1、铁路隧道施工技术研究摘要：隧道开挖方法选择有很多种，围岩级别的不同决定着相应开挖方法的运用。当围岩级别较差时，如，级围岩，一般采用台阶法施工；、级围岩采用全断面施工。当台阶法改为全断面施工时，因围岩差，拱顶及拱圈部位较易塌落，给施工带来极大的不便，但全断面施工进度快，在施工效率上比台阶法施工高出很多。通过采用全断面和台阶法经济指标的对比，从每循环所需工程量及进尺进行比较，从而选出最佳施工方法。 关键词：铁路隧道；施工；方案比选 中图分类号：U45 文献标识码： A 引言 铁路在运输领域中有着不可替代的作用，其主要承担货运及客运的职能。其优点是运输成本低，安全，经济，高效；缺点是建设投资大，时间
2、长。尤其是铁路工程中的隧道工程施工难度大，周期长。 近几年，国家加大对高铁、地铁及西部偏远地区的铁路的投资。隧道由原来短、中、长隧道扩大到特长隧道，由低海拔、埋深较浅的隧道扩大到高海波、埋深大的隧道，进而导致施工难度加大，施工工期变长。如何选择合理的施工方案，将决定着施工工期的长短。本文以岛宝沟隧道级围岩施工方案的选择为例，将全断面和台阶法经济指标进行对比，从而选出最优方案。 1 工程概况 岛宝沟隧道地处内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内。该隧道东起准格尔旗勿图沟村曾家晋社，向西穿越低中山区，止于李家渠煤矿西侧山坡，隧道最大埋深约为 127m。本隧道为单线隧道。隧道进口里程为DK207+075
3、，出口里程为 DK211+980，隧道全长 4905m。本隧道DK209+506DK209+900 段为级围岩，共长 394m。地质情况为 泥岩、砂岩，局部夹煤层：黑灰色、灰色，薄中厚层状构造，弱风化，岩体呈碎石状镶嵌结构，顶板易脱落。砂岩、泥岩接触面易突水，存在有害气体！设计采用短台阶法施工，因甲方的要求，必须按规定的期限完成施工任务，当出口掘进到 DK209+900 段时，经工程部决定，采用全断面法施工，以提高施工进度，按时贯通。 2 隧道洞身开挖方法选择 2.1 台阶法 台阶法是指在断面积大，围岩较差的地段，采用三台阶法施工（图1） ，以此保证安全，拱顶塌陷的程度低。上导为弧形导坑，扒碴
4、完后可以安装钢拱架，架设钢筋网片，安装超前小导管，砂浆锚杆，锁脚锚杆等，中导安装钢拱架，网片等。下导扒渣同时可以出渣。三台阶可以平行作业，所以三台阶法可以大大提高工作效率，缩短施工周期，增加安全性。单线隧道围岩较差的地段，施工队一般比较常用这种方法掘进。 图 1 三台阶开挖实物图 2.2 全断面法 全断面法指按隧道设计开挖断面，一次开挖到位的施工方法（图 2） 。这种方法必须选择岩层较好的断面，如、级围岩和部分级围岩均可采用。其优点是断面一层成型，对围岩的扰动次数减少，对隧道的围岩稳定有利，大型机械可以进入，从而大大的提高了施工进度。但开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量大。 图 2
5、全断面开挖实物图 2.3 台阶法改用全断面施工的具体措施 因围岩级别为级，且拱顶易脱落、塌方，炮眼的布置及起爆方式是施工的关键，以下就三台阶爆破和全断面爆破的相关数据做一些对比。 全断面爆破（图 3）：a.周边眼间距 E=45cm，抵抗线 W=70cm，底板眼间距为 50cm。b.掏槽眼采用二级复式楔形掏槽结构。c.图中所示数字为起爆顺序。d.孔内采用 113 段非电毫秒雷管。e.掏槽眼采用 13 段复式网络联接。f.周边眼采用导爆索爆破，每个周边眼装药量不准超过 1.5卷，并采用导爆索将周边眼相连，g.以减小爆破对围岩的扰动，提高爆破效果，减少超挖。h.辅助眼个数及间距根据围岩完整情况布置。
6、i.每循环周边眼钻孔深度控制在 2.5m。 图 3 全段面爆破炮眼布置及起爆顺序图 三台阶爆破（图 4）：a.周边眼间距 E=45cm，抵抗线 W=70cm，底板眼间距为 50cm。b.掏槽眼采用矩形式掏槽结构。c.图中所示数字为起爆顺序。d.孔内采用 111 段非电毫秒雷管。e.掏槽眼采用 1 段联接。f.周边眼采用导爆索爆破，每个周边眼装药量不准超过 1.5 卷，并采用导爆索将周边眼相连。g.以减小爆破对围岩的扰动，提高爆破效果，减少超挖。h.辅助眼个数及间距根据围岩完整情况布置。i.每循环周边眼钻孔深度控制在 1.0m。 图 4 三台阶爆破炮眼布置及起爆顺序图 2.4 台阶法和全断面法爆
7、破的主要经济技术指标 由表 14 可知，全断面在一个循环进尺上远远大于三台阶法施工，按照表中的数据及围岩米数得出： 全断面 ：t（循环）=394m/2.5m=157.6，T（总用工时）=t*12时 55 分/24 时85 天。 三台阶： t（循环）=394m/1m=394，T（总用工时）=t*11 时 55分/24 时196 天。时间差:196-85 天=111 天。 表 1 全断面爆破所需工程量及进尺 序号 项目 单位 数量 1 开挖断面积 m2 50.4 2 预计每循环进尺 m 2.5 3 每循环爆破石方 m3 126 4 炮眼总数 个 112 5 钻孔总长度 m 277.6 6 雷管用量
8、 发 112 7 炸药用量 kg 133.2 8 比钻眼数 个/m2 2.22 9 比装药量 kg/m3 2.64 表 2 三台阶爆破所需工程量及进尺 序号 项目 单位 数量 1 开挖断面积 m2 50.4 2 预计每循环进尺 m 1.00 3 每循环爆破石方 m3 50.4 4 炮眼总数 个 152 5 钻孔总长度 m 222.13 6 雷管用量 发 152 7 炸药用量 kg 109.2 8 比钻眼数 个/m2 3.02 9 比装药量 kg/m3 2.17 表 3 全断面开挖作业循环时间表 序号 作业名称 作业时间 1 测量布眼及超前地质预报 1.0 小时 2 钻眼 2 小时 30 分 3
9、 装药连线 50 分 4 爆破撤离 20 分 5 通风 35 分 6 扒渣、出渣 2 小时 30 分 7 立钢拱架 1 小时 30 分 8 准备喷锚工具及材料 40 分钟 9 喷射混凝土 3 小时 合计 12 小时 55 分 表 4 三台阶开挖作业循环时间表 序号 作业名称 作业时间 1 测量布眼及超前地质预报 1.0 小时 2 钻眼 3 小时 3 装药连线 1 小时 20 分 4 爆破撤离 20 分 5 通风 35 分 6 扒渣、出渣 1 小时 40 分 7 立钢拱架 1 小时 10 分 8 准备喷锚工具及材料 40 分钟 9 喷射混凝土 2 小时 10 合计 11 小时 55 分 结语 通
10、过比较选择，该段级围岩台阶法施工改为全断面施工。从而在施工进度上提前了 111 天,这说明选择全断面施工合理有效，并且按照甲方的要求，在规定期限内完成了施工任务。 近年来，由于煤炭的开采，货运铁路一般沿丘陵地带或大山谷分布，施工难度相当大。当隧道较长时，有的施工队采用斜井的方式以提高施工进度。在隧道施工中，选择怎样的施工方案决定着一个项目的盈亏，若方法选择不当，会造成安全和经济上的损失。在遇到困难时，应沉着冷静的应对，以现场观察与设计图参考相结合的方式处理问题。在通过成本预算和方案的比选上，做出详细的预算过程，最终选择最适合方案，以达到最佳效果。 参考文献： 1 铁道部第二工程局.隧道：上册M.北京：高等教育出版社，1957. 2 中铁一局集团有限公司.铁路隧道工程施工技术指南M.北京：中国铁道出版社，2008. 3 中铁二局集团有限公司.铁路隧道工程施工安全技术规程S.北京：中国铁道出版社，2009.15-55.
