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隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖施工技術(shù)分析論文
摘要：隨著(zhù)我國高鐵事業(yè)的快速發(fā)展，各種鐵路建設技術(shù)不斷改進(jìn)創(chuàng )新。文章通過(guò)對蒙華鐵路中條山隧道施工時(shí)采用的微臺階開(kāi)挖技術(shù)、仰拱與下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)施工生態(tài)的研究，給出了施工工藝流程以及施工重點(diǎn)及注意事項，為隧道建設工程及鐵路事業(yè)的發(fā)展提供了重要參考。
關(guān)鍵詞：隧道仰拱；下臺階開(kāi)挖；初期支護；高鐵事業(yè)；鐵路建設技術(shù)
1概述
隨著(zhù)我國的高鐵事業(yè)不斷走向世界，我國鐵路隧道事業(yè)將會(huì )迎來(lái)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(kāi)挖施工的塌方。據近十年來(lái)有關(guān)隧道施工塌方的案例分析，發(fā)現塌方一般都是發(fā)生在仰拱及下臺階開(kāi)挖施工過(guò)程中，因為仰拱與下臺階開(kāi)挖一般是隧道最后一步的開(kāi)挖，此時(shí)隧道洞室內的圍壓達到最大，所以隧道會(huì )因為圍壓增大而導致洞室內圍巖崩塌。故而近年來(lái)，許多鐵路工作者致力于隧道開(kāi)挖安全性的研究，取得了較好的成果，例如仰拱開(kāi)挖初支成環(huán)技術(shù)在鐵路隧道開(kāi)挖中的應用，但是由于我國地質(zhì)條件的復雜性和地下施工空間的局限性，使得該技術(shù)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(zhì)環(huán)境。通過(guò)實(shí)際工程對該技術(shù)進(jìn)行分析研究對于隧道的施工有著(zhù)重要意義。
2隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)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(shù)的成功運用以及之前各工程實(shí)例可知，隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖支護成環(huán)技術(shù)適用于各類(lèi)隧道在初期開(kāi)挖時(shí)的支護。通過(guò)對開(kāi)挖時(shí)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(zhì)條件采用初支成環(huán)施工技術(shù)，且合理地采用該方法，可以使得隧道建設質(zhì)量、安全系數以及施工環(huán)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�？梢�(jiàn)對隧道仰拱以及下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)施工工藝的研究，一方面可以為該方法的改進(jìn)提供理論依據；另一方面也可以進(jìn)一步推廣其在各項地下工程以及各種復雜地質(zhì)條件下的應用。
2.2施工技術(shù)要求
首先，要對施工對象有具體的調查，包括地質(zhì)條件、水文條件、巖土結構、巖土體性質(zhì)等。根據相應的地質(zhì)水文條件，確定出相應的初支仰拱結構形式及對施工過(guò)程中的細節進(jìn)行相應的調整，如果基底為軟弱圍巖就必須進(jìn)行合理的承載力檢測，從而為后期的開(kāi)挖支護成環(huán)奠定一定基礎；其次，在施工過(guò)程中要嚴格控制好開(kāi)挖進(jìn)尺，不宜過(guò)大也不宜過(guò)小，過(guò)大不利于快速封閉，過(guò)小不利于施工的開(kāi)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(kāi)挖后必須快速封閉成環(huán)，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(shù)的施工過(guò)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(zhì)墊塊支墊，支護鋼架應該緊貼圍巖，下臺階兩側鋼架同時(shí)開(kāi)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(huán)。
2.3工藝流程
隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)施工工藝流程如下：施工準備→測量放線(xiàn)→上臺階鋼架安裝→（土質(zhì)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(zhì)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(shí)所采取的工藝流程，同樣也是在常見(jiàn)的隧道仰拱開(kāi)挖支護的工藝流程稍微的改進(jìn)。通過(guò)該工序并且將每一個(gè)環(huán)節進(jìn)行相應的細節調整，使得隧道開(kāi)挖變得更加經(jīng)濟、安全環(huán)保。
3施工重點(diǎn)及注意事項
3.1質(zhì)量保證方面
工程建設質(zhì)量第一，在隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)施工中，要做到防患于未然，相應的領(lǐng)導人員要在施工進(jìn)行之前對各種可能出現質(zhì)量問(wèn)題的方面進(jìn)行研究探討，做好預備方案。原材料質(zhì)量是工程質(zhì)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(wǎng)、鎖腳錨管、超前小導管以及混凝土等進(jìn)行仔細驗收后方可讓其進(jìn)場(chǎng)。另外，在施工過(guò)程中，要對施工工藝的每一步檢查到位，確保施工質(zhì)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(zhì)檢人員檢查，檢查合格后方可進(jìn)行下一步的施工。隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)施工過(guò)程中常見(jiàn)檢驗的項目和內容主要包括鋼架的外觀(guān)、保護層、間距、橫向、高程偏差、垂直度偏差等，鋼筋網(wǎng)的外觀(guān)、規格、連接、搭接、網(wǎng)格間距、保護層等，超前小導管的外觀(guān)、方向角、孔口距、孔深、搭接長(cháng)度、漿液配合比、漿壓等，混凝土的等級、噴射表面密實(shí)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(kāi)挖的主要問(wèn)題，在隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)施工過(guò)程中，要確保其安全性，主要從三方面進(jìn)行：第一，做好變形監測，根據下臺階以及仰拱開(kāi)挖時(shí)圍巖變形及圍壓變化及時(shí)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(jìn)之后進(jìn)行相應的施工；第二，加強施工過(guò)程中的監督管理。項目單位對該施工過(guò)程各項質(zhì)量監督制定相應的規章制度，并加強施工人員的學(xué)習，還應該成立項目單位領(lǐng)導監督小組和施工隊伍監督小組，除了對表1中的各項進(jìn)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(guò)程進(jìn)行監督，對未按照規范以及工藝流程進(jìn)行操作的施工人員進(jìn)行懲處，確保施工過(guò)程的合理性、可靠性及安全性；第三，相應的開(kāi)挖人員及特種作業(yè)人員均持證上崗，保證洞內的電力設備及通訊設施時(shí)刻處于正常狀態(tài)，如在仰拱及下臺階開(kāi)挖支護時(shí)洞內出現異常，所有人員應該及時(shí)快速地撤離現場(chǎng)。
3.3組織管理方面
根據現場(chǎng)工作人員以及機械設備情況來(lái)進(jìn)行合理的施工組織管理，勞動(dòng)力要結合隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)施工方案以及工期等來(lái)進(jìn)行組織，而機械設備的生產(chǎn)能力應該均衡施工能力的1.2～1.5倍。并且根據現場(chǎng)施工進(jìn)度合理地優(yōu)化施工組織，保證所有工作人員的到崗到位和材料的及時(shí)合理到場(chǎng)，為下臺階開(kāi)和仰拱開(kāi)挖支護以及混凝土噴射的及時(shí)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(kāi)挖初支成環(huán)施工的人員及設備組織管理情況。
3.4環(huán)境保護方面
隨著(zhù)建設中國特色和諧社會(huì )理念的提出，近年來(lái)工程建設對環(huán)保越來(lái)越重視，同樣在施工過(guò)程中環(huán)保工作的好壞也直接影響著(zhù)施工的質(zhì)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(kāi)挖初支成環(huán)施工過(guò)程中，除了重視質(zhì)量、安全、組織管理方面，還應該將環(huán)境保護納入到工作日程中來(lái)。要使得施工過(guò)程中更加環(huán)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(chē)、濕噴機械手清洗的廢水必須在指定位置排放；同時(shí)在進(jìn)行下臺階開(kāi)挖和仰拱初支時(shí)必須保持仰拱底面、支護鋼筋網(wǎng)以及鋼架等的表面干凈，及時(shí)清理上面的污物，這樣既可以保證施工廢料及時(shí)排除，也可以保證工程質(zhì)量；另外，各施工企業(yè)還應該積極創(chuàng )新，加強廢物利用，對施工過(guò)程中的廢料進(jìn)行加工處理，實(shí)現循環(huán)利用；可以在成本允許范圍內，對污水進(jìn)行進(jìn)化處理，實(shí)現再循環(huán)利用，通過(guò)對現場(chǎng)方案的合理規劃，將開(kāi)挖后的巖土體進(jìn)行道路的回填等。這些措施不僅可以更好地保護施工環(huán)境，還可以使得施工成本大大減小。
4結語(yǔ)
通過(guò)對鐵路隧道仰拱與下臺階開(kāi)挖初支成環(huán)技術(shù)進(jìn)行分析研究與實(shí)踐創(chuàng )新，該技術(shù)有效解決了隧道施工防坍塌的施工安全技術(shù)，徹底解決隧道開(kāi)挖后，后方仰拱開(kāi)挖施工時(shí)因支護原因而導致關(guān)門(mén)坍方事故的發(fā)生以及后方仰拱施工爆破時(shí)導致的通風(fēng)管等設備設施的損壞，解決了因隧道支護不能及時(shí)成環(huán)，洞水滲水浸泡拱腳而引起的坍方安全事故的發(fā)生，使得鐵路施工更加環(huán)保、經(jīng)濟、安全，對我國高鐵事業(yè)走向世界有著(zhù)重要的意義。
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