向莆鐵路隧道工程施工技術(shù)方案概述

肖 榕

(南昌鐵路局工程管理所福州管理室，福建福州 350013)

1 工程概況

向莆鐵路西接京九通道和規(guī)劃中的杭長客運專線，中連鷹廈鐵路，東接沿海通道，是閩贛兩省聯(lián)系的重要通道，也是我國中西部地區(qū)通往福建省的快捷通道。

本線工程量較大，工程艱巨，地形復(fù)雜，重點橋、隧工點多，路基支擋工程大。其中隧道工程具有以下特點:

(1)向莆鐵路正線全長635.9 km，其中正線隧道115 座285.6 km，占總長的45%，隧道施工總長度更是達(dá)到了353 km，超過了正線里程長度的一半。其中10 km 以上隧道9 座(左右線同時計列就是13 座)，136.714 km;3～10 km 隧道13 座，81.744 km，3 km 以下隧道91 座，67.1 km。高山深埋、溝谷淺埋、斷層破碎帶、高地溫、硬巖巖爆、軟巖大變形、強富水等不良地質(zhì)都非常普遍。表1 所列為線路重點控制隧道。

表1 向莆鐵路重點控制隧道表

(2)福建段地質(zhì)發(fā)育，植被茂密，地表及地下水都極為豐富，雪峰山、戴云山、青云山等11 座長大隧道，有7 座是富水隧道，最大設(shè)計涌水量達(dá)到了6×104m3/d。棋盤石隧道更是巖溶隧道，地下暗河、溶洞都有可能存在。

(3)向莆鐵路沿線穿過7 處重點環(huán)境保護區(qū)，通過這些保護區(qū)的所有隧道施工中出現(xiàn)的涌水，都必須堅持“以堵為主、限量排放”的原則，而向莆鐵路7 座長大富水隧道全部位于這些保護區(qū)內(nèi)，因此環(huán)保的安全風(fēng)險也非常突出。

2 隧道工程施工技術(shù)方案概述

全線隧道均采用鉆爆法施工。施工工法為:單線隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面法施工，Ⅱ、Ⅲ圍巖段采用全斷面法開挖，液壓多功能臺架鉆孔或多功能作業(yè)臺架鉆孔，光面爆破，裝載機/挖裝機裝碴;Ⅳ、Ⅴ級圍巖段采用短臺階法開挖，上部采用人工鉆孔，下部采用多功能作業(yè)臺架鉆孔，光面爆破，上斷面利用挖掘機扒碴至下斷面，挖裝機裝碴，自卸汽車運碴至指定棄碴場。雙線隧道Ⅱ級圍巖采用全斷面法施工;Ⅲ級圍巖采用臺階法施工，Ⅳ級圍巖采用三臺階七部開挖法;Ⅴ級圍巖段在洞口淺埋段及富水地段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，在一般深埋段視具體情況采用三臺階七部開挖法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。洞口淺埋段一般采用長管棚超前支護，洞內(nèi)超前支護采用小導(dǎo)管或錨桿超前支護。各級圍巖開挖施工方法見表2。

表2 各級圍巖施工工法一覽表

隧道開挖采用液壓鑿巖臺車或多功能作業(yè)臺架配合人力風(fēng)鉆，光面爆破。

全線隧道均采用無軌運輸方案。隧道正洞出碴采用無軌運輸方案，裝碴采用功效較高的側(cè)翻裝載機裝碴，大噸位自卸汽車出碴，在仰拱施工區(qū)設(shè)置棧橋通過，運輸至棄碴場。

隧道噴射混凝土采用濕噴機人工濕噴作業(yè)，爆破、清幫找頂后立即初噴，然后快速安裝鋼支撐或格柵鋼架、錨桿和鋼筋網(wǎng)，最后復(fù)噴至設(shè)計厚度。防水板采用無釘鋪設(shè)法鋪設(shè)。

襯砌作業(yè)采用仰拱及填充超前，拱墻襯砌適時緊跟。仰拱采用移動式仰拱棧橋施工。橫通道采用襯砌臺架和組合模板全斷面襯砌。拱墻襯砌采用整體式液壓模板臺車施工。由自動計量拌合站生產(chǎn)，攪拌運輸車運輸，輸送泵泵送入模。水溝電纜槽等附屬工程緊跟襯砌平行作業(yè)。

隧道通風(fēng)根據(jù)施工階段的不同，采用不同的通風(fēng)方式，未開辟橫通道之前采用獨頭壓入式通風(fēng)，開辟了施工橫通道后為壓入式與巷道式相結(jié)合的通風(fēng)方式。

隧道順坡地段施工排水采用順坡自流方式排水。反坡及斜井工區(qū)反坡方向施工采用機械排水，在斜井井底設(shè)泵站水倉，然后順坡施工段通過水溝直接引入井底水倉，反坡施工段采用移動潛水泵將水抽至井底水倉。在斜井內(nèi)和正洞反坡段，每隔300 m 設(shè)一級泵站，接力將水抽至井外污水處理池，經(jīng)沉淀處理達(dá)標(biāo)后排放。

隧道洞身地質(zhì)條件復(fù)雜，有斷層、突涌水、地?zé)?、高地?yīng)力等特殊地質(zhì)地段，做好超前地質(zhì)預(yù)報工作，確保工程按期、優(yōu)質(zhì)、安全地建成，是向莆線的關(guān)鍵。因此要求成立專職地質(zhì)組和量測組，每個開挖工班均配工程師跟班，做好地質(zhì)預(yù)測預(yù)報及施工指導(dǎo)、監(jiān)督工作，按照設(shè)計地質(zhì)預(yù)報要求采用TSP203 地質(zhì)超前預(yù)報儀、地質(zhì)雷達(dá)、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等先進的設(shè)備和超前鉆孔等手段加強超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，認(rèn)真做好信息化施工。成立科研組，在積極配合業(yè)主安排的科研項目的同時，認(rèn)真規(guī)劃科研項目，積極開展科研工作。制訂特殊地段的施工方法和可靠的措施并嚴(yán)格實施，科學(xué)組織、合理安排、嚴(yán)格管理，確保工期目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)、安全目標(biāo)的實現(xiàn)。

長大隧道擬采用全斷面快速掘進，仰拱、二襯適時跟進。為保證隧道快速掘進，施工中配備先進的多功能臺架、挖掘機、側(cè)翻裝載機和大噸位的自卸汽車、全液壓襯砌臺車等隧道施工配套機械設(shè)備，組成鉆爆、裝運、噴錨支護、襯砌等機械化施工作業(yè)線，達(dá)到快速施工的目的。

在施工組織上，有輔助導(dǎo)坑的隧道，按照“斜井快速到底、工序平行緊湊、左線提前成洞、地質(zhì)預(yù)報超前、斷層注漿堵水、重點通風(fēng)排煙、兼顧反坡排水、環(huán)境保護優(yōu)先、機具配備精良、安全優(yōu)質(zhì)高效”的原則進行施工組織。

3 施工實例

3.1 工程概況

高蓋山隧道為雙洞單線隧道，左線隧道進口里程DK462+758，右線隧道進口里程YDK462+742;左線隧道出口里程DK480+345，右線隧道出口里程YDK480+347;左線隧道全長17587m，右線隧道全長17605 m。隧道為單面坡，從隧道進口至出口依次為7.4‰下坡，坡長1400 m;7.6‰下坡，坡長15700 m;7.5‰下坡，坡長1550 m。

圖1、圖2 所示分別為Ⅱa 和Ⅳa 圍巖的典型隧道斷面圖。

圖1 Ⅱa 襯砌

圖1 Ⅳa 襯砌

高蓋山隧道共分為進口工區(qū)、1 至5號斜井、出口工區(qū)施工，7個工區(qū)同時組織施工。輔助坑道及工區(qū)劃分見表3。

3.2 施工方案

3.2.1 正洞施工

隧道嚴(yán)格按照“新奧法”原理組織施工，以快速掘進為主線，以超前地質(zhì)預(yù)報為先導(dǎo)，以超前探水注漿及地層預(yù)加固為核心，以監(jiān)控量測為依據(jù)，以壓入式通風(fēng)為保障，實現(xiàn)信息化施工。隧道正洞及斜井進洞施工前，首先完善截排水設(shè)施，修建洞頂截水溝、排水溝、邊溝等防排水設(shè)施，然后依次安排洞口土方開挖及支護、洞口施工。

高蓋山隧道分為左線、右線隧道，兩隧道之間采用橫通道相連接，橫通道間距為400 m，且左右線分別設(shè)計有綜合洞室，在施工時隧道綜合洞室與正洞一并開挖，左右線開挖掌子面錯開30～50 m。橫通道距離掌子面20 m 左右同時開挖，便于后續(xù)工序的跟進。

表3 高蓋山隧道輔助坑道設(shè)置一覽表

隧道Ⅳ、Ⅴ級臺階法施工地段，上臺階采用人工配合挖掘機翻碴，下臺階和全斷面地段采用側(cè)卸裝載機裝碴，15 t以上的大型自卸汽車運輸。初期支護采用風(fēng)鉆打孔，人工配合多功能臺架安裝錨桿和掛網(wǎng)，濕噴機噴射混凝土施工。Ⅱ、Ⅲ級全斷面法施工地段光面爆破一次成型，出碴采用側(cè)卸裝載機裝碴，15 t 以上的大型自卸汽車運輸。

隧道均采用多功能作業(yè)臺車配合人工進行土工布與防水板鋪設(shè)，二襯混凝土采用12 m 的整體式液壓模板臺車，采用混凝土攪拌運輸車運送混凝土，混凝土輸送泵泵送混凝土入模，機械振搗。隧道仰拱和隧底施工利用自制移動式棧橋過渡交通，超前墻拱二襯先行安排施工，一次整幅施作。

隧道雙塊式無碴軌道道床施工，安排在隧道主體工程完成后，由隧道中部向洞口方向進行，采用軌道排架法施工，每次澆筑長度為75 m，每個工作面每天1個循環(huán)，每月完成2000 m。

混凝土均采用拌和站集中拌和、混凝土運輸車運送、泵送入模工藝。

3.2.2 斜井施工

隧道斜井洞口段采用超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護、正臺階法開挖進洞。洞身Ⅳ級、Ⅴ級圍巖采用臺階法施工，Ⅱ級、Ⅲ級圍巖采用全斷面法施工。Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段上、下臺階采用風(fēng)鉆鉆眼，弱爆破，挖掘機輔助開挖進行，開挖后，及時打設(shè)超前小導(dǎo)管或超前錨桿進行初期支護，對于通過富水地層段，打設(shè)超前小導(dǎo)管后在加固圈徑向3.0 m 范圍內(nèi)及時預(yù)注漿，保證圍巖穩(wěn)定。Ⅱ級、Ⅲ級圍巖全斷面地段采用多功能作業(yè)平臺人工風(fēng)鉆鉆眼，光面爆破，支護緊跟開挖掌子面，對于局部軟弱圍巖地段按照設(shè)計要求及時進行二次襯砌作業(yè)。

由于斜井施工均為下坡施工，且坡度較大，在斜井洞身開挖時每300 m 設(shè)一處長40 m、縱坡為2%的緩坡段，滿足無軌運輸?shù)倪\輸要求。在斜井前進方向的右側(cè)每隔300 m設(shè)一處容積為5～10 m3的集水坑。

3.2.3 隧道施工機械配套方案

隧道采用新奧法原理鉆爆法施工。其中Ⅱ級圍巖采用全斷面開挖，Ⅲ級巖采用臺階法開挖，Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用短臺階法開挖。隧道開挖以多功能作業(yè)平臺配合風(fēng)鉆為主，挖掘機、側(cè)翻式裝載機、自卸汽車等進行開挖出碴作業(yè)。采用自動計量拌合站生產(chǎn)襯砌及噴射混凝土，人工噴射混凝土進行初期支護;二次襯砌采用泵送混凝土入模，液壓模板臺車整體澆注的方式;仰拱施工采用仰拱棧橋;通風(fēng)采用軸流式通風(fēng)機進行壓入式通風(fēng)排煙。形成開挖、裝運、支護及二襯等機械化平行流水作業(yè)線，實現(xiàn)隧道施工的快速、連續(xù)、均衡生產(chǎn)，全面完成工程各項預(yù)定目標(biāo)。

4 結(jié)束語

結(jié)合新建向莆鐵路工程量大、工程艱巨、沿線地形復(fù)雜，隧道工程隧線比高、(特)長隧道多、穿越不良地質(zhì)普遍、環(huán)境保護要求高等工程特點，制定了文中所述的隧道工程施工方案。根據(jù)施工現(xiàn)場反饋的情況來看，該方案是科學(xué)合理的，能夠有效保證工程質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟社會效益。

［1］TZ 204－2008 鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］

［2］鐵四院.新建鐵路向莆鐵路線高蓋山隧道設(shè)計圖［R］.武漢:鐵四院，2009

［3］TB 1003－2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范［S］