隧道仰拱與下臺階開挖施工技術分析論文
摘要：隨著我國高鐵事業的快速發展，各種鐵路建設技術不斷改進創新。文章通過對蒙華鐵路中條山隧道施工時采用的微臺階開挖技術、仰拱與下臺階開挖初支成環施工生態的研究，給出了施工工藝流程以及施工重點及注意事項，為隧道建設工程及鐵路事業的發展提供了重要參考。
關鍵詞：隧道仰拱；下臺階開挖；初期支護；高鐵事業；鐵路建設技術
1概述
隨著我國的高鐵事業不斷走向世界，我國鐵路隧道事業將會迎來新的挑戰，鐵路建設工作者必須不斷探索研究適用于鐵路隧道建設的施工方法。目前，我國鐵路隧道施工主要方法為礦山法，而該方法最主要的困難就是如何防止隧道開挖施工的塌方。據近十年來有關隧道施工塌方的案例分析，發現塌方一般都是發生在仰拱及下臺階開挖施工過程中，因為仰拱與下臺階開挖一般是隧道最后一步的開挖，此時隧道洞室內的圍壓達到最大，所以隧道會因為圍壓增大而導致洞室內圍巖崩塌。故而近年來，許多鐵路工作者致力于隧道開挖安全性的研究，取得了較好的成果，例如仰拱開挖初支成環技術在鐵路隧道開挖中的應用，但是由于我國地質條件的復雜性和地下施工空間的局限性，使得該技術的研究還不夠成熟，還需要不斷加強與改善，以適應更加復雜的地質環境。通過實際工程對該技術進行分析研究對于隧道的施工有著重要意義。
2隧道仰拱與下臺階開挖初支成環施工工藝流程
2.1工程概況及適用范圍
根據蒙華鐵路中條山隧道正洞及輔助坑道Ⅳ、Ⅴ級圍巖初期支護施工中該技術的成功運用以及之前各工程實例可知，隧道仰拱與下臺階開挖支護成環技術適用于各類隧道在初期開挖時的支護。通過對開挖時候圍壓荷載的計算，可以采用不同的施工工序和材料等一系列方法，對軟弱圍巖及不良地質條件采用初支成環施工技術，且合理地采用該方法，可以使得隧道建設質量、安全系數以及施工環境等得到保障。該方法除了應用于鐵路隧道施工項目中，在其他公路以及水利水電等地下工程中也普遍適用。可見對隧道仰拱以及下臺階開挖初支成環施工工藝的研究，一方面可以為該方法的改進提供理論依據；另一方面也可以進一步推廣其在各項地下工程以及各種復雜地質條件下的應用。
2.2施工技術要求
首先，要對施工對象有具體的調查，包括地質條件、水文條件、巖土結構、巖土體性質等。根據相應的地質水文條件，確定出相應的初支仰拱結構形式及對施工過程中的細節進行相應的調整，如果基底為軟弱圍巖就必須進行合理的承載力檢測，從而為后期的開挖支護成環奠定一定基礎；其次，在施工過程中要嚴格控制好開挖進尺，不宜過大也不宜過小，過大不利于快速封閉，過小不利于施工的開展，一般應控制在2.5～3.5m之間。初支仰拱緊跟掌子面下臺階，仰拱開挖后必須快速封閉成環，初支仰拱據掌子面距離根據施工方法不同而有所差異；最后，在該技術的施工過程中，鎖腳錨管與鋼架之間采用“L”型鋼筋焊接，拱腳位置采用輕硬質墊塊支墊，支護鋼架應該緊貼圍巖，下臺階兩側鋼架同時開挖架立并與初支仰拱鋼架連接，保證初期支護一次封閉成環。
2.3工藝流程
隧道仰拱與下臺階開挖初支成環施工工藝流程如下：施工準備→測量放線→上臺階鋼架安裝→（土質地段中臺階鋼架安裝）→下臺階鋼架安裝→初支仰拱鋼架安裝→初支仰拱噴混凝土→下臺階噴混凝土→初支仰拱頂面回填洞碴→（土質地段中臺階噴混凝土）→上臺階噴混凝土→下道工序施工。該施工工藝為蒙華鐵路中條山隧道正洞及輔助坑道Ⅳ、Ⅴ級圍巖初期支護施工時所采取的工藝流程，同樣也是在常見的隧道仰拱開挖支護的工藝流程稍微的改進。通過該工序并且將每一個環節進行相應的細節調整，使得隧道開挖變得更加經濟、安全環保。
3施工重點及注意事項
3.1質量保證方面
工程建設質量第一，在隧道仰拱與下臺階開挖初支成環施工中，要做到防患于未然，相應的領導人員要在施工進行之前對各種可能出現質量問題的方面進行研究探討，做好預備方案。原材料質量是工程質量得以保證的基礎，所以施工人員要對鋼結構支護設備如鋼筋網、鎖腳錨管、超前小導管以及混凝土等進行仔細驗收后方可讓其進場。另外，在施工過程中，要對施工工藝的每一步檢查到位，確保施工質量的合格。每一道施工工序完成后，施工小組內部的工作人員檢查完后立即報備監理人員和質檢人員檢查，檢查合格后方可進行下一步的施工。隧道仰拱與下臺階開挖初支成環施工過程中常見檢驗的項目和內容主要包括鋼架的外觀、保護層、間距、橫向、高程偏差、垂直度偏差等，鋼筋網的外觀、規格、連接、搭接、網格間距、保護層等，超前小導管的外觀、方向角、孔口距、孔深、搭接長度、漿液配合比、漿壓等，混凝土的等級、噴射表面密實度、平整度、噴射厚度等。
3.2安全防護方面
安全防護工作是隧道開挖的主要問題，在隧道仰拱與下臺階開挖初支成環施工過程中，要確保其安全性，主要從三方面進行：第一，做好變形監測，根據下臺階以及仰拱開挖時圍巖變形及圍壓變化及時地調整支護參數及方案，出現變形異常的情況，應立即停止施工，檢查各施工步驟及支護結構的穩定性，在改進之后進行相應的施工；第二，加強施工過程中的監督管理。項目單位對該施工過程各項質量監督制定相應的規章制度，并加強施工人員的學習，還應該成立項目單位領導監督小組和施工隊伍監督小組，除了對表1中的各項進行監督檢查之外，還應該根據施工工序及注意事項對施工過程進行監督，對未按照規范以及工藝流程進行操作的施工人員進行懲處，確保施工過程的合理性、可靠性及安全性；第三，相應的開挖人員及特種作業人員均持證上崗，保證洞內的電力設備及通訊設施時刻處于正常狀態，如在仰拱及下臺階開挖支護時洞內出現異常，所有人員應該及時快速地撤離現場。
3.3組織管理方面
根據現場工作人員以及機械設備情況來進行合理的施工組織管理，勞動力要結合隧道仰拱與下臺階開挖初支成環施工方案以及工期等來進行組織，而機械設備的生產能力應該均衡施工能力的1.2～1.5倍。并且根據現場施工進度合理地優化施工組織，保證所有工作人員的到崗到位和材料的及時合理到場，為下臺階開和仰拱開挖支護以及混凝土噴射的及時性、連續性施工奠定基礎。表1給出了在蒙華鐵路中條山隧道中采用仰拱與下臺階開挖初支成環施工的人員及設備組織管理情況。
3.4環境保護方面
隨著建設中國特色和諧社會理念的提出，近年來工程建設對環保越來越重視，同樣在施工過程中環保工作的好壞也直接影響著施工的質量、工期的控制和施工人員的人身安全。所以，在隧道仰拱與下臺階開挖初支成環施工過程中，除了重視質量、安全、組織管理方面，還應該將環境保護納入到工作日程中來。要使得施工過程中更加環保，就應該全面嚴格控制施工污染，包括污水、噪音以及粉塵等，例如混凝土運輸車、濕噴機械手清洗的廢水必須在指定位置排放；同時在進行下臺階開挖和仰拱初支時必須保持仰拱底面、支護鋼筋網以及鋼架等的表面干凈，及時清理上面的污物，這樣既可以保證施工廢料及時排除，也可以保證工程質量；另外，各施工企業還應該積極創新，加強廢物利用，對施工過程中的廢料進行加工處理，實現循環利用；可以在成本允許范圍內，對污水進行進化處理，實現再循環利用，通過對現場方案的合理規劃，將開挖后的巖土體進行道路的回填等。這些措施不僅可以更好地保護施工環境，還可以使得施工成本大大減小。
4結語
通過對鐵路隧道仰拱與下臺階開挖初支成環技術進行分析研究與實踐創新，該技術有效解決了隧道施工防坍塌的施工安全技術，徹底解決隧道開挖后，后方仰拱開挖施工時因支護原因而導致關門坍方事故的發生以及后方仰拱施工爆破時導致的通風管等設備設施的損壞，解決了因隧道支護不能及時成環，洞水滲水浸泡拱腳而引起的坍方安全事故的發生，使得鐵路施工更加環保、經濟、安全，對我國高鐵事業走向世界有著重要的意義。
參考文獻：
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