单线铁路隧道机械化配套施工工法

刘广

1.前言

在单线铁路隧道施工工程中，由于隧道断面小、作业面狭窄，装载机、挖机、输送泵等常规设备尺寸相对占用较大空间，在隧道内的使用也受到限制，会导致开挖、出碴、衬砌等工序相互交叉影响，作业效率低下，严重影响施工进度。选取合理方法对铁路单线隧道进行机械化配套，能够提高机械作业效率，减小交叉影响，降低施工成本，有利于提高项目管理水平和施工能力。

中义隧道为全线控制性工程，隧道全长14745米，其中设计的Ⅲ级围岩6660米占45.2%，Ⅳ级围岩4600米占31.2%，Ⅴ级围岩3485米占23.6%。丽香铁路中义隧道作为全线控制性工程，工期为6年，全断面开挖时，初支后最小宽度仅为5.04米，机械化施工交叉影响较大。丽香铁路在总结以往铁路隧道施工的经验基础之上，针对单线铁路隧道机械化配套施工工法开展了针对性的研究，通过制定适合现场使用的方法和配备实用型的设备，有效提升了作业效率，加快了施工进度，减小了工期履约风险，降低了施工成本。该工法的实施，对于解决单线铁路隧道的施工干涉，推进快速施工，具有重要的意义，同时也为类似工程的实施提供了可借鉴的思路。

2.工法特点

（1）运用机械化配套施工，解决了作业效率的问题，使用先进的机械代替落后的机械或人工作业，能够大幅提高作业效率。

（2）机械化配套解决了单线铁路隧道在狭小空间下施工的难题，有效的解决了出碴设备尺寸超宽、仰拱施工干涉、二衬台车受力支撑等问题。

（3）械化配套过程中通过摸索成熟设备的使用规律，通过改造、改进、借鉴等方法，总结出一整套适合单线铁路隧道施工的方法，提高了作业效率，提升了施工管理水平。

（4）通过机械化配套，有效地提升了喷浆、衬砌质量，提高了仰拱作業的安全性。

3.适用范围

本工法适用于单线铁路等断面较窄、不利于实施机械化作业的隧道。

4.工法原理

根据单线铁路隧道的特点，通过购置、定制、改造等方法选取尺寸合适的设备，并制定合理的工艺流程、技术方案、工作方法，满足开挖、出碴、喷浆支护、仰拱、二衬等工序的机械化作业要求。选取最优的工作方法，减小各工序施工中的相互干扰，解决狭小空间下设备的使用问题，提高机械化作业效率。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

5.2操作要点

5.2.1监控量测及测量

隧道监控量测工作紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，应及时分析围岩变化情况，必要时根据分析结果及时调整支护参数，以保证施工安全。

净空变化量测测点布置和初读数的读取应符合下列规定。

测量组根据隧道纵断面设计线、隧道洞轴线及洞身开挖轮廓线，放出隧道开挖轮廓线。测量组要提前作好洞身开挖测量交底。

5.2.2空压机供风

由于中义隧道的单个作业面最长独头掘进距离超过6公里，开挖作业的远距离供风存在困难，需要随时根据用风需求进行供风，提供满足要求的供风量。依靠人工控制空压机，难以满足隧道内随时变化的供风需求，因此，丽香铁路中义隧道投入了自主开发的“电动空压机节能控制系统”，通过自动检测系统，运用PLC控制技术将空压机供风系统进行整体控制，保证隧道内开挖、锚杆钻孔、喷浆等工序持续、稳定、适量的高压风需求，对于开挖等工序的作业效率、时间节约、能源节约有明显的促进作用。

5.2.3开挖作业

工具及设备的选型。开挖使用YT28风钻，全断面配置风钻12把，配合开挖台架进行开挖。隧道外的电动空压机进行供风，供风初始压力为0.75Mpa，采用直径200mm的钢管管道输送至掌子面。风钻用水由隧道外部采用直径100mm的管道输送至掌子面。

钻孔与爆破。根据围岩级别进行爆破设计，严格控制周边眼距和装药量。定人定钻定位，掏槽眼和周边眼的钻眼精度相对其他眼孔的精度要高，要由经验丰富的钻工施作。装药前，所有炮眼全部用高压风吹洗。水压爆破能够起到很好的除尘效果，增大爆破威力，减小炸药使用量，在装完炸药后，应用将水袋放置在眼孔内，并使用炮泥封堵眼孔。起爆时使用起爆器材，采用电雷管引爆导爆管。

5.2.5支护作业

初喷混凝土封闭岩面。由于中义隧道整体围岩较差，需要在出碴工序结束后，及时进行初喷封闭岩面，保证后续的立拱人员安全。初喷应先用高压风自上而下吹净岩面，厚度应控制在4-6cm。

系统锚杆（管）、钢筋网施作。初喷混凝土后应及时施作锚杆，锚杆必须设置垫板。岩石隧道拱部系统锚杆必须带排气装置，采取沿锚杆孔进浆的施工工艺，钢筋网应与锚杆、拱架连接牢固。

安装拱架。架应与纵向连接筋、锁脚锚杆焊接牢固，以增强拱架的整体稳定性。拱架分节长度根据设计尺寸及台阶高度确定，严禁拱架接头设置在拱部中心。

支护后及时布设监控量测点，并在掌子面开挖12h内进行第一次读数，及时收集监控量测数据，进行围岩变化分析。

5.2.6喷射混凝土

选用普迈PM500型喷浆机械手，规格为30m³/h，可以有效提高作业效率，提高喷浆作业的安全性。与常规的小型人工湿喷机对比，小型人工湿喷机的喷浆效率为3-7m³/h，机械手的喷浆效率最高为30m³/h。

由于中义隧道洞内空间较为狭小，机械手在洞内无法展开机械臂，因此需要将机械臂展开后再驾驶进入隧道，喷浆完成后，退至隧道外再收回机械臂。

厚度应符合设计要求，二次复喷混凝土应分层喷射，每层厚为5～6cm。喷射混凝土表面应平顺，无空鼓、裂缝、松酥。喷浆嘴距离喷浆面必须垂直，距离墙面1.5米左右。先喷水1方，待管路润滑后再喷射混凝土。喷射顺序按边墙、拱腰、拱顶进行，喷射时左右两侧对称交替喷射。速凝剂掺量调节，喷射拱顶4%、拱腰3%，边墙1.5%。

由于隧道内环境潮湿、粉尘大、回弹喷浆料多，作业人员须正确穿戴绝缘鞋、绝缘手套、防尘口罩、防尘眼罩等劳保用品。进退车经过二衬台车、作业台架、仰拱栈桥等障碍物附近时，须降低行驶速度，同时派专人观察周围行驶间距。

喷浆机械手在行驶过程中，注意避让行人，遇到人员时须提前减速行驶，隧道内行驶速度不得大于5公里/小时，洞外驾驶速度不得大于15公里/小时。车辆在隧道内就位后，喷浆作业前，必须将支腿支撑起来，以形成可靠的受力点。

参考文献

[1]王明慧，姚云晓，蒋树平. 我国铁路隧道施工方法及适应性研究[J]. 现代隧道技术，2010（03）：1-5.

[2]张秀清. 高速铁路隧道施工设备配套与管理[J]. 科技资讯，2011（21）：117.

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