張建生

當(dāng)前鐵路隧道建設(shè)中幾個(gè)問(wèn)題的探討

張建生

(南寧鐵路局田德鐵路建設(shè)指揮部,廣西百色 533000)

針對(duì)當(dāng)前鐵路隧道鉆爆法建設(shè)中普遍采用的機(jī)具裝備與工序組織,分析現(xiàn)階段存在仰拱棧橋長(zhǎng)度不足、初期支護(hù)工序矛盾、鎖腳錨桿設(shè)置意見(jiàn)不統(tǒng)一、初期支護(hù)缺乏檢測(cè)4個(gè)方面的問(wèn)題,提出加長(zhǎng)仰拱棧橋、調(diào)整初期支護(hù)工序、規(guī)范鎖腳錨桿設(shè)置、增加初期支護(hù)無(wú)損檢測(cè)的解決方案。

鐵路隧道;仰拱棧橋;初期支護(hù);鎖腳錨桿;無(wú)損檢測(cè)

近20年來(lái),隨著隧道建設(shè)理論的發(fā)展及裝備水平的提高,我國(guó)鐵路隧道建造技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,如隨著認(rèn)識(shí)的加深及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,隧道底部結(jié)構(gòu)普遍得到了加強(qiáng),底板由原來(lái)的素混凝土改成了鋼筋混凝土;隨著超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的普遍應(yīng)用,降低了安全風(fēng)險(xiǎn),有效減少了突發(fā)事件;隨著泵送混凝土及無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的全面推行,大幅減少了襯砌厚度不足及背后空洞;隨著激光斷面儀的應(yīng)用及爆破技術(shù)的提高,超欠挖控制技術(shù)有了很大提高。然而,隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步,在安全、質(zhì)量、投資、工期等各個(gè)方面對(duì)隧道建造技術(shù)又有了更高的要求,原來(lái)的一些非主要問(wèn)題變?yōu)橹饕獑?wèn)題,現(xiàn)將當(dāng)前隧道建設(shè)過(guò)程中遇到的一些難題和觀點(diǎn)提出來(lái),與廣大同行共同探討。

1 仰拱棧橋長(zhǎng)度問(wèn)題

出于工程質(zhì)量及施工安全的考慮,現(xiàn)行規(guī)范要求仰拱及底板應(yīng)各段一次成型,不得分部灌筑,且隨掌子面一并前進(jìn),兩者距離不得超過(guò)規(guī)定的安全步距。為解決仰拱施工與前方運(yùn)輸車輛相互干擾的問(wèn)題,目前普遍做法是采用長(zhǎng)度10 m左右的棧橋架空仰拱作業(yè)地段,逐段前進(jìn)。從目前隧道掘進(jìn)進(jìn)度來(lái)看,長(zhǎng)度10 m的仰拱棧橋已遠(yuǎn)不能滿足施工需要,不但影響施工進(jìn)度,同時(shí)也不利于工程質(zhì)量的提高。以Ⅲ級(jí)圍巖為例,按照正常的施工組織,每月進(jìn)度約100 m,采用長(zhǎng)度10 m的仰拱棧橋架空作業(yè)地段,需進(jìn)行10個(gè)循環(huán),即每3 d一個(gè)循環(huán),扣除開(kāi)挖、綁扎鋼筋、檢驗(yàn)、灌筑混凝土等作業(yè)時(shí)間,混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般在2 d以內(nèi)就需放行車輛,顯然無(wú)法滿足《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》(TZ204—2008)“仰拱填充和底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到5 MPa后允許行人通行,達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后允許車輛通行”的要求。在隧道施工現(xiàn)場(chǎng),經(jīng)常遇到的仰拱填充或鋪底面破損、塌陷或凹凸不平等現(xiàn)象,多由混凝土齡期不足,過(guò)早放行車輛所致。

從運(yùn)營(yíng)的鐵路隧道情況來(lái)看,隧底病害是一個(gè)較為突出的問(wèn)題。一方面,隧底病害常常引起翻漿冒泥及線路沉降,造成線路幾何尺寸變化快,危及行車安全;另一方面,運(yùn)營(yíng)線上隧底病害極難整治,不但整治費(fèi)用大,而且施工期間安全風(fēng)險(xiǎn)高。以單線鐵路隧道為例,運(yùn)營(yíng)線上采用慢行扣軌方式逐段重做仰拱,每延米工程費(fèi)用高達(dá)2萬(wàn)余元,基本等同于新建隧道造價(jià),代價(jià)極高。為此,還是應(yīng)從建設(shè)階段著手,設(shè)法滿足仰拱或鋪底混凝土的齡期,確保工程質(zhì)量。從目前情況來(lái)看,若降低隧道的施工進(jìn)度來(lái)滿足仰拱或鋪底混凝土的養(yǎng)護(hù)齡期顯然是不經(jīng)濟(jì)的,同時(shí)也不利于現(xiàn)場(chǎng)管理。隨著經(jīng)濟(jì)能力的增強(qiáng)及質(zhì)量要求的不斷提高,建議參照國(guó)外的做法,研制或引進(jìn)大型仰拱棧橋,加大架空長(zhǎng)度,減少仰拱棧橋的循環(huán)次數(shù),提高混凝土齡期后再放行車輛。按照目前的掘進(jìn)速度,綜合考慮經(jīng)濟(jì)、工期、技術(shù)等綜合因素,建議仰拱棧橋長(zhǎng)度按不小于40m設(shè)計(jì),同時(shí)該棧橋須具備架空地段分段施工功能,避免單次開(kāi)挖過(guò)長(zhǎng)影響施工安全,實(shí)現(xiàn)仰拱或鋪底混凝土在齡期10 d以后再放行車輛,從而確保施工安全與工程質(zhì)量。

2 初期支護(hù)工序流程問(wèn)題

目前,初期支護(hù)的一般工序流程:第一步,開(kāi)挖后初噴混凝土;第二步,安裝鋼架、鋼筋網(wǎng)、鉆孔裝入錨桿與固結(jié)材料;第三步,待錨桿固結(jié)材料強(qiáng)度達(dá)到10 MPa后,安裝錨桿墊板及緊固螺帽;第四步,復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

上述工序流程中存在一個(gè)問(wèn)題,即第三步等待錨桿固結(jié)材料(砂漿或水泥漿)強(qiáng)度達(dá)到10 MPa需要的時(shí)間太長(zhǎng)。若不添外加劑,一般需要5 d以上;若添加外加劑,也需要2 d以上。等待這么長(zhǎng)的時(shí)間,顯然不符合初期支護(hù)應(yīng)在開(kāi)挖后及時(shí)施做的設(shè)計(jì)理念。對(duì)于上述問(wèn)題,施工過(guò)程中要么不設(shè)錨桿墊板及螺帽,省略了第三步;要么在固結(jié)材料尚未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度時(shí)先行安裝墊板,兩者均達(dá)不到設(shè)計(jì)效果。

為解決上述問(wèn)題,建議調(diào)整初期支護(hù)的工序流程,具體如下:第一步,開(kāi)挖后初噴混凝土;第二步,安裝鋼架、鋼筋網(wǎng);第三步,復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度;第四步,在噴混凝土上鉆孔、裝入錨桿與固結(jié)材料;第四步,待固結(jié)材料強(qiáng)度達(dá)到10MPa后,在噴混凝土上鑿槽安裝墊板、緊固螺帽及封錨。

調(diào)整后的工序雖然增加了在初期支護(hù)上鑿槽及封錨的工作,但其好處也是顯然的,不但解決了開(kāi)挖后及時(shí)封閉圍巖、及早發(fā)揮噴混凝土及鋼架作用的問(wèn)題,同時(shí)也使錨桿作業(yè)有了時(shí)間保證,易于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。此外,工序調(diào)整后錨桿作業(yè)在鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土等支護(hù)措施的保護(hù)下進(jìn)行,施工安全更有保障,工序易于控制與管理。

3 鎖腳錨桿設(shè)置問(wèn)題

現(xiàn)行規(guī)范沒(méi)有對(duì)鎖腳錨桿做出明確規(guī)定,鋼架拱腳是否需要設(shè)置鎖腳錨桿以及如何設(shè)置問(wèn)題,意見(jiàn)尚未完全統(tǒng)一。支持者認(rèn)為,工程實(shí)踐中鎖腳錨桿對(duì)于拱腳下沉、水平收斂、噴混凝土開(kāi)裂等方面效果明顯,因此認(rèn)為應(yīng)該將其作為必要的措施納入工程設(shè)計(jì)。反對(duì)者認(rèn)為,從隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)模型分析,在設(shè)置系統(tǒng)錨桿后鎖腳錨桿的作用非常有限,大多情況無(wú)需設(shè)置。此外,鎖腳錨桿是該采用普通錨桿還是注漿花管、布置方式等,業(yè)內(nèi)也有不同看法。

筆者經(jīng)過(guò)調(diào)查分析,認(rèn)為問(wèn)題的關(guān)鍵在于鋼架的安裝工藝上。目前,鐵路隧道鋼架安裝一般為人工作業(yè)。由于鋼架形體大質(zhì)量大,隧道內(nèi)作業(yè)條件相對(duì)惡劣,施工困難,為便于安裝,一般做法是在拱腳位置適當(dāng)超挖,鋼架安裝完成后再用砟體將鋼架拱腳墊到合適高度。這存在一個(gè)問(wèn)題,即鋼架拱腳是否置于穩(wěn)實(shí)基礎(chǔ)上。就目前的工藝水平及管理能力而言,拱腳基礎(chǔ)的質(zhì)量很難保證,常被置于松散的回填砟體上,這與設(shè)計(jì)單位力學(xué)計(jì)算時(shí)假定的鋼架拱腳置于穩(wěn)實(shí)基礎(chǔ)上的邊界條件相去甚遠(yuǎn)。當(dāng)鋼架拱腳基礎(chǔ)為砟體等松散材料時(shí),鎖腳錨桿的作用是顯而易見(jiàn)的,能有效減少拱架下沉、水平收斂及噴射混凝土開(kāi)裂,防止事故發(fā)生。因此,就現(xiàn)階段我國(guó)鐵路隧道建造的工藝水平與管理能力而言,在鋼架拱腳基礎(chǔ)質(zhì)量難以保證的現(xiàn)實(shí)情況下,鎖腳錨桿雖是無(wú)奈的選擇,但仍有其重要的現(xiàn)實(shí)意義,有必要加以推廣與應(yīng)用,將其作為常規(guī)措施納入工程設(shè)計(jì)。同時(shí),還需對(duì)鎖腳錨桿的作用機(jī)理與效果進(jìn)行深入研究,進(jìn)一步明確在各種不同條件下最合適的錨桿類型、布置方式、施做工藝等,形成指導(dǎo)性意見(jiàn),以便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與推廣。

4 初期支護(hù)檢測(cè)問(wèn)題

目前,隧道工程的質(zhì)量檢測(cè)多仍沿用老的做法,即在二次襯砌完成后采用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)混凝土厚度、鋼架鋼筋布置、背后空洞、混凝土強(qiáng)度等,屬于事后復(fù)核。而從現(xiàn)場(chǎng)情況看,近年來(lái)隨著全斷面襯砌臺(tái)車、泵送混凝土、混凝土集中拌和的普及,二次襯砌的工程質(zhì)量有了顯著提高,目前隧道工程的質(zhì)量問(wèn)題主要集中在初期支護(hù)上,如噴射混凝土厚度不足、鋼架間距過(guò)大、錨桿施做不合要求等。此外,由于隧道工序的不可逆轉(zhuǎn)性,二次襯砌完成后,對(duì)于檢測(cè)出來(lái)的初期支護(hù)問(wèn)題難以整改或成本巨大,往往只能是留有遺憾,檢測(cè)難以起到督促提高工程質(zhì)量的目的。

為此,建議增加過(guò)程控制的質(zhì)量檢測(cè),即在初期支護(hù)完成后即開(kāi)展第三方地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè),確保初期支護(hù)合格后再進(jìn)行二次襯砌。目前,隨著地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展與普及,檢測(cè)價(jià)格的持續(xù)降低(以6條測(cè)線為例,隧道檢測(cè)費(fèi)用約為3萬(wàn)元/km),在建設(shè)成本上已無(wú)太多障礙。而開(kāi)展初期支護(hù)無(wú)損檢測(cè)的作用將是多方面的,不但可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)與整治初期支護(hù)的質(zhì)量問(wèn)題,便于過(guò)程控制,減少質(zhì)量、安全事故的發(fā)生,而且有利于參建人員質(zhì)量意識(shí)的提高,消除部分人員“隧道初期支護(hù)是隱蔽工程,不做或少做別人也看不到”的僥幸心理,從而切實(shí)提高質(zhì)量意識(shí)與管理水平。

5 結(jié)語(yǔ)

隧道工程是一門(mén)理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科,隨著建造理論、機(jī)具裝備、工藝水平的不斷發(fā)展與提高,存在的問(wèn)題與改進(jìn)的方向也不斷發(fā)展變化,本文針對(duì)當(dāng)前鐵路隧道建設(shè)中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討,意在拋磚引玉、投礫引珠,與廣大同行一道共同推動(dòng)鐵路隧道建造技術(shù)的進(jìn)步。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.

[2]鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.TZ204—2008鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2009]226號(hào)鐵路工程施工組織設(shè)計(jì)指南[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.

[4] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2007]88號(hào)關(guān)于印發(fā)〈鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充規(guī)定〉的通知[S].北京:中華人民共和國(guó)鐵道部,2005.

[5] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2010]120號(hào)關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知[S].北京:中華人民共和國(guó)鐵道部,2005.

[6] 倪光斌,趙萬(wàn)強(qiáng),王效良.體現(xiàn)新的鐵路建設(shè)理念提高隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)水平——《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10003—2005)主要修訂內(nèi)容簡(jiǎn)介[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006(3):68-70.

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[11]關(guān)寶樹(shù).隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003. [12]劉志剛,趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2001.

Discussion on Several Problems Concerning Current Railway Tunnels Construction

ZHANG Jian-sheng
(Tian-De Railway Project Management Department of Nanning Railway Administration,Baise 533000,China)

Focusing on commonly-used machinery and equipment in current railway tunnels constructed by drill-blasting method as well as process organization,four existing problems are discussed in this paper,including insufficiency of inverted arch trestle length,contradiction of initial support process, difference of feet-lock bolt settlement,and shortage of initial support testing.And then the methods to solve above-mentioned problems are proposed in this paper,including lengthening inverted arch trestle, adjusting initial support process,standardizing settlement of feet-lock bolt,increasing nondestructive testing of initial support.

railway tunnel;inverted arch trestle;initial support;feet-lock bolt;nondestructive testing

U459.1

A

1004-2954(2013)07-0078-02

2013-02-04

張建生(1974—),男,工程師,1998年畢業(yè)于西南交通大學(xué)地下結(jié)構(gòu)與隧道工程專業(yè),工學(xué)學(xué)士,E-mail:tdjzsd@163.com。