喻有彪，丁國龍

（1.滇南鐵路有限責(zé)任公司，云南 玉溪 653100；2.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

1 引言

以三臂鑿巖臺車為代表的大型機(jī)械化鉆爆法施工是近年來深入探索的一種隧道施工方法，用機(jī)械代替部分人工是隧道作業(yè)工人逐步老化、斷代缺失問題的一種解決方案，可降低安全風(fēng)險的發(fā)生和后果，是隧道施工方法的發(fā)展方向[1]。

對于鐵路單線隧道開展以鑿巖臺車為代表機(jī)械的大型機(jī)械化施工，當(dāng)前已經(jīng)有一些實踐，但未形成成套成熟技術(shù)。在組織對鄭萬鐵路機(jī)械化施工參觀學(xué)習(xí)后，中老昆萬鐵路國內(nèi)玉磨段依托曼木樹隧道出口及3#斜井、勐臘隧道1#斜井開展了單線鐵路隧道大型機(jī)械化施工技術(shù)研究探索，取得一些成效。

2 工程概況

玉磨鐵路設(shè)計速度160 km/h，其中，西雙版納至國界為單線曼木樹隧道（11 637 m）、勐臘隧道（13 018 m）為單線段長度前2 名特長隧道，工期風(fēng)險極高。

曼木樹隧道長11 637 m，分進(jìn)口帶平導(dǎo)、1#斜井、2#斜井、3#斜井、出口5 個工區(qū)施工，關(guān)鍵線路2#～3#斜井長6 246 m（正洞3 300 m、2#斜井1 663 m、3#斜井1 283 m）。出口主要為頁巖（80%左右）夾泥巖、板巖、泥灰?guī)r，3#斜井主要為砂巖（70%左右）夾泥巖，存在順層偏壓，局部段落軟巖變形風(fēng)險較高，Ⅳ級圍巖為主，部分段落為Ⅴ級圍巖。

勐臘隧道全長長13 018 m，分進(jìn)口、1#斜井、2#斜井、出口4 個工區(qū)施工，關(guān)鍵線路為1#～2#斜井長7 165 m（正洞5 000 m、1#斜井1 264 m、2#斜井901 m）。關(guān)鍵線路區(qū)段為砂巖（90%以上）夾泥巖，Ⅳ級圍巖為主，少量Ⅲ級、Ⅴ級圍巖。

3 適應(yīng)性措施

單線鐵路隧道空間受限，為達(dá)到大型機(jī)械化施工的目的，過程中研究采取了如下適應(yīng)性措施。

3.1 開挖工法

為方便大型機(jī)械設(shè)備的作用發(fā)揮，開挖工法采用大斷面法[2]，即全斷面法或短臺階法。短臺階法的上臺階長4～5 m，高5～6 m，上、下臺階一般采用一次開挖成型，特殊情況可上、下臺階分別開挖。短臺階法適用于Ⅴ級圍巖特殊地段，全臺階法適用于Ⅴ級圍巖一般地段及Ⅳ級等圍巖。

為應(yīng)對圍巖變差等異常情況，實踐中摸索出全斷面法與短臺階法快速切換方法。在此前提下，人員適應(yīng)、爆破方案、鋼架加工等各方面均做到可隨時切換。

3.2 掌子面穩(wěn)定

為保證掌子面的穩(wěn)定性，可采用以下3 個方面的措施。

3.2.1 噴射混凝土封閉掌子面

當(dāng)掌子面穩(wěn)定性相對較好時，可采用噴射混凝土封閉掌子面，以起到防止局部掉塊、危石的作用。結(jié)合實踐經(jīng)驗，部分Ⅳ級圍巖偏好的段落掌子面穩(wěn)定性強且無風(fēng)險，因此，可不封閉掌子面甚至不采取掌子面穩(wěn)定措施。

3.2.2 超前小導(dǎo)管

2017年揚中市依托中興物聯(lián)網(wǎng)項目，深化智慧停車設(shè)備系統(tǒng)的開發(fā)管理，進(jìn)一步推進(jìn)了智慧停車工程建設(shè)發(fā)展。

前小導(dǎo)管是隧道施工常見超前支護(hù)措施。在大型機(jī)械化施工中，通常要在采用臺架法立架時才具備使用條件，這是因為，如果在使用拱架拼裝立架時，因無臺階無法使用的話，超前小導(dǎo)管會常作為部分Ⅳ級圍巖偏好不采取掌子面穩(wěn)定措施、且圍巖略為變差時，所應(yīng)用的臨時加強措施。

3.2.3 超前管棚

超前管棚是斷面法大型機(jī)械化施工主要的超前支護(hù)措施，可以對掌子面穩(wěn)定性起到重要作用。采用洞內(nèi)無工作室法施工。超前管棚主要有以下幾種類型：

1）超前大管棚。采用φ89 mm 注漿管棚，一般長20 m，每15 m 1 環(huán)，搭接5 m，環(huán)向間距0.4 m，每環(huán)21 根。特殊地段長度、縱環(huán)向間距等適當(dāng)減小。適用于Ⅴ級圍巖地段。

2）超前中管棚。采用φ60 mm 或φ76 mm 注漿管棚，一般長20 m，每17 m 1 環(huán)，搭接3 m，環(huán)向間距為0.5 m，每環(huán)為17 根。特殊情況下長度、縱環(huán)向間距等適當(dāng)減小。適用于Ⅳ級圍巖地段。

3）自進(jìn)式管棚。采用φ51 mm 自進(jìn)式管棚，一般長25 m，每22 m 1 環(huán)，搭接3 m，環(huán)向間距為0.5 m，每環(huán)17 根。自進(jìn)式管棚的優(yōu)點在于鉆孔、頂管同步完成，比注漿管棚可大幅提高工效；同時存在注漿加固效果差的劣勢。因此，適用于Ⅳ級圍巖偏好地段。

在施工過程中為確保掌子面安全，超前管棚的設(shè)置位置必須要允許現(xiàn)場管理人員結(jié)合每循環(huán)開挖揭示情況適當(dāng)調(diào)整。同時，每循環(huán)應(yīng)增加3～5 根管棚，給予現(xiàn)場施工、監(jiān)理管理人員臨時增加用于軟弱部位，實際工程量可在后續(xù)變更設(shè)計中予以確認(rèn)。

3.3 安全步距

由于大型機(jī)械設(shè)備操作需要，安全步距需適當(dāng)加大。對此，不僅要考慮掌子面堆渣（8 m）、裝渣（15 m）、渣車等候（15 m）、棧橋引橋（8 m）、仰拱施工區(qū)段（24 m），共計70 m，還要考慮存在仰拱臨時耽誤調(diào)整時間，而按80 m 作為仰拱距掌子面距離控制是合理的。

另外，考慮到棧橋后引橋長度、安全儲備及防水板與鋼筋作業(yè)空間，仰拱距二襯距離按3 板考慮。因此，二襯距掌子面距離按120 m 控制是合理的。

3.4 錯車（存車）帶、調(diào)頭洞設(shè)置

單線鐵路隧道斷面可供配備的大型機(jī)械設(shè)備及罐車、渣車通行，但無法調(diào)頭、無法錯車，且部分設(shè)備走行速度較慢，所以這將會嚴(yán)重制約施工效率。針對此，經(jīng)研究后，決定每間隔300 m 設(shè)置1 處錯車帶、1 個調(diào)頭洞，錯車帶與調(diào)頭洞交錯布置。

錯車帶長度為3 板二襯（36 m），可選取圍巖相對較好地段并采取初支加強（比如Ⅳ級增加鋼架封閉成環(huán)、Ⅴ級加強鋼架支護(hù)等）后，暫不施工混凝土仰拱與填充（或施工仰拱及填充不施工矮邊墻），其中，起大型設(shè)備錯車及存放的作用；另外，調(diào)頭洞需滿足所有大型設(shè)備進(jìn)入，并可以發(fā)揮錯車及調(diào)頭的作用。

4 大型機(jī)械使用情況

4.1 三臂鑿巖臺車

三臂鑿巖臺車可用于鉆孔、管棚作業(yè)，施工效率較高；且其WMD 地質(zhì)云圖成像功能可作為一種超前地質(zhì)預(yù)報措施。

試驗初期，在安裝3 個作業(yè)掛籃作為施工平臺后，可使用三臂鑿巖臺車來用于裝藥作業(yè)。由于作業(yè)人員較少，裝藥作業(yè)工效不高，因此，在后續(xù)施工環(huán)節(jié)中需優(yōu)化為采用臺架裝藥。對此，利用三臂鑿巖臺車的鉆孔功能，可用于系統(tǒng)錨桿施工中的鉆孔作業(yè)。

總體來說，三臂鑿巖臺車在大斷面大型機(jī)械化施工中發(fā)揮了重要作用。

4.2 拱架拼裝機(jī)

在本工程項目中，試驗初期發(fā)現(xiàn)，拱架拼裝機(jī)抓手對工字鋼夾持比較方便，而對格柵鋼架（特別是三肢）夾持困難。關(guān)于此，在后經(jīng)對格柵鋼架采取鋼板對夾持位置改良，有效地解決了格柵鋼架抓取的難題。

另外，在試驗初期，由于現(xiàn)場采取了拱架拼裝機(jī)配合鋼架安裝作業(yè)，因此相關(guān)熟練后效率有所提升。另外，因受空間所限導(dǎo)致大型機(jī)械轉(zhuǎn)換時間較長，且同時使用靈活度不夠且作業(yè)人員數(shù)量受限等緣故，經(jīng)試驗后發(fā)現(xiàn)，采用拱架拼裝機(jī)進(jìn)行鋼架安裝，其作業(yè)效率提升空間較小。針對此，后續(xù)決定仍然采用臺架進(jìn)行人工立拱作業(yè)。

用于裝藥和人工立拱的為同1 個臺架，施工時需要經(jīng)常在全斷面和短臺階法轉(zhuǎn)換，因此采用可拆卸式帶伸縮滑槽裝置的開挖工裝[3]。

4.3 錨桿臺車

錨桿臺車可高效用于施工系統(tǒng)錨桿，其需要使用專用錨桿。常規(guī)砂漿錨桿的鉆孔功能可被三臂鑿巖臺車代替?？紤]單線鐵路隧道空間限制，大型設(shè)備過多將對施工工效產(chǎn)生較大不利影響。因此，本項目后期未繼續(xù)采用錨桿臺車。

4.4 濕噴機(jī)械手

濕噴機(jī)械手已屬成熟的施工機(jī)械，對提升初支混凝土施工質(zhì)量和工效具有重要作用，大斷面法適宜采用濕噴機(jī)械手作業(yè)，同時，1 個好的操作手對于施工質(zhì)量和工效有直接影響。本項目經(jīng)試驗實現(xiàn)了單線鐵路隧道用2 臺濕噴機(jī)械手并排同時作業(yè)，明顯減少了工序時間。

4.5 自行式移動棧橋

本項目采用了自行式移動棧橋可供2 板仰拱同時作業(yè)，這能夠?qū)崿F(xiàn)仰拱多工序流水作業(yè)，由于架高空間改善了仰拱的作業(yè)環(huán)境，因此，固定式邊墻模板實現(xiàn)施工過程快速省力。

在使用過程中，發(fā)現(xiàn)自行式移動棧橋具有值得改進(jìn)的方面。具體來說就是：當(dāng)發(fā)生維修時間較長的故障時，仰拱施工中斷將對正常施工組織產(chǎn)生極大影響，建議改進(jìn)行走及支立系統(tǒng)，使其可以在現(xiàn)場快速改裝后在仰拱填充面行走。

此外，在故障難以修復(fù)時，可采用簡易棧橋在前方繼續(xù)施工仰拱，而移動棧橋修復(fù)后再前移至仰拱端頭恢復(fù)正常施工。

5 實施效果

5.1 曼木樹隧道

出口及3 號斜井小里程先后大型機(jī)械化施工，共計施工時長30 個月（包括2 個春節(jié)耽誤約1.5 個月、雨季便道斷道耽誤約1.5 個月），共計完成開挖2 319.5 m（Ⅳ級1 979.5 m、Ⅴ級340 m），月均77.3 m，最高月124 m，其中10 個月進(jìn)尺超過90 m，5 個月進(jìn)尺80～90 m。

5.2 勐臘隧道

1#斜井大里程采用大型機(jī)械化施工28 個月（包括2 個春節(jié)耽誤約2 個月），共計完成開挖1 930 m（Ⅲ級100 m，Ⅳ級1 780 m、Ⅴ級50 m），月均69 m，最高月115 m，其中6 個月進(jìn)尺超過90 m，4 個月進(jìn)尺80～90 m。

總體來說，這一施工過程安全可靠，未發(fā)生意外事件，施工工效得到大幅提升且比較穩(wěn)定。可以說，采用大斷面大型機(jī)械化施工，解決了曼木樹、勐臘隧道工期風(fēng)險，確保了其安全順利貫通。

6 結(jié)語

研究表明，對速度160 km/h 鐵路單線隧道采取適應(yīng)性措施后，Ⅳ級、Ⅴ級圍巖大型機(jī)械化快速施工是可以實現(xiàn)的，且工效較為穩(wěn)定。與雙線斷面采用大型機(jī)械化施工相比，單線鐵路隧道優(yōu)勢在于掌子面穩(wěn)定性有利，劣勢在于空間受限不便于大型機(jī)械設(shè)備作用的發(fā)揮，因此，不宜配備過多大型機(jī)械設(shè)備，一機(jī)多用為佳。