夏青青XIA Qing-qing

（中鐵北京工程局集團(tuán)有限公司，北京100000）

0 引言

目前，我國(guó)鐵路隧道施工方法為明挖法、礦山法、盾構(gòu)（TBM）法、隧道掘進(jìn)機(jī)法、新奧法等，其中礦山法主要重大危險(xiǎn)為隧道開挖塌方、上部結(jié)構(gòu)沉陷等，如何防止隧道開挖塌方是目前需要解決的重大問題。根據(jù)當(dāng)前各方面有關(guān)隧道開挖施工塌方事故分析與總結(jié)，在隧道開挖特別是在圍巖淺埋、偏壓、斷層破碎帶及Ⅴ級(jí)圍巖地段施做下臺(tái)階及仰拱時(shí)候，隧道巖層承受載荷最大，上部、中部已做鋼架剛度和穩(wěn)定性不足，隧道會(huì)因?yàn)槎磧?nèi)圍巖壓力過大而崩塌。隧道開挖后，為控制圍巖應(yīng)力適量釋放和變形，增加結(jié)構(gòu)安全度和方便施工，解決好隧道開挖及主要承載結(jié)構(gòu)隧初期支護(hù)問題，是提高圍巖的穩(wěn)定性，保證隧道施工安全，提高隧道施工質(zhì)量的，加快施工進(jìn)度，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要保障。鑒于我國(guó)地質(zhì)、地貌復(fù)雜多變、地質(zhì)問題突出，對(duì)隧道開挖及初期的施工技術(shù)研究，需不斷加強(qiáng)、完善、改進(jìn)，以期取得更加成效顯著的結(jié)果。以下對(duì)實(shí)際工程隧道開挖及仰拱初期支護(hù)成環(huán)工程的跟進(jìn)、研究、探討、分析有著十分重要的意義。

1 工程概況及適用范圍

陽(yáng)春隧道位于廣東省陽(yáng)春境內(nèi)，隧道全長(zhǎng)3363m，其中暗挖3335m，明挖28m，隧道最小埋深約6.5m，最大埋深143m。測(cè)區(qū)覆蓋層為第四系全新統(tǒng)坡洪積層Q+p，坡殘積層Qt+e，下伏基巖為泥盆系中下統(tǒng)桂頭組上亞群（D.agt'）砂巖夾頁(yè)巖，泥盆系中下統(tǒng)桂頭組下亞群（D1.z2gt°）砂巖夾頁(yè)巖，寒武系八村群a段（∈bc°）變質(zhì)砂巖、頁(yè)巖互層，寒武系八村群b段（∈bcb）變質(zhì)砂巖、頁(yè)巖互層。測(cè)區(qū)不良地質(zhì)為順層偏壓和進(jìn)口仰坡順層，環(huán)境地質(zhì)條件差；圍巖差異風(fēng)化特點(diǎn)明顯；受構(gòu)造影響，巖體較破碎；地下水較發(fā)育，存在逆斷層、物探異常段落、地層倒轉(zhuǎn)等復(fù)雜地質(zhì)情況。根據(jù)陽(yáng)春隧道Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ級(jí)圍巖隧道開挖及仰拱初期支護(hù)成環(huán)技術(shù)的成功運(yùn)用和其他隧道工程運(yùn)用實(shí)例可知，各類隧道工程開挖適用此項(xiàng)技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)不僅應(yīng)用于鐵路隧道施工項(xiàng)目中，在其他類似地下工程中也普遍適用。高速鐵路隧道工程具有建設(shè)工期緊、施工條件復(fù)雜、安全質(zhì)量要求高、技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，想要取得不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益，就要勇于跨越，追求卓越，不斷技術(shù)創(chuàng)新，做好成本控制，把握施工要點(diǎn)，做好技術(shù)措施、安全措施的管理。

2 隧道施工藝及技術(shù)措施

隧道工程主要采用新奧法原理，嚴(yán)格按照“三超前、四到位和一強(qiáng)化”（超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前支護(hù)（軟弱圍巖段）、超前加固；工法選擇到位、支護(hù)措施到位、快速封閉到位、襯砌跟進(jìn)到位；強(qiáng)化量測(cè)）的原則組織施工，考慮充分利用圍巖自承載能力，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。本隧道中施工采用光面爆破的施工工藝，從而有效減小破壞圍巖的原始穩(wěn)定性，為初期支護(hù)創(chuàng)造先決條件。

2.1 隧道開挖方法

隧道按新奧法原理組織施工，根據(jù)不同圍巖級(jí)別及地形、地貌采取開挖方法。Ⅴ級(jí)圍巖根據(jù)設(shè)計(jì)具體情況可采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法施工、三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工、三臺(tái)階法施工、三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法施工；Ⅳ級(jí)、Ⅲ級(jí)圍巖地段采用臺(tái)階法施工，Ⅱ級(jí)圍巖地段采用全斷面法施工。

2.1.1 臺(tái)階法

臺(tái)階法需要超前支護(hù)的首先進(jìn)行超前支護(hù)；然后進(jìn)行上半斷面，并及時(shí)施作上半斷面初期支護(hù)；再進(jìn)行下半斷面開挖，并及時(shí)施作下半斷面初期支護(hù)；下半斷面施工一定距離后施作仰拱；最后進(jìn)行二次襯砌。

2.1.2 三臺(tái)階預(yù)留核心土法

第一，先開挖①部（預(yù)留核心土），然后進(jìn)行預(yù)留核心土周邊的支護(hù)，先初噴4cm厚混凝土，再進(jìn)行鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)，架立鋼拱架，并設(shè)置鎖腳錨桿。最后打入徑向錨桿并復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)要求厚度。

第二，在滯后①部一段距離之后（可根據(jù)施工機(jī)械配置、人員安排等情況適當(dāng)調(diào)整），開挖②部，待②部開挖完后進(jìn)行臺(tái)階周圍部分初噴4cm厚混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，接長(zhǎng)鋼拱架，最后打入徑向錨桿并復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)要求厚度。

第三，開挖③部臺(tái)階，及時(shí)封閉初期支護(hù)。（圖1）

圖1 三臺(tái)階預(yù)留核心土法工序橫斷面圖

2.1.3 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法

臨時(shí)仰拱設(shè)置于中臺(tái)階,臨時(shí)鋼架采用I18工字鋼，縱向每2榀設(shè)1處，縱向連接筋環(huán)向間距1m，鋼架間采用10cm厚C25噴射混凝土封底。適用于V級(jí)圍巖洞口淺埋、偏壓、斷層破碎帶以及地表有敏感構(gòu)筑物需要控制沉降等地段。

施工工序：①利用上一循環(huán)架立的鋼架施作拱部縱向超前預(yù)支護(hù)。②開挖上臺(tái)階，并施作上臺(tái)階部洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)，即初噴4cm厚混凝士，架立初期支護(hù)鋼架，并設(shè)置鎖腳錨。③上臺(tái)階施工至適當(dāng)距高后，開挖中臺(tái)階，施作洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)和臨時(shí)仰拱，即初噴4cm厚混凝土，架立初期支護(hù)鋼架及臨時(shí)鋼架，并設(shè)置鎖腳錨管。鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度臨時(shí)鋼架間噴射10cm厚混凝土封。④開挖下臺(tái)階，及時(shí)封閉初期支護(hù)。可參見工序③進(jìn)行。⑤灌筑該段仰拱及隧道仰拱填充。⑥利用村砌模板臺(tái)車一次性灌筑仰拱、拱墻二次村砌（拱墻村砌-次施作）。

2.1.4 三臺(tái)階臨設(shè)橫撐法

第一，先開挖①部，然后進(jìn)行①部臺(tái)階周邊的支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，即先噴4cm厚混凝土，再進(jìn)行鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)，架立鋼拱架。最后打入徑向錨桿并復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)要求厚度。

第二，在滯后①部一段距離之后（可根據(jù)施工機(jī)械配置、人員安排等情況適當(dāng)調(diào)整），開挖②部，待②部開挖完后進(jìn)行臺(tái)階周圍部分初噴混凝土至4cm厚，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，接長(zhǎng)鋼拱架和I18臨時(shí)橫撐（僅在部分Ⅴ級(jí)圍巖淺埋、斷層破碎帶和Ⅴ級(jí)圍巖淺埋偏壓地段設(shè)置），并設(shè)置鎖腳錨桿，打入徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

第三，開挖③部臺(tái)階，及時(shí)封閉初期支護(hù)?？蓞⒁姽ば颌圻M(jìn)行。

2.2 仰拱初支施工工藝及技術(shù)措施

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→開挖→基底清理→安裝鋼架→噴射混凝土。

①測(cè)量放線：隧道開挖應(yīng)對(duì)需要開挖深度進(jìn)行測(cè)量放線，具體方法為：在邊墻上準(zhǔn)確測(cè)量出預(yù)留鋼筋的上下線，根據(jù)基線標(biāo)高與仰拱開挖面的標(biāo)高的高差，計(jì)算預(yù)開挖仰拱段橫向每間隔1m處的鉆孔深度，以此為依據(jù)指導(dǎo)鉆爆的深度，從而保證仰拱開挖深度符合設(shè)計(jì)要求。

②開挖：仰拱開挖根據(jù)圍巖軟硬程度采用以下兩種方法進(jìn)行：對(duì)于硬質(zhì)巖、中硬巖采用鉆爆開挖仰拱，鉆孔設(shè)備采用YT-28氣腿式鑿巖機(jī)，一次爆破成型，人工配合機(jī)械清底，對(duì)于軟弱圍巖段及土質(zhì)段采用以機(jī)械開挖為主，局部弱爆破為輔，人工清底的方式開挖。

采用爆破開挖方法開挖時(shí)應(yīng)注意控制鉆孔深度，根據(jù)仰拱底部圍巖情況預(yù)留15-30cm采用人工配合機(jī)械清底，防止擾動(dòng)底部圍巖和超挖，鉆孔深度根據(jù)預(yù)留先測(cè)出的標(biāo)示于兩側(cè)邊墻上的基準(zhǔn)點(diǎn)連線進(jìn)行控制。V級(jí)圍巖仰拱單循環(huán)開挖長(zhǎng)度按照驗(yàn)標(biāo)要求不超過3m。

③型鋼（格柵）鋼架安裝：隧道內(nèi)拱架主要有型鋼鋼架和格柵拱架兩種，拱架統(tǒng)一在鋼筋集中加工，型鋼鋼架采用冷彎?rùn)C(jī)分單元彎曲成型，格柵拱架采用八字節(jié)數(shù)控彎曲機(jī)批量生產(chǎn)“八字節(jié)”，然后在拱架胎模上人工焊接組裝。首榀拱架加工完成后，必須進(jìn)行試拼，確保加工的成品拱架，弧度、尺寸、與設(shè)計(jì)一致。拱架經(jīng)加工檢查合格后，采用運(yùn)輸車分批運(yùn)至洞口指定臨時(shí)存放場(chǎng)存放，施工時(shí)運(yùn)至洞內(nèi)。

技術(shù)員每循環(huán)放樣拱架位置，確定拱架高度及內(nèi)凈空，保證連接質(zhì)量。

④噴射混凝土：隧道初支采用濕噴混凝土機(jī)械手施工，先對(duì)受噴巖面進(jìn)行處理，再進(jìn)行噴射。清除松石、危石后，根據(jù)巖面情況，分別采用高壓水、高壓風(fēng)清洗受噴巖面，使其噴射密實(shí)層層密貼，嚴(yán)禁初支背后出現(xiàn)空洞。

采用濕噴法施工，分初噴、復(fù)噴和終噴三階段進(jìn)行，濕噴機(jī)械采用濕噴機(jī)械手，以提高施工效率。

3 隧道開挖、初支安全措施

3.1 隧道開挖安全技術(shù)措施

①對(duì)隧道安全控制最重要的環(huán)節(jié)開挖，要采取不同的開挖方案以適應(yīng)不同的地質(zhì)情況，嚴(yán)格把控開挖進(jìn)尺，保持安全步距，采用最佳爆破參數(shù)，嚴(yán)格執(zhí)行爆破振動(dòng)安全技術(shù)規(guī)程要求。

②對(duì)所以施工的人員進(jìn)行安全教育，安全技術(shù)交底，保證教育及交底的有效性。其中爆破及操作機(jī)械的人員，必須是經(jīng)過專業(yè)教育培訓(xùn)和考試，并取得合格證，在合格證有效內(nèi)方予上崗。爆破按其隧道設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，嚴(yán)格把控裝藥量，要設(shè)專人監(jiān)督，防止不規(guī)范操作及失誤造成不安全事故。

③鉆眼人員到達(dá)工作面時(shí)，先檢查工作掌子面是否處于安全狀態(tài)。嚴(yán)禁在殘眼中鉆眼。鉆孔臺(tái)車進(jìn)場(chǎng)，需有專人指揮，按照規(guī)范要求，檢查路徑安全及施工安全，依次經(jīng)過的道路和臨時(shí)臺(tái)架。

④仰拱及襯砌安全步距需滿足以下要求：

1）仰拱：Ⅲ級(jí)圍巖距掌子面不大于150m，Ⅳ、Ⅴ級(jí)初支封閉圍巖距掌子面不大于50m。

2）二襯：Ⅲ級(jí)圍巖不大于200m，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖不大于145m。

3.2 初期支護(hù)的安全技術(shù)措施

①隧道現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人應(yīng)定期會(huì)同相關(guān)技術(shù)、安全人員對(duì)初期支護(hù)各部位實(shí)施情況及質(zhì)量進(jìn)行檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)變形或缺失損壞時(shí)，應(yīng)馬上進(jìn)行整修、補(bǔ)漏并及時(shí)加固，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)情況嚴(yán)重時(shí)，馬上要求施工人員撤離現(xiàn)場(chǎng)，再組織專業(yè)人員進(jìn)行加固處理，保證施工安全。

②洞內(nèi)初期支護(hù)與仰拱的連接處，選取正確連接結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)要求增強(qiáng)支護(hù)，并及早進(jìn)行永久襯砌。錨桿的質(zhì)量、長(zhǎng)度，噴射混凝土的質(zhì)量、厚度，以及鋼拱架的安裝位置、間距等嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工。

③洞內(nèi)支護(hù)，應(yīng)隨挖隨支護(hù)，初期支護(hù)至開挖面掌子面距離一般不得超過4m。盡量縮短支護(hù)至掌子面的距離。施工需要短期暫停，需支護(hù)至開挖掌子面。

為保證支撐的安全有效性，支撐立柱不能置于虛渣或松散的黃土里，軟弱圍巖地段的立柱加設(shè)墊板或墊梁，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度。

安裝鋼拱架，應(yīng)遵守有關(guān)起重和高處作業(yè)等安全規(guī)則，選用適宜的小型機(jī)具進(jìn)行吊裝。

進(jìn)行錨桿施工時(shí)，必須保證核心土的安全距離，以便施工人員能夠進(jìn)行操作。

密切注意圍巖變化，使用風(fēng)鉆打孔時(shí)要兩人同時(shí)進(jìn)行操作，以避免引起震動(dòng)傷人。

噴錨支護(hù)的腳手架應(yīng)進(jìn)行檢查保證牢固可靠，噴射手按要求佩戴必要的防護(hù)用品，機(jī)械部位應(yīng)顯示正常工作，壓力應(yīng)保持在0.5～1MPa左右。嚴(yán)謹(jǐn)將噴嘴對(duì)人放置，造成傷人事件。

施工中必須加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)工作，實(shí)行施工動(dòng)態(tài)管理。發(fā)現(xiàn)圍巖突變、地質(zhì)預(yù)報(bào)異常和監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)等問題，必要時(shí)馬上報(bào)告上級(jí)和安排作業(yè)人員撤離危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)，專業(yè)人員調(diào)整施工方法、安全步距及開挖進(jìn)尺，保證施工安全，才能繼續(xù)施工。

④鋼拱架施工的安全控制要點(diǎn)：

1）鋼拱架制作和搬運(yùn)過程中，先將鋼拱架構(gòu)件綁扎固定，以防止發(fā)生整體構(gòu)件或連接鐵件碰撞傷人、構(gòu)件掉落等安全事故；

2）鋼拱架的架設(shè)，采取專人按要求信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指揮，并隨時(shí)觀察四周圍巖及初噴混凝土層的動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況以防止引起傷亡事故；

3）鋼拱架前，先采用墊板等將鋼拱架的基礎(chǔ)面墊平。架設(shè)時(shí)，相鄰的鋼拱架應(yīng)連結(jié)牢固，以防發(fā)生鋼拱架倒塌、扭曲、彎屈及變位等安全傷人事故；

4）對(duì)鋼拱架應(yīng)經(jīng)常檢查，如發(fā)現(xiàn)不正常征兆時(shí)，必須及時(shí)采取加固措施。出現(xiàn)嚴(yán)重情況時(shí)，安排人員迅速撤，以防止造成傷亡事故；

5）隧道開挖多大斷面居多，鋼拱架的頂部連結(jié)作業(yè)時(shí)，多為高空作業(yè)，施工人員需配帶安全繩、安全帶、安全帽，作業(yè)平臺(tái)設(shè)有安全欄桿等防范措施；

6）鋼架拱頂緊固連接螺栓、楔緊鋼拱架時(shí)，要求施工人員以正確的姿勢(shì)站立在安全可靠的腳手架上，臺(tái)架上面均應(yīng)張貼反光標(biāo)識(shí)及安全操作標(biāo)識(shí)牌，必須克服麻痹思想，穿戴好安全防護(hù)用品，安全繩高掛低用，謹(jǐn)防人員傷亡事故。

4 環(huán)水保風(fēng)險(xiǎn)與預(yù)防

4.1 環(huán)水保風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

根據(jù)工程實(shí)際及擬采用的施工工藝，環(huán)境主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)包括：施工揚(yáng)塵、隧道粉塵、噪音排放、污水排放、植被破壞水土流失。

4.2 環(huán)水保預(yù)防

在工程施工過程中，除了重視施工進(jìn)度、施工技術(shù)、安全質(zhì)量等管理方面，環(huán)水保問題也應(yīng)納入施工過程。必須嚴(yán)格按水保方案要求落實(shí)各項(xiàng)水土保持措施，加強(qiáng)施工營(yíng)地及施工隊(duì)伍的環(huán)境保護(hù)管理，要采取有力措施全面嚴(yán)格控制施工污染。例如現(xiàn)場(chǎng)主要道路采用硬化地面；使用先進(jìn)設(shè)備、工藝降低噪聲排放或使用吸聲裝置；加強(qiáng)作業(yè)人員噪聲防護(hù)，配戴必要的防護(hù)用具；對(duì)職工進(jìn)行環(huán)保教育，提高環(huán)保意識(shí)，在施工過程中，加強(qiáng)對(duì)植被的保護(hù)，尤其在高原、沙漠地區(qū)；隧道棄方遵循遠(yuǎn)離河道，少壓植被，盡量選擇荒地，及時(shí)對(duì)棄方壓實(shí)，在表面進(jìn)行植被覆蓋，防止水土流失，美化環(huán)境；污、廢水要盡量清污分流，污染物超標(biāo)的廢水應(yīng)經(jīng)過處理使之達(dá)標(biāo)排放，禁止將未經(jīng)沉淀處理的施工污水直接排入河道、市政雨水管網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)污水，運(yùn)輸車輛、砼輸送泵的沖洗污水、作業(yè)污水、應(yīng)先排入沉淀池，經(jīng)沉淀后方可外排或二次利用，沉淀池應(yīng)及時(shí)清理。

5 結(jié)束語(yǔ)

隧道工程是高鐵建設(shè)中不可避免需要建設(shè)的工程，由于規(guī)模大、施工環(huán)境差、工期緊、成本高、風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)，使其對(duì)隧道施工技術(shù)的要求極高。對(duì)此我們需要不斷的摸索、探究和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新發(fā)展，突破行業(yè)技術(shù)，保證我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)祖國(guó)的繁榮昌盛。