双线铁路隧道施工人机套打全断面开挖工法

双线铁路隧道施工人机套打全断面开挖工法

一、前言

八十年代初以来，国内在双线铁路隧道中硬岩地段开挖施工中，一般均采用深孔爆破全断面工法,开挖炮眼采用多臂液压凿岩台车钻孔，全断面深孔光面爆破，循环进尺为3.5~4.0m。这种工法的优点是机械化程度高、每循环进尺大、开挖速度快，其缺点是施工进度受液压凿岩台车机况制约较大、隧道开挖周边轮廓超挖量大、工程成本投入大。

近几年来，我局在双线铁路隧道中硬岩地段开挖施工中，探索出一套风钻与多臂液压凿岩台车人机套打全断面开挖工法。该工法充分发挥了台车与风钻各自的优点，借助于多功能作业台架，实行“人机套打”，即液压凿岩台车与人工手风钻钻孔平行作业，利用光面爆破原理，超前于开挖全断面提前形成导洞，增加临空面，减少对隧道周边围岩的扰动，预留扩挖部分利用人工手风钻钻孔，减小外插角，从而有效地提高了隧道洞室自稳能力并减少了隧道开挖周边轮廓超挖量。

在朔黄线寺铺尖隧道（全长6407m）进口DK153+211~DK153+664（全长453m，围岩级别属Ⅲ级、Ⅳ级）成功地运用了人机套打全断面开挖工法，获得了非常理想的效果。据此总结整理完成本工法。

该工法适合我国现阶段铁路工程施工领域的实际情况，达到路内先进水平，具有较好的应用前景。

二、工法特点

1、台车超前开挖导洞，人工台架扩挖。

2、隧道开挖周边轮廓爆破成型好，超挖量小，可以提高初期支护施作质量，且大大降低成本投入。

3、施工进度受液压凿岩台车机况制约较小。譬如液压凿岩台车发生故障，可以用风钻进行全断面钻孔作业，把损失减小到最低限度。

三、适用范围

1、本工法适用于双线铁路隧道Ⅱ~Ⅳ级围岩地段一般开挖断面大于高×宽=10×8m。

2、本工法适用于二级公路、一级公路、高速公路隧道Ⅱ~Ⅳ级围岩地段一般开挖断面大于高×宽=9×7.5m。

四、工法原理及关键技术

（一）工法原理

开挖全断面划分为导洞和扩挖两部分。导洞超前4~6m形成临空面，以利于后续扩挖爆破，达到成型良好的效果。

（二）关键技术

1、超前导洞用台车钻孔。

2、扩挖用全断面多功能台架。

3、多功能台架的设计制造。

4、强化管理，执行标准化作业。

五、施工方法

1、多功能作业台架的研制

（1）多功能作业台架的作用与要求

1）多功能作业台架的作用

多功能作业台架的作用是为作业人员提供了可移动的并可多层作业的工作平台，解决了洞内作业高度问题，在其上施工人员可进行测量画线、钻孔、装药、找顶、喷锚作业，同时可在其上放置风钻等工具，堆放锚杆、钢筋网等材料，还可将高压风水管路、照明灯具安装布置其上，使开挖工作面井然有序、文明施工，因而称之为“多功能作业台架”。

2）多功能作业台架的要求

多功能作业台架应满足以下要求：合理的几何尺寸，足够的结构强度与刚度及稳定性，较机动的行走机构，风水电配套，作业人员可安全便利地工作。

A.几何尺寸

几何尺寸应满足以下要求：施工人员可以多层平行作业；有较充分的作业场所；机械和车辆在其下可畅通或停放；便于周边钻孔作业；台架进退时两侧与岩壁间有一定间隙确保进退自如。

B.结构强度、刚度及稳定性

结构要有足够的强度、刚度及稳定性，应满足以下要求：台架行走时结构稳定不变形；台架在作业人员、机具、台架自重等压力及落石等重物冲击下结构稳定不变形；在落石等重物打击下不被破坏；纵向、横向有抗倾覆能力。

C.行走机构

行走机构应满足以下要求：台架前进就位和后退待避时机动、方便、快捷，节省时间，减少移动所需牵引机械和人力。

D.风水电配套

台架就位后，作业人员可以减少施工准备时间，并在足够照明度的安全环境下作业，因此，要求台架上要固定设置高压风分风器和高压水分水器，设置固定或活动的照明用灯具。

E.作业人员的安全和便利

台架上的作业属高空作业，为保证作业人员的安全和便利，要求：每层作业平台四周边缘设置安全防护栏，由地面至作业平台及作业平台之间设固定人梯便于人员上下。

（2）多功能台架的设计计算

1）多功能台架的几何尺寸与主要参数

多功能作业台架主骨架采用I20钢，以铨焊连接，辅助杆件采用∠15和匸15钢，与主骨架之间采用铨焊连接，行走架纵梁采用I30钢，两层作业平台上均满铺5cm厚木板并固定。台架自重约20T。

主要尺寸见下页图。

2）结构检算

多功能作业台架荷载主要由台架自重、风钻和作业人员的重量以及其工作时支腿向下的反力、偶然荷载等组成，根据这些荷载的不同组合方式以及分布规律，多功能作业台架结构建议采用可靠度理论进行检算。检算项目主要包括以下五个方面：纵向稳定性、横向稳定性、压杆稳定性、杆件强度、主门梁挠度。

2、超前导洞台车钻爆方法与参数

（1）、超前导洞台车钻爆方法

导洞超前于全断面4~6m，导洞利用液压凿岩台车钻孔，液压凿岩台车的操作台位于多功能作业台架下（如下图所示）。导洞装药用装药炮车进行。导洞开挖轮廓线的测量画线及找顶也利用装药炮

（2）导洞钻爆设计图及参数

导洞钻爆参数表

3、全断面多功能台架扩挖方法与参数

（1）全断面多功能台架扩挖方法

导洞以外的全断面的余留部分，利用多功能作业台架，作业人员在其上进行找顶、测量画线、风钻钻孔、装药，进行扩挖。

（2）扩挖钻爆设计图及参数

4、利用多功能台架的找顶、喷锚支护施工方法

出碴完毕，台架前行就位后，先进行危石找顶，再施作锚喷支护。锚杆眼利用人工手持风钻打眼，注浆采用注浆机高压注浆，人工安装锚杆。利用多功能作业台架为工作平台，喷射手进行喷砼作业。

5、导洞超前与全断面扩大配合