中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司
1 引言
随着铁路建设的快速发展，铁路隧道大多为双线大断面，而单线小断面隧道越来越少 ,由于单线隧道施工断面小，洞内作业空间狭窄、各项工序干扰大，因此在施工设备、工序的连续性、组织的合理性、安全质量和工期管理等方面需要精心设计、合理组织，才能达到预期目标。
据统计，单线铁路隧道地质较差地段主要采用短台阶法施工，耗时较长，各工序相互干扰大，施工进度缓慢。
面对此种现状，深入研究探讨和实践，在短台阶法施工基础上创新改进，形成了上下台阶同时起爆快速施工技术；选择最佳的资源配置、优良的组织管理，有效地减少了各工序互相干扰，充分利用时间和空间，实现各工序间的零交接，从而缩短循环时间，加快施工进度。
2 工程概况
安良隧道全长2155 m，其中：Ⅲ级围岩430 m,Ⅳ级一般围岩525 m，Ⅳ级加围岩470 m，Ⅴ级一般围岩214 m，浅埋段Ⅴ级加围岩486 m，明洞及棚洞30 m。安良隧道为单线隧道，地铁I级设计标准，净空面积仅34.58 m2，进口段位于半径600 m的曲线上，其余地段为直线段，从隧道进口至出口，纵坡为下坡3.0 ‰，进口段为反坡排水。最大埋深为110 m，最小埋深15 m。洞身围岩以砂岩、泥岩为主，岩层节理发育，隧道出口段受断层影响，围岩较破碎[1]。安良隧道采用"新奥法"的原理组织施工。
3 技术原理
根据以往的施工经验，单线铁路隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩段采用上下台阶法，Ⅲ级围岩采用全断面法。传统的施工方法有以下缺点：一是单线铁路隧道Ⅲ级围岩的全断面法，只有一个工作面，每个循环工序不能重叠，每个时间段只能有一种工序作业，作业循环时间较长；二是临界Ⅲ级围岩后需要改变施工方法，通常每次改变工法需要4～5天；三是单线铁路隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩的台阶法，如果遇到单线小断面隧道，隧道断面小，空间不足，无法满足上下台阶同时作业，按照"先上台阶，后下台阶，再上台阶，再下台阶"的模式循环施工，导致施工循环时间较长。
铁路单线隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法开挖，利用上、下台阶同时施工、同时爆破的方法具有显著优势。一是适用于单线隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩地质条件复杂、各类围岩相互交替的隧道；二是上、下台阶同时起爆、同步作业，减少出渣工序、机械往返占用的循环时间，实现上下错开断面的全断面施工，同时在管理上把时间和空间用足，以便快速施工；三是单线隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩按照此施工工艺进行开挖作业，上下台阶同步循环，然后再根据地质情况适当微调循环进尺。
4 小断面隧道快速施工技术
单线小断面隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩上、下台阶同时起爆快速施工方法的核心思想是上、下台阶同时起爆，促使上、下台阶同步作业，即下台阶钻眼、装药、起爆与上台阶同步进行，上台阶立钢拱架、挂设钢筋网片、安装锚杆等工序和分部开挖的下台阶出碴、初期支护的钢拱架、安装钢网片、钢筋锚杆同时进行（出碴时间不占作业循环时间），上、下台阶喷射混凝土同步施工，从而实现单线小断面隧道Ⅵ、Ⅴ级围岩上下台阶同步快速施工。
4.1 施工工艺流程
单线小断面隧道Ⅵ、Ⅴ级围岩上、下台阶同时起爆快速施工方法施工工艺流程如图1所示。
图1 小断面隧道快速施工工艺流程图
4.2 形成台阶
水平位置需根据自身的资源配置、施工组织的确定，保证上下台阶作业时间相同。上台阶施工过程：钻孔→装药→爆破→排险、清理顶部→立拱架→挂网→打锚杆及进行超前支护→喷混凝土；下台阶施工过程：钻孔→装药→爆破→出碴→立拱架→挂网→打锚杆→喷混凝土，保证上下台阶循环过程同步进行，同时起爆，同时作业。上下台阶开挖只需要一个开挖作业平台，即在上台阶使用钻爆台车，在下台阶无需使用。
上台阶长度必须确保挖掘机能够到掌子面，可以实现扒碴、找顶、移动钻爆台车等施工作业；施工时要有合理的工作面，采用3 m钻杆，从而台阶长度满足开挖打钻3 m长钻杆放置平台的需要，施工钻爆台车放置在上台阶。通过实践，上台阶长度以4.5~5.0 m为最佳。
4.3 同时起爆作业
形成上、下台阶作业面后，测量放样确定外轮廓线及周边眼、辅助眼、掏槽眼位置，采用光面爆破施工技术，光面爆破炮眼布置图如图2所示。同步开始上、下断面的钻孔、清孔、装药、起爆作业。
图2炮眼布置图
4.4 上台阶扒碴、找顶
爆破作业完成后，洞内及时进行施工通风排烟，挖掘机提前就位，将上台阶的洞碴扒至下台阶并修筑上下台阶坡道，找顶、排险。
4.5 上台阶施工材料、设备就位
利用装载机将上台阶作业台车端至掌子面，再次进行人工排险及局部欠挖风镐处理，同时从洞外用出渣车将钢拱架、钢筋网片等材料运至下台阶处，再用铲车将运来的材料顺着上下台阶预留的坡道运送至上台阶作业面，及时直立拱架并测量校正和检查断面。
上台阶支立拱架和下台阶出渣作业人员开始立钢拱架时，下台阶装载机整理底板、出渣，从而实现下台阶出渣不占用作业循环时间。
4.6初期支护措施
初期支护的上台阶进行钢筋网片、锁脚锚杆、系统锚杆、超前支护施工。钢筋网片挂设要连续，由专业电焊工焊接连接钢筋。待钢筋网片初步挂设完成，钻孔施做锁脚、系统锚杆和超前小导管。两侧拱脚及施工平台上准备两台风钻施工锁脚锚杆、砂浆锚杆、组合中空锚杆及超前小导管钻孔。锁脚、锚杆、超前交叉打眼互不干扰。同时，下台阶开始架立钢拱架、挂钢筋网片、施做锚杆。
上下台阶同时喷混凝土。在初期支护即将结束时，提前将上下台阶喷射混凝土的2套设备和喷锚料运至施工现场，安装设备管线，做好喷混凝土作业准备，初期支护完成后，同时开始上、下断面的喷射混凝土作业。
5 效果分析
以安良隧道为例，采用本技术实现了上、下台阶同步起爆、同步作业，充分发挥机械性能，从而缩短作业循环时间；实现上下错开的全断面施工，出渣不占用作业循环时间，充分利用时间和空间，加快施工进度。按单线隧道一般施工方法进度指标III级围岩为120 m/月，IV级围岩为90 m/月，V级围岩为50 m/月。与之相比，采用上、下台阶同时起爆快速施工方法，隧道每月平均掘进III级围岩为165m、IV级围岩为100 m、V级围岩为60 m而且在机械、人员配备及循环进尺还有可进一步优化空间。
6 结束语
单线隧道上下台阶同时起爆快速施工的首要条件是形成上下台阶，其核心是上下台阶同时起爆、平行作业、同步喷混凝土，形成上下台阶同步作业循环模式；关键点是组织严密、工序紧凑、机械和人员配合密切，达到上下台阶平行作业，实现工序间的零交接。该施工技术在安良隧道的成功应用，有效克服了隧道空间狭窄、工序干扰等问题，缩短了作业循环时间，加快了施工进度，值得在单线隧道及小断面辅助坑道施工中广泛推广应用。
参考文献：
[1]TZ-204-2008 铁路隧道工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2008
[2]Q/CR 9653-2017 客货共线铁路隧道工程施工技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2008.
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003
[4]关宝树，赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011
论文作者:刘景军
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/4
标签：围岩论文; 台阶论文; 作业论文; 隧道论文; 断面论文; 单线论文; 工序论文; 《中国西部科技》2019年第3期论文;