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《佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)》2017年第8期

摘要：結(jié)合蘭州市榆中縣陰洼磨隧道現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)原則，從現(xiàn)場施工方法入手，選取合理的施工方法，為今后類似的隧道施工提供參考。

關(guān)鍵詞：既有隧道；改擴(kuò)建；臺階開挖；鐵路

0引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸量增長迅速，一些修建年代久遠(yuǎn)的鐵路隧道由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，通行能力不能滿足日益增長的交通需求，從而影響了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，需要改擴(kuò)建才能達(dá)到相應(yīng)的服務(wù)水平。尤其在城市地區(qū)，受地形限制，沒有更多的空間來新建隧道，這些問題已日益突出。改、擴(kuò)建隧道施工中，采取合理的施工技術(shù)方法能快速、平穩(wěn)的完成施工任務(wù)，在保證安全、質(zhì)量、工期的基礎(chǔ)上，獲取良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1工程實(shí)例概述

陰洼磨隧道位于蘭州市榆中縣，于1952年由第十二聯(lián)合作業(yè)工程隊(duì)施工完成，后由寶蘭二線利用，總長126.4m。地貌上屬于宛川河階地區(qū)，地形起伏，隧道區(qū)域山體植被稀疏，黃土裸露。該隧道為既有隴海線增建二線上的一座單線短隧道，經(jīng)多年運(yùn)營，隧道并無重大病害，基本無滲漏水，襯砌完整，底板完好。本隧道改建施工是在區(qū)間段內(nèi)停運(yùn)情況下施工，平面曲線及縱坡保持不變，對原隧道襯砌拆除后整體擴(kuò)挖。拱頂開挖最大高度為2.34m，底板開挖最大深度為2.35m，改建后滿足通行雙層集裝箱貨車要求。

2方案選定的控制因素及主要風(fēng)險(xiǎn)

2.1工期的控制

陰洼磨隧道改擴(kuò)建是在區(qū)間段內(nèi)停運(yùn)情況下施工，停運(yùn)隴海下行線桑園子至夏官營區(qū)間段。隴海線作為祖國的大動脈之一，車輛通行多，運(yùn)輸繁忙。工期壓力較大，必須按節(jié)點(diǎn)工期完成隧道的改擴(kuò)建施工。

2.2施工中應(yīng)對的主要風(fēng)險(xiǎn)

2.2.1既有隧道結(jié)構(gòu)薄弱

陰洼磨隧道修建于1952年，已運(yùn)營60多年。原隧道設(shè)計(jì)無初期支護(hù)，襯砌內(nèi)無鋼筋，為素混凝土結(jié)構(gòu)。在破除舊襯砌混凝土?xí)r經(jīng)較大擾動會產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。特別是在隧道起拱線以上部位舊襯砌混凝土破除時(shí)因裂縫及砼內(nèi)無任何連接鋼筋會出現(xiàn)大塊的掉落，在施工中存在極大安全隱患。

2.2.2襯砌背后不確定性

隧道修建年代久遠(yuǎn)，隧道本身無初期支護(hù)，且進(jìn)出口地段埋深較淺，無相關(guān)檢測的資料、文件等。當(dāng)時(shí)修建隧道混凝土均為人工施工，不能確定既有襯砌背后是否存在空洞及雜物。在既有襯砌拆除后可能出現(xiàn)超大空洞、坍塌冒頂、整體超挖嚴(yán)重等，引起地表沉陷或邊坡滑坍，危機(jī)施工人員及設(shè)備安全。

2.2.3施工場地的局限性

為了減少施工中對巖體的擾動，可采用人工配合機(jī)械施工。但既有隧道凈空尺寸為4.7m寬、6m高，大型機(jī)械由于場地受限無法施工，采用小心機(jī)械效率太低，成本過高，不符合實(shí)際施工需要。

3施工方法及主要風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對

3.1地質(zhì)雷達(dá)探測原襯砌背后空洞及處理措施

在施工前首先對原隧道襯砌背后的情況進(jìn)行探測。探測主要范圍為拱部120°范圍。探測后現(xiàn)場技術(shù)人員根據(jù)探測結(jié)果分析為施工提供指導(dǎo)信息，在隧道內(nèi)標(biāo)注及記錄。對于原隧道襯砌背后存在較大空洞及雜物填充的部位采用預(yù)注漿加固、加密超前小導(dǎo)管、縮短開挖進(jìn)尺等方法通過。預(yù)注漿加固采用Φ42無縫鋼管穿透舊襯砌伸入空洞內(nèi)，長度和根數(shù)根據(jù)實(shí)際空洞大小確定。外漏25cm長度，并在相應(yīng)的范圍內(nèi)布置好排氣管。注漿材料選用水泥砂漿，注漿壓力控制在0.8～1.2MPa，注漿完成后，檢驗(yàn)注漿效果，如若有空洞繼續(xù)補(bǔ)充注漿，直到既有襯砌背后填充密實(shí)。施工至距離空洞位置3米處對超前小導(dǎo)管支護(hù)加強(qiáng)。小導(dǎo)管采用Φ42無縫鋼管，縱向長度為3.5m，搭接1.5m。小導(dǎo)管環(huán)向間距控制在30cm內(nèi)。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件選擇性在小導(dǎo)管內(nèi)注漿，采用具有針對性的注漿材料，以達(dá)到最佳注漿效果。無注漿條件的地質(zhì)在小導(dǎo)管內(nèi)灌入砂漿或者插入Φ25鋼筋加強(qiáng)小導(dǎo)管剛度，同時(shí)相應(yīng)調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)，加強(qiáng)支護(hù)體系及監(jiān)控量測。施工至距離空洞位置3m處要縮小開挖進(jìn)尺。進(jìn)尺控制在0.6～0.8m每循環(huán)。不可盲目掘進(jìn)造成空洞擴(kuò)大或塌方冒頂?shù)取ｍ樌ㄟ^風(fēng)險(xiǎn)段后恢復(fù)至正常開挖進(jìn)尺，并加快此段的仰拱及拱墻襯砌的施做，確保施工安全。

3.2既有隧道襯砌加固

既有襯砌拆除9m范圍架設(shè)臨時(shí)鋼架支撐加固。防止在舊襯砌拆除時(shí)其他部位襯砌開裂坍塌，造成安全事故。既有襯砌采用I18工字鋼設(shè)立臨時(shí)護(hù)拱及橫撐，間距為0.8m。護(hù)拱間采用間距為50cm的Φ22鋼筋連接牢固。護(hù)拱與橫撐焊接連接。護(hù)拱與既有襯砌面要密貼，縫隙處用1.5mm厚鋼板塞嵌。隨著舊拱圈襯砌的破除拱架加固系統(tǒng)向前推進(jìn)循環(huán)作業(yè)。在長隧道內(nèi)，可能分段分區(qū)域進(jìn)行施工，為了施工方便，可把支護(hù)體系按既有襯砌斷面加工為可活動調(diào)節(jié)的臺架形式，保證支撐穩(wěn)定的同時(shí)滿足通行需求。

3.3既有隧道襯砌拆除及擴(kuò)挖

根據(jù)工期、成本控制、安全施工等要求，參考類似工程拆除經(jīng)驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)、地形情況，對既有陰洼磨隧道襯砌拆除擬采用“切割+倒塌”爆破臺階法拆除方案。隧道襯舊砌拆除及擴(kuò)挖前首先在進(jìn)、出口淺埋段按設(shè)計(jì)施做好超前管棚并按施工要求加工滿足現(xiàn)場的作業(yè)臺架，臺架加工成臺階形式。破除擴(kuò)挖前在既有襯砌面上標(biāo)出破除區(qū)域線，按設(shè)計(jì)斷面放出擴(kuò)挖后的輪廓線。待超前小導(dǎo)管施做及既有襯砌加固完成采用“切割+倒塌”拆除開挖爆破方法。布置4道跑沿線。第1道為沿隧道擴(kuò)挖輪廓線環(huán)向布置開挖炮眼。第2道沿隧道徑向向上傾斜布置環(huán)向切割炮眼線。第3、4道為沿隧道徑向向上傾斜布置縱向切割炮眼線，炮眼布置方法見圖2。通過斜向上傾斜的切割炮眼布置，可有效減少對下一循環(huán)破除的舊襯砌擾動。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況調(diào)整開挖進(jìn)尺，每循環(huán)破除及擴(kuò)挖長度控制在0.6～1.8m。在地質(zhì)較差的隧道施工中，根據(jù)現(xiàn)場地形能采用人工配合機(jī)械施工的盡可能不采用爆破方式，避免圍巖較大的擾動。在舊襯砌拆除時(shí)，可提前采用切割機(jī)按需對既有襯砌進(jìn)行分塊切割，控制裂縫的擴(kuò)散。但隧道內(nèi)施工作業(yè)空間有限，且切割所需成本較高及作業(yè)時(shí)間長，可在特殊情況下作為備用。待拱部初期支護(hù)施作一定距離后同樣方式破除邊墻及仰拱開挖，循環(huán)推進(jìn)。施工中及時(shí)施做初期支護(hù)并做好監(jiān)控測量，觀察初支斷面變形情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)停止施工，采取相應(yīng)處理措施。具體施工步驟見圖3。

4施工關(guān)鍵卡控部位

①根據(jù)地形、地質(zhì)條件，首先對隧道洞口邊坡加固防護(hù)，做好臨時(shí)排水設(shè)施。在既有隧道明洞或洞門拆除后，邊、仰坡易產(chǎn)生滑坍失穩(wěn)，對洞口施工安全造成重大威脅。②根據(jù)實(shí)際地質(zhì)控制開挖進(jìn)尺，不得冒進(jìn)，下臺階開挖時(shí)左右臺階要交錯(cuò)開挖。嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測、緊襯砌”的施工原則，及時(shí)按設(shè)計(jì)施作初期支護(hù)，盡量減少圍巖暴露時(shí)間，確保施工安全。③加強(qiáng)圍巖量測，并通過量測數(shù)據(jù)的分析和判斷，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工，修改支護(hù)參數(shù)，確保圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。④開挖過程中，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)炮眼的數(shù)量、間距并控制裝藥量。達(dá)到最佳爆破效果及節(jié)約材料的目的。

5結(jié)束語

在鐵路既有隧道改擴(kuò)建施工中，提前對既有隧道的圍巖勘測及加固，可有效的控制在施工過程中出現(xiàn)的塌方、不穩(wěn)定情況發(fā)生。對既有要拆除的襯砌預(yù)支撐、頂撐，防止了在施工期間因震動導(dǎo)致的舊襯砌開裂出現(xiàn)大面積坍塌、掉塊，保證施工的安全。陰洼磨隧道安全、平穩(wěn)的推進(jìn)施工，保證了業(yè)主的節(jié)點(diǎn)工期要求。新建隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、運(yùn)營理想，得到專家及業(yè)主的肯定，在以后同類隧道的改、擴(kuò)建施工中有了豐富的經(jīng)驗(yàn)，夯實(shí)了基礎(chǔ)。

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作者：杜龍龍 單位：中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司