高永林

(中鐵三局運(yùn)輸工程分公司，山西晉中 030600)

0 引言

目前，國內(nèi)外鐵路隧道的數(shù)量不斷增加，長度及斷面在逐步突破，隧道施工技術(shù)也在進(jìn)步并走向成熟，修建鐵路隧道已不再單純依靠鉆爆法進(jìn)行施工。但是礦山法仍是修建山嶺隧道的主流方法，是其他方法不可能代替的。隨著科學(xué)的進(jìn)步，隧道施工隊(duì)伍的素質(zhì)和管理水平也在不斷提高，隧道施工、測量及檢測新設(shè)備的不斷采用，傳統(tǒng)的施工方法也在向符合快速、安全、質(zhì)量及環(huán)境的方向轉(zhuǎn)變。因此，改造和完善礦山法及其相關(guān)施工技術(shù)，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)仍是形勢發(fā)展的需要。

1 研究目的和意義

我國鐵路隧道隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)管理水平的提高，修筑山嶺隧道的能力不斷增長，修建隧道的規(guī)模和長度日益增加。在鐵路線路建設(shè)中隧道一般為施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，往往影響整個(gè)工程的進(jìn)度。長大鐵路隧道施工空間有限，施工中相互干擾較大，在當(dāng)前鐵路建設(shè)工期大幅度壓縮的情況下，提高長大鐵路隧道施工成洞速率和工程質(zhì)量，提高施工進(jìn)度，使隧道提前于合同工期建成顯得尤為重要。

2 工藝原理

GPS及全站儀等精密儀器進(jìn)行控制測量保證能夠提高工效并能使隧道達(dá)到理想的測量精度;隧道洞外控制測量，控制點(diǎn)布設(shè)要合理，洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)在施工干擾小，通視良好及穩(wěn)固可靠之處，測量應(yīng)與其他工序交叉進(jìn)行，以減少測量占用循環(huán)時(shí)間;

全斷面光面控制爆破能夠控制隧道超欠挖，保證開挖質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，為后續(xù)施工打好基礎(chǔ)、創(chuàng)造條件;在施工中應(yīng)優(yōu)化爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，優(yōu)先考慮操作簡單、性能良好且精度高的施工機(jī)械，測量檢測儀器以及爆破器材;

保證良好的隧道施工作業(yè)環(huán)境，維護(hù)作業(yè)人員身心健康，提高施工效率。推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)并經(jīng)常加強(qiáng)作業(yè)人員職業(yè)技能的培訓(xùn)。

運(yùn)輸出碴機(jī)械選型要匹配，施工過程中要據(jù)施工變化，適時(shí)調(diào)整機(jī)械配置，運(yùn)輸通道要確保其良好狀態(tài);施工時(shí)各工序緊密銜接，形成流水作業(yè)。

3 施工工藝要點(diǎn)

3.1 隧道測量放線

山嶺隧道測量工作量大，合理的施測方案，有效的施測質(zhì)量控制措施，能大大縮短測量時(shí)間，達(dá)到最優(yōu)施測效果，保證隧道高精度貫通。

1)洞外平面控制測量。在隧道出、入口建立平面控制網(wǎng)(三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)等)，布設(shè)不少于4個(gè)控制點(diǎn)，以便于校核。其中一點(diǎn)要觀測到洞內(nèi)第一個(gè)控制點(diǎn)，定向邊要大于洞內(nèi)導(dǎo)線邊長。控制點(diǎn)均布置在視野開闊、通視良好、穩(wěn)固可靠的地方，并應(yīng)使視線超越面和旁離障礙物1 m以上。視線應(yīng)避免通過受電、磁場干擾的地方，一般要求離開高壓線2 m～5 m，視線宜避免通過發(fā)熱體(如散熱塔、煙囪等)。洞外平面控制測量采用GPS系統(tǒng)測量，控制網(wǎng)采用4臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)。

2)洞內(nèi)平面控制測量。洞內(nèi)平面控制測量采用等邊閉合導(dǎo)線環(huán)網(wǎng)。由洞外向洞內(nèi)引測，應(yīng)在陰天和夜晚進(jìn)行。洞內(nèi)導(dǎo)線點(diǎn)布設(shè)應(yīng)盡可能的靠近線路中線，導(dǎo)線邊長度控制在400 m～430 m為宜，導(dǎo)線邊過短增加累計(jì)誤差影響貫通精度，導(dǎo)線邊過長洞內(nèi)透視效果差影響測量準(zhǔn)確性。測量應(yīng)在施工干擾小時(shí)段進(jìn)行，并保證通風(fēng)、照明及通訊設(shè)備良好，為使測量達(dá)到有足夠的清晰明亮度建議使用碘鎢燈作為照明設(shè)備。測量采取多次重新置中，并采用雙照準(zhǔn)法以減少誤差。洞內(nèi)導(dǎo)線測量采用精度為1″的全站儀施測。

3)高程控制測量。洞外高程控制測量采用精密水準(zhǔn)測量，以保證隧道貫通誤差盡可能的小，洞內(nèi)高程控制測量采用三等水準(zhǔn)進(jìn)行施測。

4)施工放樣測量。洞內(nèi)每隔一段距離在墻上釘四個(gè)點(diǎn)，據(jù)洞內(nèi)導(dǎo)線控制點(diǎn)及高程控制點(diǎn)測出其坐標(biāo)及高程。出碴完后在掌子面20 m～30 m處任意點(diǎn)置鏡，后視墻上四個(gè)點(diǎn)，采用后方交匯法計(jì)算放線資料。計(jì)算采用已設(shè)好程序的智能計(jì)算機(jī)手簿現(xiàn)場計(jì)算。測量采用全站儀，由紅外線照準(zhǔn)掌子面放出輪廓線及其他各點(diǎn)。此方法可大大縮短放線時(shí)間，每次20 min即可完成(即在風(fēng)槍班排險(xiǎn)準(zhǔn)備期間即可完成)。

5)貫通測量。在貫通面處埋設(shè)一點(diǎn)，由進(jìn)洞的兩個(gè)方向，各自測量該點(diǎn)的坐標(biāo)，所得的閉合差投影至貫通面及其垂直的方向上，即得實(shí)際的橫向和縱向貫通誤差。

高程貫通誤差也由兩端測至貫通面的同一水準(zhǔn)點(diǎn)上，所測的高程差值即為實(shí)際的高程貫通誤差。

運(yùn)用以上測量方法所得的實(shí)際貫通誤差一般較小，可不做調(diào)整或簡易平差后稍作調(diào)整即可，節(jié)省了測量時(shí)間，不至于干擾關(guān)鍵工序的正常施工。

3.2 全斷面光面控制爆破

隧道施工中利用光面爆破施工工藝是隧道新奧法施工的關(guān)鍵技術(shù)，光面爆破效果直接關(guān)系到隧道開挖質(zhì)量的好壞、施工進(jìn)度的快慢以及其自身的穩(wěn)定性。在開挖過程中，由爆破引起的超欠挖是不可避免的，超挖引起多裝，多出碴，超挖空間還要用混凝土回填;欠挖則要清除。從而造成人工材料的超額消費(fèi)，循環(huán)時(shí)間加大，并且超欠挖也給后續(xù)工序造成困難，并影響其進(jìn)度。但是超欠挖是可以控制的，良好的爆破技術(shù)可以使超欠挖控制在一定的水平之內(nèi)，具體控制超欠挖的工藝有以下幾點(diǎn):

1)鉆孔速度及精度。掌子面鑿眼采用YT-28氣腿式鑿巖機(jī)，為加快鑿眼速度，便于鉆工全斷面展開，可制作多功能簡易鉆孔臺(tái)架，可使15臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施鉆。簡易臺(tái)架可據(jù)斷面大小及炮眼布置情況設(shè)置3層～4層，底層空間應(yīng)大，上面幾層可設(shè)置伸縮裝置。臺(tái)架采用工字鋼、鋼管及鋼筋焊接而成，其穩(wěn)定性應(yīng)予以檢算。臺(tái)架上安裝有高壓、照明配電盒及照明燈具、風(fēng)槍及其配件等配套設(shè)施。開鉆時(shí)，用裝載機(jī)將臺(tái)架抬至工作面，可大大節(jié)省時(shí)間，并且各臺(tái)鉆機(jī)分區(qū)域施鉆，互不干擾，提高了鑿眼效率。

鉆孔技術(shù)對(duì)光爆質(zhì)量有重要的影響，周邊炮孔的外插角θ，開口位置e和鉆孔深度L，它們與超欠挖高度h由公式表示為:

由上式可知，外插角θ和鉆孔深度L增大，則超欠挖現(xiàn)象就增大。故鉆孔中應(yīng)控制鉆孔深度及周邊炮孔的外插角。鉆孔深度目前一般取3 m～3.5 m較合理。周邊炮孔外插角為3°～5°，并應(yīng)讓操作水平高，有責(zé)任心的鉆工施鉆。炮眼鉆孔后，用高壓氣體進(jìn)行清孔。

2)光面爆破設(shè)計(jì)。光面爆破起爆順序:掏槽炮→擴(kuò)槽炮→內(nèi)圈炮→周邊炮→底板炮。

掏槽采用三級(jí)楔形斜孔掏槽，底部炮眼長度的1/3處裝高威力炸藥，上部換成低威力炸藥，頂部保留20%炮眼長度，采用炮泥進(jìn)行堵塞。掏槽眼布置在開挖斷面的中央稍靠下部，以使底部巖石破碎，減少飛石。

周邊炮眼間距E的大小對(duì)光爆效果也有一定的影響，較小的E有助于減少超挖，并提高輪廓的光滑性。而最小抵抗線W則是處于某一范圍內(nèi)，才能使超挖控制在目標(biāo)范圍內(nèi)。因此為獲得較小的超挖和光滑的輪廓線，相對(duì)間距E/W應(yīng)處于合理范圍內(nèi)。一般圍巖較好的隧道合理相對(duì)間距E/W=0.7～1.0，周邊孔間距E=45 cm～65 cm，最小抵抗線W=60～80。

周邊眼應(yīng)用導(dǎo)爆索從拱部向兩邊一次并聯(lián)在一起，引爆時(shí)使得爆炸力沿炮眼均勻分布，爆炸后輪廓線圓滑、平順，半眼保存率能達(dá)到80%以上。

光爆爆破方法采用控制爆破能有效控制超欠挖。裝藥方法采用小直徑藥卷連續(xù)裝藥對(duì)控制超欠挖效果最好，間隔裝藥次之。

3)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。隧道施工過程也是圍巖地質(zhì)條件不斷變化的過程，地質(zhì)條件是確定施工方法、支護(hù)參數(shù)、爆破參數(shù)的基本依據(jù)。為此在施工中應(yīng)采用掌子面觀察的方法繪制掌子面地質(zhì)素描圖，對(duì)圍巖地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，必要時(shí)采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。據(jù)預(yù)測、預(yù)報(bào)資料調(diào)整爆破參數(shù)和施工方法，爭取最佳的開挖效果。

4)開挖控制?？刂瞥吠谥饕情_挖輪廓線的精度要控制好，為此要保證中線和標(biāo)高的準(zhǔn)確。放線精度不夠?qū)⒁饠嗝娴恼w偏移，造成一側(cè)欠挖一側(cè)超挖。因此采用高精度測量和具有責(zé)任心的測量人員是防止發(fā)生上述問題的必要措施。

5)爆破質(zhì)量管理。在施工中，完善系統(tǒng)的質(zhì)量保證體系能夠把眾多的因素置于可控狀態(tài)，達(dá)到隧道施工的基本要求。在爆破質(zhì)量管理中，應(yīng)通過工程類比和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)優(yōu)化爆破參數(shù)設(shè)計(jì);優(yōu)先考慮操作簡單、性能良好且精度高的鉆孔機(jī)械，測量檢測儀器以及爆破器材;推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)并經(jīng)常加強(qiáng)作業(yè)人員職業(yè)技能、質(zhì)量安全意識(shí)和責(zé)任心的教育。

3.3 保證良好的施工環(huán)境

重視環(huán)境是時(shí)代的要求，良好的隧道施工作業(yè)環(huán)境是保證隧道工程質(zhì)量、提高施工效率、維護(hù)作業(yè)人員身心健康、實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化施工的重要條件。

1)良好的通風(fēng)環(huán)境。在隧道施工中，影響作業(yè)環(huán)境的因素主要有鉆孔、爆破、裝碴、運(yùn)碴和噴射混凝土產(chǎn)生的粉塵;爆炸產(chǎn)生的有害氣體;施工機(jī)械產(chǎn)生的廢氣;地?zé)?、混凝土水化熱、機(jī)械排放的熱量以及噪聲等。粉塵是惡化洞內(nèi)環(huán)境的主要因素。

為使洞內(nèi)形成一個(gè)能滿足施工作業(yè)安全，提高工作效率的舒適環(huán)境，最根本的措施是消除和減少發(fā)生源。其中采用通風(fēng)是改善作業(yè)環(huán)境的最重要方法。對(duì)于長大隧道，通風(fēng)是制約進(jìn)度的關(guān)鍵。

通風(fēng)是把洞內(nèi)的污染空氣排出洞外，送入洞外新鮮空氣以達(dá)到作業(yè)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。通風(fēng)優(yōu)先采用壓入式通風(fēng)方式，通風(fēng)設(shè)備采用變級(jí)多速隧道風(fēng)機(jī)，保證有足夠的風(fēng)壓及風(fēng)量。通風(fēng)管采用直徑為1.3 m或1.5 m且漏風(fēng)率低，摩阻系數(shù)小的高強(qiáng)通風(fēng)軟管，并盡可能采用節(jié)長較長的風(fēng)管，以減少接頭數(shù)量及漏風(fēng)量。

通風(fēng)管理水平是影響通風(fēng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，要以“合理布局，優(yōu)化匹配，防漏降阻，嚴(yán)格管理，確保效果”為通風(fēng)管理的指導(dǎo)原則。建立專門的通風(fēng)班組，要嚴(yán)防風(fēng)管接頭漏風(fēng)，局部破損部位及時(shí)粘補(bǔ)，管路安裝做到平、直、穩(wěn)、緊、不彎曲、不褶皺，減少風(fēng)阻力。

單純依靠通風(fēng)的方法不能從根本上解決洞內(nèi)的作業(yè)環(huán)境，還必須輔以集塵及其他措施，集塵可采用多種方法如灑水、噴霧等，最有效的方法是采用集塵機(jī)，即在粉塵發(fā)生源附近設(shè)置集塵機(jī)，在粉塵未擴(kuò)散前有效地?fù)浼蹓m。另外還應(yīng)采用濕式鑿巖、沖洗巖壁等其他降塵措施。

2)足夠的施工照明。隧道內(nèi)施工照明和通風(fēng)一樣是不可缺少的。照明設(shè)備要確保有充足的亮度，進(jìn)行作業(yè)的工作面要確保足夠的照明，通道區(qū)間也要有保證正常通行、道路維修等其他作業(yè)的照明。作業(yè)面照明要固定照明和移動(dòng)照明相配合。危險(xiǎn)地點(diǎn)要設(shè)警戒標(biāo)志燈。為保證停電時(shí)安全，要設(shè)置應(yīng)急燈及攜帶式照明燈具。

3)合理的降噪措施。隧道施工的噪聲會(huì)使人產(chǎn)生不舒適感，長時(shí)間在噪聲中施工會(huì)造成聽覺疾病。從而降低作業(yè)效率，渙散注意力，誘發(fā)事故。因此施工機(jī)械設(shè)備盡可能選用噪聲低的設(shè)備，并應(yīng)采取安裝消聲器，防震裝置等降噪措施，洞內(nèi)的施工機(jī)械應(yīng)加設(shè)隔音罩、隔音墻，爆破施工要限定放炮時(shí)間，設(shè)置隔音門。

3.4 科學(xué)合理的施工組織

科學(xué)合理的施工組織，能夠使施工質(zhì)量上乘成本下降，施工快速井然有序，杜絕災(zāi)害性事故的發(fā)生。

出碴運(yùn)輸作業(yè)是隧道施工中的關(guān)鍵工序，為加快出碴時(shí)間，縮短循環(huán)時(shí)間，科學(xué)合理的運(yùn)輸出碴方案顯得尤為重要。運(yùn)輸出碴機(jī)械選型必須匹配，盡可能使用速度快，一次出碴量大的機(jī)械，并根據(jù)施工過程中的動(dòng)態(tài)變化，適時(shí)調(diào)整機(jī)械配置，充分發(fā)揮綜合機(jī)械化施工的能力。在斷面較小的隧道中出碴時(shí)不易錯(cuò)車，可將小避車洞每間隔60 m進(jìn)行擴(kuò)挖改造，達(dá)到錯(cuò)車要求，保證了出碴速度。

機(jī)械設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)維修管理，使機(jī)械經(jīng)常處于“備戰(zhàn)”狀態(tài)。運(yùn)輸通道的良好狀態(tài)，是保證快速出碴的必要條件，故運(yùn)輸通道必須經(jīng)常派人維修保養(yǎng)。出碴期間排除一切阻路干擾，保證機(jī)械效率的充分發(fā)揮。棄碴場的位置應(yīng)優(yōu)先選擇洞口附近地帶，以節(jié)省運(yùn)輸時(shí)間。若條件不具備可采用二次倒運(yùn)的方法，縮短出碴時(shí)間。

其次，施工隊(duì)伍應(yīng)加強(qiáng)管理，隧道施工循環(huán)作業(yè)性強(qiáng)，為此應(yīng)分工明確，責(zé)任到人，施工時(shí)分區(qū)、定人，鉆眼、裝藥、爆破、通風(fēng)及出碴，每個(gè)工序的作業(yè)人員基本固定，各工序緊密銜接，形成流水作業(yè)，并實(shí)行考核獎(jiǎng)罰制度，提高施工人員積極性，加快進(jìn)度。管理人員應(yīng)發(fā)掘施工人員的潛力，培養(yǎng)他們成為各種技術(shù)都精通的綜合性人才，成為一支具有技術(shù)競爭力的專業(yè)化隊(duì)伍。

4 結(jié)語

鐵路隧道作為一種地下構(gòu)筑物，其隱蔽性、地質(zhì)情況的不確定性、作業(yè)空間有限等施工特性決定了隧道施工還有很多問題需要解決。長大鐵路隧道快速施工采用GPS及全站儀等精密儀器進(jìn)行控制測量提高工效并能使隧道達(dá)到理想的測量精度;采用全斷面光面控制爆破施工工藝，保證隧道開挖質(zhì)量，使超欠挖控制在一定的水平之內(nèi)，保證隧道施工進(jìn)度的快速以及圍巖自身的穩(wěn)定性;改善隧道施工作業(yè)環(huán)境，提高了施工效率、維護(hù)作業(yè)人員身心健康、實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化施工。采用本隧道快速施工工藝能提高長大鐵路隧道施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，縮短循環(huán)時(shí)間，降低施工成本，取得了較好的社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)效益以及工期效益。

［1］ 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［2］ 國家、鐵道部有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)［S］.