向莆铁路隧道工程施工技术方案概述

时间：2024-07-28

肖榕

(南昌铁路局工程管理所福州管理室，福建福州 350013)

1 工程概况

向莆铁路西接京九通道和规划中的杭长客运专线，中连鹰厦铁路，东接沿海通道，是闽赣两省联系的重要通道，也是我国中西部地区通往福建省的快捷通道。

本线工程量较大，工程艰巨，地形复杂，重点桥、隧工点多，路基支挡工程大。其中隧道工程具有以下特点:

(1)向莆铁路正线全长635.9 km，其中正线隧道115 座285.6 km，占总长的45%，隧道施工总长度更是达到了353 km，超过了正线里程长度的一半。其中10 km 以上隧道9 座(左右线同时计列就是13 座)，136.714 km;3～10 km 隧道13 座，81.744 km，3 km 以下隧道91 座，67.1 km。高山深埋、沟谷浅埋、断层破碎带、高地温、硬岩岩爆、软岩大变形、强富水等不良地质都非常普遍。表1 所列为线路重点控制隧道。

表1 向莆铁路重点控制隧道表

(2)福建段地质发育，植被茂密，地表及地下水都极为丰富，雪峰山、戴云山、青云山等11 座长大隧道，有7 座是富水隧道，最大设计涌水量达到了6×104m3/d。棋盘石隧道更是岩溶隧道，地下暗河、溶洞都有可能存在。

(3)向莆铁路沿线穿过7 处重点环境保护区，通过这些保护区的所有隧道施工中出现的涌水，都必须坚持“以堵为主、限量排放”的原则，而向莆铁路7 座长大富水隧道全部位于这些保护区内，因此环保的安全风险也非常突出。

2 隧道工程施工技术方案概述

全线隧道均采用钻爆法施工。施工工法为:单线隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法施工，Ⅱ、Ⅲ围岩段采用全断面法开挖，液压多功能台架钻孔或多功能作业台架钻孔，光面爆破，装载机/挖装机装碴;Ⅳ、Ⅴ级围岩段采用短台阶法开挖，上部采用人工钻孔，下部采用多功能作业台架钻孔，光面爆破，上断面利用挖掘机扒碴至下断面，挖装机装碴，自卸汽车运碴至指定弃碴场。双线隧道Ⅱ级围岩采用全断面法施工;Ⅲ级围岩采用台阶法施工，Ⅳ级围岩采用三台阶七部开挖法;Ⅴ级围岩段在洞口浅埋段及富水地段采用双侧壁导坑法，在一般深埋段视具体情况采用三台阶七部开挖法或双侧壁导坑法。洞口浅埋段一般采用长管棚超前支护，洞内超前支护采用小导管或锚杆超前支护。各级围岩开挖施工方法见表2。

表2 各级围岩施工工法一览表

隧道开挖采用液压凿岩台车或多功能作业台架配合人力风钻，光面爆破。

全线隧道均采用无轨运输方案。隧道正洞出碴采用无轨运输方案，装碴采用功效较高的侧翻装载机装碴，大吨位自卸汽车出碴，在仰拱施工区设置栈桥通过，运输至弃碴场。

隧道喷射混凝土采用湿喷机人工湿喷作业，爆破、清帮找顶后立即初喷，然后快速安装钢支撑或格栅钢架、锚杆和钢筋网，最后复喷至设计厚度。防水板采用无钉铺设法铺设。

衬砌作业采用仰拱及填充超前，拱墙衬砌适时紧跟。仰拱采用移动式仰拱栈桥施工。横通道采用衬砌台架和组合模板全断面衬砌。拱墙衬砌采用整体式液压模板台车施工。由自动计量拌合站生产，搅拌运输车运输，输送泵泵送入模。水沟电缆槽等附属工程紧跟衬砌平行作业。

隧道通风根据施工阶段的不同，采用不同的通风方式，未开辟横通道之前采用独头压入式通风，开辟了施工横通道后为压入式与巷道式相结合的通风方式。

隧道顺坡地段施工排水采用顺坡自流方式排水。反坡及斜井工区反坡方向施工采用机械排水，在斜井井底设泵站水仓，然后顺坡施工段通过水沟直接引入井底水仓，反坡施工段采用移动潜水泵将水抽至井底水仓。在斜井内和正洞反坡段，每隔300 m 设一级泵站，接力将水抽至井外污水处理池，经沉淀处理达标后排放。

隧道洞身地质条件复杂，有断层、突涌水、地热、高地应力等特殊地质地段，做好超前地质预报工作，确保工程按期、优质、安全地建成，是向莆线的关键。因此要求成立专职地质组和量测组，每个开挖工班均配工程师跟班，做好地质预测预报及施工指导、监督工作，按照设计地质预报要求采用TSP203 地质超前预报仪、地质雷达、数码相机、数码摄像机等先进的设备和超前钻孔等手段加强超前地质预测预报，认真做好信息化施工。成立科研组，在积极配合业主安排的科研项目的同时，认真规划科研项目，积极开展科研工作。制订特殊地段的施工方法和可靠的措施并严格实施，科学组织、合理安排、严格管理，确保工期目标、质量目标、安全目标的实现。

长大隧道拟采用全断面快速掘进，仰拱、二衬适时跟进。为保证隧道快速掘进，施工中配备先进的多功能台架、挖掘机、侧翻装载机和大吨位的自卸汽车、全液压衬砌台车等隧道施工配套机械设备，组成钻爆、装运、喷锚支护、衬砌等机械化施工作业线，达到快速施工的目的。

在施工组织上，有辅助导坑的隧道，按照“斜井快速到底、工序平行紧凑、左线提前成洞、地质预报超前、断层注浆堵水、重点通风排烟、兼顾反坡排水、环境保护优先、机具配备精良、安全优质高效”的原则进行施工组织。

3 施工实例

3.1 工程概况

高盖山隧道为双洞单线隧道，左线隧道进口里程DK462+758，右线隧道进口里程YDK462+742;左线隧道出口里程DK480+345，右线隧道出口里程YDK480+347;左线隧道全长17587m，右线隧道全长17605 m。隧道为单面坡，从隧道进口至出口依次为7.4‰下坡，坡长1400 m;7.6‰下坡，坡长15700 m;7.5‰下坡，坡长1550 m。

图1、图2 所示分别为Ⅱa 和Ⅳa 围岩的典型隧道断面图。

图1 Ⅱa 衬砌

图1 Ⅳa 衬砌

高盖山隧道共分为进口工区、1 至5号斜井、出口工区施工，7个工区同时组织施工。辅助坑道及工区划分见表3。

3.2 施工方案

3.2.1 正洞施工

隧道严格按照“新奥法”原理组织施工，以快速掘进为主线，以超前地质预报为先导，以超前探水注浆及地层预加固为核心，以监控量测为依据，以压入式通风为保障，实现信息化施工。隧道正洞及斜井进洞施工前，首先完善截排水设施，修建洞顶截水沟、排水沟、边沟等防排水设施，然后依次安排洞口土方开挖及支护、洞口施工。

高盖山隧道分为左线、右线隧道，两隧道之间采用横通道相连接，横通道间距为400 m，且左右线分别设计有综合洞室，在施工时隧道综合洞室与正洞一并开挖，左右线开挖掌子面错开30～50 m。横通道距离掌子面20 m 左右同时开挖，便于后续工序的跟进。

表3 高盖山隧道辅助坑道设置一览表

隧道Ⅳ、Ⅴ级台阶法施工地段，上台阶采用人工配合挖掘机翻碴，下台阶和全断面地段采用侧卸装载机装碴，15 t以上的大型自卸汽车运输。初期支护采用风钻打孔，人工配合多功能台架安装锚杆和挂网，湿喷机喷射混凝土施工。Ⅱ、Ⅲ级全断面法施工地段光面爆破一次成型，出碴采用侧卸装载机装碴，15 t 以上的大型自卸汽车运输。

隧道均采用多功能作业台车配合人工进行土工布与防水板铺设，二衬混凝土采用12 m 的整体式液压模板台车，采用混凝土搅拌运输车运送混凝土，混凝土输送泵泵送混凝土入模，机械振捣。隧道仰拱和隧底施工利用自制移动式栈桥过渡交通，超前墙拱二衬先行安排施工，一次整幅施作。

隧道双块式无碴轨道道床施工，安排在隧道主体工程完成后，由隧道中部向洞口方向进行，采用轨道排架法施工，每次浇筑长度为75 m，每个工作面每天1个循环，每月完成2000 m。

混凝土均采用拌和站集中拌和、混凝土运输车运送、泵送入模工艺。

3.2.2 斜井施工

隧道斜井洞口段采用超前小导管注浆预支护、正台阶法开挖进洞。洞身Ⅳ级、Ⅴ级围岩采用台阶法施工，Ⅱ级、Ⅲ级围岩采用全断面法施工。Ⅳ、Ⅴ级围岩地段上、下台阶采用风钻钻眼，弱爆破，挖掘机辅助开挖进行，开挖后，及时打设超前小导管或超前锚杆进行初期支护，对于通过富水地层段，打设超前小导管后在加固圈径向3.0 m 范围内及时预注浆，保证围岩稳定。Ⅱ级、Ⅲ级围岩全断面地段采用多功能作业平台人工风钻钻眼，光面爆破，支护紧跟开挖掌子面，对于局部软弱围岩地段按照设计要求及时进行二次衬砌作业。

由于斜井施工均为下坡施工，且坡度较大，在斜井洞身开挖时每300 m 设一处长40 m、纵坡为2%的缓坡段，满足无轨运输的运输要求。在斜井前进方向的右侧每隔300 m设一处容积为5～10 m3的集水坑。

3.2.3 隧道施工机械配套方案

隧道采用新奥法原理钻爆法施工。其中Ⅱ级围岩采用全断面开挖，Ⅲ级岩采用台阶法开挖，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用短台阶法开挖。隧道开挖以多功能作业平台配合风钻为主，挖掘机、侧翻式装载机、自卸汽车等进行开挖出碴作业。采用自动计量拌合站生产衬砌及喷射混凝土，人工喷射混凝土进行初期支护;二次衬砌采用泵送混凝土入模，液压模板台车整体浇注的方式;仰拱施工采用仰拱栈桥;通风采用轴流式通风机进行压入式通风排烟。形成开挖、装运、支护及二衬等机械化平行流水作业线，实现隧道施工的快速、连续、均衡生产，全面完成工程各项预定目标。