高速铁路隧道平行流水作业施工组织研究

罗加明，王明慧，王碧军，张 桥，倪少权

高速铁路隧道平行流水作业施工组织研究

罗加明1，王明慧2,3，王碧军4，张 桥2，倪少权3

（1. 国家铁路局，成都监管局，成都 610051；2. 渝万铁路有限责任公司，重庆 400014；3. 西南交通大学，交通运输与物流学院，成都 610031；4. 中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆 400037）

在项目施工过程中，由于客观条件限制以及一定人为因素的影响带来的施工组织混乱常常会造成工程进度的减慢以及成本的流失等严重问题。因此，科学合理的施工组织方案运用对工程项目的高效进行至关重要。本文以郑万高铁重庆段双线隧道的施工建设为例，展示了其基于平行流水作业施工组织方法下的最优资源配置和掌子面作业区段、仰拱初支作业区段、仰拱作业区段、防排水作业区段、二衬作业区段五个平行流水作业面的划分情况和具体作业流程。在郑万铁路重庆段黄石隧道施工作业中，平行流水作业施工组织的运用达到了加快作业进度和降低成本的目的，起到了一定的借鉴作用。

高速铁路；隧道；平行流水；作业区段

0 引 言

施工组织方案是在施工中指引工程项目从筹备到完成的一系列活动的综合性、专业性的纲领文件，对整个施工过程以及施工工艺的战略起指挥作用。一个科学、合理、高效的施工组织设计对工程项目的进行起着至关重要的作用[1]。而高速铁路施工建设作为我国“交通先行”战略的重大支撑部分，其工程线性分布，施工流动性大、周期长，易受到自然环境影响等为施工带来困难的特点对施工组织提出了更高的要求。

纵观我国的铁路施工建设，因施工组织不力带来的施工混乱和窝工现象，已经严重影响了工程的社会效益和经济效益，在降低拖慢施工进度的同时，还造成了不小的成本浪费和资金流失。因此，研究合理科学的施工组织方案已经迫在眉睫。

我国的施工组织研究在实践中发展，主要方法包括顺序作业法、平行作业法、搭接作业法、流水作业法等。其中，平行作业法使多工种相互配合同时进行各种作业，具有显著缩短工期、资源投入高的特点，广泛应用于综合性强、影响因素复杂的工程项目中[2]；而流水作业法按工序组织施工队，在相同环境中依次连续地工作，形成时间上的均匀搭接，具有工作强度均衡、施工工期缩短的特点[3]。为了兼顾工期与资源投入，针对高铁隧道施工这种复杂性的问题，综合上述两种施工方案的优势，采用平行流水施工为较好的选择。

以郑万铁路高铁隧道平行流水作业施工组织为例，展示平行流水作业在铁路隧道施工中的具体资源配置方法和不同作业区段的具体作业流程，凸显了平行流水作业施工组织方案在实际应用中的优越性和合理性。

1 平行流水作业定义

合理组织平行流水施工可以保证各工作队（小组或个人）能连续均衡地展开施工，使各种资源的供应满足需要，同时有利于缩短工期，提高劳动生产率，降低工程费用，保证工程质量。

2 平行流水作业的适用条件

实行隧道平行流水作业的基础主要是开挖工法和步距，本文的平行流水作业适用于围岩较好的大断面或全断面开挖工法，需同时满足两台装载机侧翻上渣，加快了出渣进度，同时下台阶高度降低，渣量明显减少，单挖机出渣时间减少。同时仰拱初支和二衬安全步距加大，给流水作业释放了施工空间，二衬钢筋连接作业空间加大，大部分连接工作可以在台架以下施做，加快了工效。另外增加了渣车和罐车调头空间，避免了渣车和罐车长距离独头倒车，也大大减少了车辆干扰和装载机等待碴车的可能性[7, 8]。开挖工法和步距的优化为流水作业提供了有利的基础条件。

3 资源配置

以郑万铁路重庆段黄石隧道出口工作面Ⅳ级围岩大断面开挖工法为例介绍其人员、设备在平行作业与常规施工中的配置情况。

3.1 人员配置（见表1）

表1 人员配置表

3.2 机械设备配置（见表2）

根据表1、表2可知，在平行作业与传统作业施工中，由于传统作业是以工序顺序作业，管理人员、作业人员及相应的设备投入较平行作业施工均有增加。

表2 机械设备配置表

4 作业区段施工组织

隧道施工按不同工位分为5个作业区段，即5个流水作业面，分别为掌子面作业区段、仰拱初支作业区段、仰拱作业区段、防排水作业区段和二衬作业区段（含二衬养护），施工过程中互不干扰。每个作业区段施工长度12 m为一大循环，每一循环作业时间控制在72 h可保证施工进度目标。每一循环尽量减少各工序衔接时间，做到负衔接或零衔接，同时固化工序时间，从而达到固化每循环时间的目的。按照此目标控制组织施工Ⅳ级围岩每月保证120成洞米（不含洞内附属工程），力争达到140 m/月进度目标。

4.1 掌子面作业区段组织

此作业面细化作业工序为：上台阶排险、掌子面测量及炮眼放样、钻孔、装药、安全警戒及爆破、通风、出渣、排危、超欠挖测量、立架、挂钢筋网、超前小导管和锚杆（含锁脚）、锚杆注浆、报验、喷锚施工工序。

根据人员和机械配置、现场围岩情况，Ⅲ、Ⅳ级围岩采用大断面开挖方法施工，上台阶9.05 m，下台阶1.92 m。上台阶开挖台架设置四级平台，其中拱腰以下为三级，拱部一级，拱墙侧每级、台阶底各侧配置2人/1台风枪，拱顶配置4人/2台风枪，掏心配置2人/1台风枪。每循环钻孔时间约为2.5 h，装药放炮时间约为1 h。

爆破后立即进行通风，出渣设备进洞，15 min后开始出渣施工。根据出渣运距情况进行机械配置，配置原则是“自卸车等装载机”，一般配备1台卡特320挖掘机、2台柳工50型侧翻装载机和4至6台15 m3双桥式自卸车，每次装渣虚方460 m3约35车，时间仅为2.5个小时，提前进入初期支护施工阶段。

开始排危时钢架、锚杆等原材料进场，立架工班便进洞等待，做到工序负衔接。台车就位后测量放线与立架同时施工，测量放线约20 min，此时钢架卸车也基本就位。钢架安装基本定位后，钻孔工进行锚杆钻孔，与立架同时作业，以减少立架与锚杆施工的衔接时间。待钢架定位好后便开始锁脚锚管钻孔，钢架固定好后邀请现场监理到现场见证锚杆安装和注浆施工，以减少后续施工报检时间。湿喷机械手提前就位，锚杆施工30 min后喷射混凝土到达现场同时影像资料采集完成，开始喷射混凝土施工。作业区段布置详见图1，各工序使用时间详见表3。

Fig. 1 Layout of the operation section on the palm surface

表3 掌子面作业区段工序组织耗时控制表

4.2 仰拱初支作业区段

此作业面细化作业工序为：仰拱开挖测量及炮眼放样（下台阶开挖及支护工序含在上台阶的作业时间内平行推进，不再赘述）、钻孔、装药、安全警戒及爆破、通风、出渣、人工清底、超欠挖测量、报验、喷锚混凝土、等初支混凝土强度、测量定位（仰拱钢筋及边墙防排水高度定位）、边墙防排水施工、仰拱钢筋安装工序。

仰拱初支作业区段与仰拱区段紧邻，仰拱开挖配置5人/4台风枪，每循环进尺3 m，每一大循环仰拱12 m，开挖、初支分为4次施作。严格控制超欠挖，当局部欠挖时，采用破碎锤开挖，减少开挖和喷锚时间。仰拱初支完成后，由仰拱端开始边墙防排水施工，减少喷射混凝土的待强时间。仰拱钢筋提前运输至仰拱端，待防排水施工完成后进行钢筋施工。每个仰拱初支循环持续时间为5.75 h，由于与上台阶开挖有部分冲突，在上台阶2个循环工序内穿插完成，开挖初支总计持续用时46 h，钢筋安装持续用时18.5 h，总共用时64.5 h，在大循环72 h以内，可以满足进度目标要求[10]。各工序使用时间详见表4。

表4 仰拱初支作业区段工序组织耗时控制表

4.3 仰拱作业区段

此作业面细化作业工序为：栈桥就位、边模及端模安装、止水带安装、仰拱混凝土浇筑、填充模板安装、填充混凝土浇筑。

仰拱钢筋完成后，栈桥前移，便于下一循环仰拱初支和钢筋施工。模板放线测量于栈桥就位前完成，弧模与仰拱端头模板同时安装，模板定位好后进行报验。报验过程中同时加固，加固完成后报送混凝土，监理报检采集影像资料完成后混凝土到达现场，开始仰拱下部混凝土浇筑，完成后进行混凝土浇筑[9, 10]。作业区段现场图见图2所示，各工序施工时间详见表5，初支作业区段布置见图3所示。

表5 仰拱作业区段工序组织耗时控制表

图3 仰拱作业区段与仰拱初支作业区段布置图

4.4 防排水作业区段

此作业面细化作业工序为：初支净空断面确认、初支面修整、环向盲管安装、土工布铺设、防水板铺设、拱顶注浆管、排气管安装、液位继电器端子线路布设、钢筋安装。

防排水施工前再次进行初支断面测量，欠挖提前处理，对防排水施工不能造成干扰。防水板台架就位后对初支面进行处理，盲管安装与初支面清理可以同步进行，以上工序完成后进行土工布和防水板挂设，两道工序利用同一台车不能交叉作业，同时进行防水板报验工作[11, 12]。至防水板施工完，总计持续用时50.5 h，完成后前移台车进行下一循环防排水施工，防水板施工超前二衬施工2个循环。防水板台车前移后，钢筋台架前移进行二衬钢筋施工。先进行纵向注浆管安装、报警器接触端子安装和线路布设、调试，完成后邀请监理进行注浆管和报警器设备报验，同时进行钢筋安装。按照钢筋数量提前备料，置放于台车边连接为整环长度，直接提升成环。

二衬钢筋施工持续耗时50 h。各工序使用时间详见防排水作业区段工序组织耗时控制表（表6），防排水作业区段现场及布置见图4所示。

表6 防排水作业面工序组织耗时控制表

4.5 二衬作业区段

此作业面细化作业工序为：台车脱模、预埋槽道定位、台车定位、预埋槽道安装、自检及报验、RPC注浆管安装、钢木组合端模安装、混凝土浇筑、带模注浆。

前一循环二衬混凝土强度满足要求后，进行脱模，二衬端及台车走行线于脱模前完成，台车行走到位后进行模板打磨和脱模剂涂刷，同时进行槽道定位。测量与台车就位同时进行，以加快定位速度，台车定位完成后进行预埋槽道的安装，同时邀请监理对二衬厚度进行报验和影像资料采集，可以减少后期报验时间。并同时进行止水带和模板安装，安装完成后进行槽道和模板验收，验收合格后报送混凝土。影像资料采集完成后混凝土到达现场，混凝土输送泵管路连接与调试在报影像资料采集前完成。各工序使用时间详见二衬作业区段工序组织耗时控制表（表7）。

表7 二衬作业区段工序组织耗时控制表

5 结束语

平行流水作业施工组织方法，兼具工期短、资源投入均衡、适应复杂施工环境的优势，详见表8所示。

表8 平行作业与传统作业功效对比表

将其应用于高铁隧道施工作业，将隧道作业区段进行划分，有效地组织了施工，提高了施工效率和工程建设效果，大大减少了各工序协调工作难的问题，进而实现了加快施工工程进度，减少施工成本的目标[13-15]。作为平行流水作业法的应用和高铁隧道施工建设的成功案例，具有一定的借鉴与参考价值。

[1] 张向明. 解析施工组织设计在工程项目中的重要性[J]. 科技信息, 2011 (31): 191-224.

[2] 牛军涛, 韦伟, 陈胜. 浅析隧道施工技术中七步平行流水作业法的应用[J]. 城市建设, 2011 (2): 291-292.

[3] 黄飞. 论建筑工程施工组织设计流水施工的实施方法与效果分析[J]. 江西建材, 2015 (20): 62-62.

[4] 何建洪. 隧道多工序作业平行施工技术探讨[J]. 四川建材, 2010, 154 (36): 174-175.

[5] 周祥源. 平行流水作业法的基本原理[M]. 北京: 建筑工程出版社, 1956.

[6] 周国恩. 建筑施工组织与管理[M]. 北京：高等教育出版社, 2002.

[7] 张洪军, 刘阳, 林伟. 流水施工与平行施工的对比分析[J]. 城市建设理论研究: 电子版, 2016 (14): 4179-4179.

[8] 陈仁超. 铁路隧道软弱围岩在安全步距下快速施工技术研究[J]. 高速铁路技术2006 (1): 84-90.

[9] 陈永照. 高速铁路隧道仰拱衬砌结构力学特性及快速施工技术研究[R]. 北京: 中国铁道科学研究院, 2012.

[10] 赵伟, 尚军, 陈鸿. 单线铁路隧道仰拱二次衬砌大区段施工工艺[J]. 隧道建设, 2017 (S2): 234-239.

[11] 杨森森. 高原特长隧道快速施工及机械配套技术研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2012.

[12] 刘运生. 复杂地质条件下偏压连拱隧道围岩长期稳定性研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2006.

[13] 雷彬彬. 高铁隧道施工质量监控与管理措施探讨[J]. 工程建设, 2017 (02): 110-111.

[14] 孔庆祥, 翟人锋. 目前高铁隧道施工存在的问题及改进措施—— 以京沈铁路北台子隧道工程为例[J]. 现代隧道技术, 2019 (3): 166-171.

[15] 王宾. 高铁隧道施工的难点对策分析[J]. 工程技术研究, 2017 (7): 174-176.

Parallel Flow Operations in Construction Organizations for Railway Tunnels through Mountains

LUO Jia-ming1, WANG Ming-hui2, 3, WANG Bi-jun4, ZHANG Qiao2, NI Shao-quan3

（1. Chengdu Supervision and Administration bureau, National Railway Administration of the People’s Republic of China, Chengdu 610051, China; 2. Chongqing-Guizhou Railway Co., Ltd, Chongqing 400014, China; 3. School of transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 4. The 5th Engineering Co., Ltd of China Railway 11th Bureau Group, Chongqing 400037, China）

During construction, owing to the limited objective conditions and influence of certain human factors, the disorganization surrounding construction projects often slows down progress and results in increased costs and other serious problems. Therefore, the application of a scientific and reasonable construction plan is vital to enhance the efficiency of the project. For example, the hig-speed railway double-line tunnel construction in the southwest mountainous region of China employed a construction organization method based on a parallel flow process. It was also constrained by the optimal allocation of resources and assignment sections, namely, the tunnel face section, Primary support structure of invert arch section, the inverted arch section, and the waterproof and drainage operation section. the secondary lining. Furthermore, for the construction of the Huangshi tunnel in the Chongqing section of the Zhengzhou- Wanzhou railway, the application of the construction organization of parallel pipeline operations improved the operation schedule, consequently reduced the cost of the project, and will give a reference for similar projects.

high-speed railway; tunnel; parallel flow; job section

U455.2

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.03.009

1672-4747（2020）03-0074-09

2019-08-07

中国铁路总公司科技研究开发计划项目（K2018G057）；重庆市科技计划项目（cstc2015shmszx30005；cstc2018jszx-cyzdX 0156）

罗加明（1963—），男，铁路工程监督管理负责人，研究方向为高速铁路工程监督管理，E-mail：jiamingluoaaa@163. com

王明慧（1964—），男，正高级工程师，研究方向为高速铁路工程建设管理E-mail：wmhff@163. com

罗加明，王明慧，王碧军，等. 高速铁路隧道平行流水作业施工组织研究[J]. 交通运输工程与信息学报，2020，18（3）：74-82

（责任编辑：刘娉婷）