15m 時一端暫停施工，另一端開挖，直至貫通為止。

5 隧道洞身開挖施工的注意事項

隧道洞身開挖是一項安全隱患較多的工作，期間潛在諸多突發(fā)性因素，必須加強控制。在開挖前，通過激光指向儀、激光斷面儀等相關裝置的聯合應用，根據設計圖紙要求確定開挖輪廓線和炮孔的具體位置，做好標記，給相關工作的開展提供參照基準[4]。

爆破開挖前應組織爆破試驗，通過此方式驗證鉆爆參數的可行性，若實際爆破效果不滿足要求則對鉆爆參數做靈活的調整，直至鉆爆方案切實可行為止。加大施工期間的監(jiān)測力度，及時掌握地質條件以及振動波的特性，根據所掌握的數據對爆破施工效果做出準確的判斷，及時調整鉆爆參數，在該動態(tài)化施工的模式下，盡可能降低爆破施工對圍巖、支護及襯砌的影響，以免造成不良影響。

6 結語

綜上所述，在根據鐵路隧道洞身施工條件采取相適應的全斷面法后，能夠有效保證施工的安全性，充分發(fā)揮出支護、襯砌等相關結構的安全防護作用，從而給隧道施工創(chuàng)設了良好的條件。施工全程安全狀況良好，實際施工質量滿足要求。根據該工程實例可知，全斷面法施工工藝在鐵路隧道洞身開挖施工中具有可行性，可為類似工程提供參考，同時也需根據工程的實際情況合理優(yōu)化方法，全面發(fā)揮出施工方法的應用優(yōu)勢。