沙坝隧道施组

沙坝隧道

初步施工设计方案

中铁第十五工程局

沙坝隧道初步施工设计方案

本方案着重叙述沙坝隧道出口段使用臂式掘进机非钻爆法进行隧道施工的方案。

1、设计依据

1.1新建铁路重庆至怀化线初步设计方案（铁二院，2000年6月）。

1.2铁道部1999年科技发展计划项目（99G54）“软岩隧道悬臂式掘进机总体方案研究报告”（石铁院，1999年9月）。

2、工程概况

图一

沙坝隧道位于重庆市黔江县境内。主要岩性为页岩夹砂岩、砂页岩互层。岩性单一，构造简单，但岩层倾角平缓。地下水主要为基岩裂隙水，和孔隙水，最大涌水量为2500m3/d，水质对砼无侵蚀性。

隧道进口里程CIK290+400，出口里程CIK298+355，全长7955米。设计斜井里程DIK296+150，斜井与隧道平面交角45°，倾角20°12′39″，斜长253.78米。施工工期37.19个月。隧道进口地形陡峻。自隧道进口至出口，围岩类别依次为：5米IV式III类明洞、125米III类、7560米IV类、242米III类、15米III类偏压衬砌、8米IV式III类明洞衬砌。本方案中，出口将采用臂式掘进机非钻爆法开挖。

3、总体施工安排

隧道进口至斜井，即CIK290+400至CIK296+150，全长5750米，采用钻爆法施工。

其中，进口段为主攻方向。主要采用瑞典阿特拉斯TH568-13门架式钻孔台车全断面开挖，德国ITC312H4挖掘装载机装碴，国产梭式矿车、电瓶车、防运输干扰过轨梁有轨运输出碴，类箱筐式衬砌台车先墙后拱全断面衬砌，仰拱、铺底先行，衬砌、水沟、电缆槽紧跟的施工方法。

斜井为副攻方向。采用下层平台可开启成门式的，自制多功能台架全断面钻爆、临时支护、防水板施工；国产（或进口）立爪装碴机、梭式矿车、电瓶车、防运输干扰过轨梁有轨运输、卷扬机辅助牵引出碴；类箱筐式衬砌台车先墙后拱全断面衬砌；仰拱、铺底先行，衬砌、水沟、电缆槽紧跟。

出口段8米IV式III类明及15米III类偏压衬砌，共23米成洞，采用钻爆法施工。其余2182米采用悬臂式掘进机非钻爆法施工。其中242米III类围岩，作为悬臂式掘进机非钻爆法施工试验段，长台阶（台阶长242米）或微台阶（台阶长1.5～2.0米，待进一步讨论）开挖，先拱后墙衬砌，仰拱、铺底封闭紧跟，自卸汽车无轨运输出碴。在本段施工中，为提高隧道衬砌整体质量，准备采用掺纤维网（Fibermesh TM）聚丙烯纤维喷射混凝土（该工艺我局在神延线羊马河隧道已进行试验，效果良好，唯纤维网价格较高），以增强喷混凝土的抗折强度及增加喷混凝土的厚度成为可能。在初期支护可靠的情况下（以围岩量测为监控手段），仍准备采用先墙后拱的衬砌方法。在以后的方案叙述中，凡涉及使用先拱后墙施工方法的部分，遵循设计文件规定，必须使用先墙后拱的施工方法，则采取上述加强初期支护的方法来满足设计要求。

其余1940米IV类围岩，采用悬臂式掘进机非钻爆法全断面开挖，下层平台可开启成门式的自制多功能台架辅助施工，自卸汽车无轨运输、防干扰仰拱施工作业平台出碴，类箱筐式衬砌台车先墙后拱全断面衬砌，仰拱、铺底先行，衬砌、水沟、电缆紧跟的施工方法。

出口1940米IV类围岩段，预留台架法钻爆、无轨运输施工模式。非钻爆法施工模式效果不理想时，可以及时更换施工方法。

4、接桩复测及洞外、洞内控制测量

4.1接桩、复测

4.1.1接桩

现场点交所有平面、中线测量桩橛，及时固桩、护桩。主要桩橛长期保护，直至竣工验交。

4.1.2复测

复测利用GPS全球定位系统。

中线桩复测：利用GPS全球定位系统，测量隧道进、出口切线和隧道中线上主要中线桩坐标，反算曲线偏交、中线点距。根据误差传播定律，推算复测结果与线路定测结果之间的对比关系，确定是否超限。

高程桩复测：

利用几何水准测量，配合GPS全球定位系高程拟合，进行高程桩复测。

视交通、地形等情况，复测工作可在3～7内完成。

4.2洞外平面精密控制测量

4.2.1 选点埋石

选点时，各洞口必须有两个点位于隧道两端曲线切线、隧道中线或其延长线上。控制点埋石，必要时建立带强制归心装臵的永久观测墩。

4.2.2测量方案

利用3台套GPS全球定位系统，边连接式静态相对定位测量。由于该隧道不足8公里长，控制点间距一般不会超过10公里。在隧道进口、斜井口、出口合适位臵，各自选出3个点，布臵成大致如图二所示的网形。

图二

4.3洞外临时、精密高程控制测量

进行洞外平面精密控制测量时，利用几何水准测量，配合GPS全球定位系统高程拟合，进行临时高程控制测量，指导前期开挖。作为技术

攻关项目，超前研究高等级GPS高程拟合方法。

利用S1级电子水准仪往返几何水准测量，或TCRA1101自动跟踪全站仪高程导线测量，为该隧道提供精密高程数据，指导衬砌施工。

4.4洞外、洞内联系测量

利用TCRA1101自动跟踪全站仪边、角交会法，引测洞口三维控制桩，指导隧道施工。

4.5洞内控制测量

沿隧道中线，利用TCRA1101自动跟踪全站仪，建立梭形直伸式三维立体导线，注意多期观测值联合利用。布网形式如图三。

图三

5、施工能力分析

5.1进口段门架台车模式施工能力

这种模式，在国内外单线铁路隧道施工中已有大量成功经验。只要各工序衔接良好，配合得力，搞好平行作业，其实际施工能力能达到平均单口、单工作面月成洞150～200米。考虑到其他因素影响，施工能力一般不会低于平均单口、单工作面月成洞100～140米。

5.2斜井段自制台架模式施工能力

这种模式国内使用较多。我局自铁道兵时期，就开始摸索、完善该施工模式。目前，在这方面已有很成熟的施工经验。根据我局使用情况，采用该模式施工，其实际施工能力，能达到平均单口、单工作面月成洞120～150米，最高可达单口、单工作面月成洞180米以上。考虑到斜井施工等其他因素影响，施工能力一般不会低于单口、单工作面月成洞70～100米。

5.3出口段悬臂式掘进机非钻爆模式施工能力

5.3.1悬臂掘进机有关参数

根据铁道部1999年科技发展计划项目（99G54）“软岩隧道悬臂式掘进机总体方案研究报告”，研制中的臂式掘进机参数如下：

外形尺寸（长×宽×高）：15m×3m×3.25m（扒碴裙板收拢）;