导言：蒙化铁路隧道穿越各种不良地质，难度大，风险高，控制工程多。在总结和借鉴国内外铁路隧道施工技术的基础上，进行了一系列的实践和创新：
（1）确立软弱围岩快速开挖、快速支护、快速闭合的施工原则，以全断面法为主，台阶法为辅，减少CD法、CRD法等复杂施工方法的应用；
（2）加强主要支持结构的物理质量，实施初期支撑，其次是网格钢框架掌子面和初期支持仰拱及时围成一圈、紧跟下台阶的“两紧跟”措施；
（3）建立信息化监测平台，将过程严格融入监测预报；
（4）依靠科学研究和实验，优化系统锚、钢架二次衬砌以及确保结构稳定性的其他支撑参数；
（5）推广机械操作，充分利用机械操作湿喷机械手、自行式倒拱长栈桥马蹄形的研发与应用盾，开展松祖营隧道预开槽技术研究，改造二次衬砌台车等工装设备，确保工程质量；
（6）根据实际情况及时变更，合理安排工程造价，提高合同和投资管理效果。
蒙华铁路通过各种探索和创新，可以有效解决隧道施工中一些突出的质量和安全问题，确保隧道施工质量和安全。
导言：蒙西至华中铁路煤炭运输通道项目（以下简称“蒙华铁路”）是中国“十二五”规划纲要中的一项重要交通基础设施。
蒙化铁路隧道穿越砂层、松祖英、砂质泥岩、板岩、花岗岩、石灰岩等多种地层，以及富水断层、岩溶、瓦斯、塌陷松祖英、高应力水平岩层等不良地质。施工难度大，风险高，控制项目多。
在总结多年铁路隧道施工经验，借鉴国内外先进技术的基础上，遵循隧道工程施工的内在规律，结合蒙华铁路重载技术要求和施工管理机制，通过理论创新、管理创新、技术创新和试验，段先的试点机制在取得成效后迅速推广应用，实现了信息化动态设计，促进了隧道施工管理和技术进步，有效解决隧道施工中一些突出的质量安全问题，合理有效地控制工程安全、质量、工期和投资。
1.项目概述
蒙西至华中铁路煤炭运输通道项目将内蒙古、陕西、甘肃和宁夏的“金三角”地区与湖北、湖南和江西等华中地区连接起来。是“北煤南运”国家战略运输新通道。
线路北起内蒙古自治区浩乐宝鸡站，途经内蒙古自治区、陕西省、山西省、河南省、湖北省、湖南省，终点为江西省吉安火车站，全长1814.5公里。全长468km的隧道228座，占正线总长度的25.8%，其中长度超过10km的隧道10座，最长的姑山隧道22.7km。
隧道穿越砂层、黄土、砂质泥岩、板岩、花岗岩、石灰岩等多种地层，以及富水断层、岩溶、高应力水平岩层等不良地质。施工既困难又有风险。确保施工安全和施工质量是隧道建设的重中之重。
蒙中铁路里程长，施工队伍多，技术和管理水平参差不齐。高效组织管理，实现建设各方合作共赢、共建目标，也是建设单位的重点工作。
2.加强超前加固和支护，选择合适的开挖方法
蒙华铁路隧道软弱围岩段约占隧道全长的30%，主要包括第三系非成岩地层、砂层及砂砾石层、土砂层、砂泥岩互层、宋祖营、以宋祖营为主体的土围岩、断层破碎带等。
对于软弱围岩，建立超前预加固支护、大断面快速开挖、初期支护快速闭合的基本施工原则，以尽可能加强和保护围岩，减少对围岩的扰动，使围岩和结构共同承受荷载。
2.1隧道通道方案
洞口围岩基本稳定的岩质隧道和自稳性好的土质隧道，采用小超前导管直接进入隧道；
对于围岩自稳性差的洞口，段先增加了抗滑桩、搅拌桩旋喷桩、洞外注浆可以提高围岩的自稳能力，然后将小导管推进洞内，尽量不设置大管棚。
在隧道直径的1~1.5倍后，施作全的路段被封闭成环形锁环，以确保隧道开口的稳定性。
二点二开挖方法
通过合理的超前支护措施对围岩进行加固后，优先采用全断面法，然后采用台阶法，实现快速开挖、快速支护、快速闭合，提高隧道施工机械化水平。
考虑围岩岩性和隧道埋深等因素，采用超前小导管灌浆、双层小导管灌浆、超前帷幕灌浆等加固方法，主要采用超前水平旋喷桩和地表注浆来改善软弱围岩的物理力学性质，改善围岩条件。
软弱围岩地段采用台阶法施工，减少了CD法、CRD法、双壁导坑法等复杂施工方法的拆除程序、临时支护和对围岩的多次扰动，大大缩短了隧道初期支护全断面合龙和成圈时间（控制在6～10天内），提高了施工效率，综合效益显著。
加强初期支护结构，用工艺方法和机械保证质量和安全
很明显，隧道的初始支护是主要的承重结构，并承受施工期间的所有荷载；二次衬砌作为结构安全储备，施工单位可根据监测和测量信息，结合施工组织及时施工。
3.1加强一级支护结构的坚固性
通过现场试验研究和理论分析，蒙华铁路隧道软弱围岩段采用格栅钢框架支护体系。很明显，整个隧道（包括辅助隧道）的初期支护采用湿喷混凝土工艺，施工时必须使用不小于15m3/h的湿喷混凝土机械手，以确保初期支护混凝土的质量，减少劳动强度和环境污染。
加强型网架锁脚闩，钢架基脚采用轻质垫块进行填充，保证钢架的稳定性；
钢架的连接部位采用钢隔板，以保证连接部位的结构强度；
Ⅳ级围岩段增强初期支护仰拱，钢架封闭成环。
经项目实体检查，蒙华铁路隧道初期支护达到或超过设计标准，有效保证了施工安全。
三点二落实“两个紧跟”措施
初期支护钢架必须紧跟掌子面，格栅间距可根据开挖进尺进行适当调整；
初始支撑的仰拱应
3.3实现初始支护结构变形在可变范围内的动态调整
在深埋老黄土、高应力水平岩层等特殊地段，针对初期支护两侧拱腰或拱顶混凝土开裂问题，创造性地采用了限流器，实现了初始支护结构变形在变量范围内的动态调整（一侧可沿周向压缩20cm），适应了这种地质条件下围岩的长期蠕变，并有效控制围岩压力释放，保证初期支护结构的安全。
该技术已成功应用于阳山、段家坪等隧道，解决了初期支护混凝土开裂和初期支护边界侵入的问题，保证了隧道施工和结构的安全。
4.优化超前预报，严格监控和测量，指导设计和施工
4.1加强超前地质预报预测原则的管理和确定
4.1.1明确责任
建设单位负责审批《隧道超前地质预报实施细则》，并对地质预报的实施情况进行监督检查；
勘察设计单位根据地质调查结果提出施工超前地质预报方案设计，对施工超前地质预报结果进行分析研究，并按程序及时变更设计；
施工单位是实施超前地质预报的主体，配备相应的人员和设备，实施超前地质预报，并将其纳入过程管理；
监理单位应根据超前地质预报设计方案和实施细则，对施工单位的实施情况进行监督，并根据预测结果检查设计变更的实施情况。
4.1.2预测原则
按照“简单地质条件从简单地质条件判断，复杂地质条件从简单地质条件变为复杂地质条件，特殊地质条件通过多种手段验证”的原则，施工超前地质预报采用地质调查与勘探相结合的方法，物探钻探、长距离和短距离、地面和地下、超前导洞和主洞，预测掌子面前方和周围一定范围内的地质条件。地质复杂的地段主要以掌子面的地质素描、超前钻探和深孔勘探为主。
4.2实施监视和测量，建立信息平台
梦华公司适当优化了四、五级围岩的测量断面和测量频率，减少了二、三级围岩的测量工作量，进一步明确了不同岩层的预警管理价值和管理方法。
要求监视和测量必须纳入过程管理，真正做到“不测量、不入孔、不安全”。全线采用“隧道施工监测信息管理平台”，实现监测数据的采集、自动传输、分析和管理。参建单位的技术人员和管理人员可以通过监控信息管理app通过手机实时查看测量数据。
监控量测通过总变形、变形率、初期支护明显现象、变形时间曲线四个指标对隧道施工安全进行综合分级管理。预警级别分为两级（黄色）和一级（红色）。一旦发生预警，信息平台将自动向指定人员发送预警信息，各级管理人员可在第一时间研究并采取处理措施，确保施工安全。加强一级应急预案和施工信息暂停管理。在现场实践中，通过监测、测量和预警，及时采取措施，消除了许多安全隐患，确保了施工安全。
5.依靠科学研究和试验，优化结构参数，确保结构稳定
自隧道新奥法施工技术引入以来，国内山岭隧道支护体系主要采用复合衬砌。在工艺工装、技术管理、质量控制等因素的综合影响下，经常出现“初期支护轻、二次衬砌重”的现象。它用于紧跟二次衬砌，弥补初期支护质量的不足，初期支护质量问题经常引发隧道安全事故。
蒙华铁路遵循“隧道初期支护应确保施工期间围岩稳定和自身结构安全”的工程理念，积极开展科学研究和试验，并取得初步成果。
5.1系统锚优化
关于系统锚在行业中的作用存在诸多争议，主要有“锚万能论”和“锚无用论”。
针对锚杆施工专用设备少、施工时间长、作业强度高、施工质量难以保证等问题，梦华公司组织开展了锚杆试验。现场试验结果表明，无论是岩质隧道还是土质隧道，系统锚杆的应力都很小，远低于锚杆的设计强度。原因如下：1）施工时间滞后；2）围岩应力特征；3）对操作条件的限制。
无论是否有系统锚杆，初始支护的承载力与应力状态相比都有较大的安全储备。特别是对于软弱围岩的隧道，无系统锚杆可以大大缩短围岩的支护时间，实现快速开挖、快速支护和快速闭合。
根据试验结果和现场工程实践，蒙华铁路隧道初期支护钢架段原则上不设置地脚螺栓，同时加强钢架的锁脚地脚螺栓（管）。其他地段的锚杆应结合现场围岩实际情况布置。
5.2优化初始支撑钢架
蒙华铁路原则上采用网格钢框架。型钢框架刚度大，加工简单。安装后，可快速对围岩提供早期支护，但质量高，安装难度大。不易与开挖面紧贴，混凝土喷射不牢固；格栅钢架具有重量轻、安装速度快、用钢量少的优点，可与喷射混凝土良好结合，协调受力。从应力角度来看，网架钢框架的应力小于型钢框架，且应力分布相对均匀。
为保证网格钢架的制造质量，梦华公司在全线推广应用四肢主筋8型连接网格钢架，确定h130、h150、h180、h230标准化钢架的型号，所有产品均在工厂生产，并均匀分布。优质网格钢框架的推广应用，有效地保证了初期支护质量和施工安全。
5.3二次衬砌的优化
合理优化二次衬砌结构参数，可以使隧道结构在安全的前提下更加经济合理。对蒙化铁路二次衬砌结构进行了试验研究。全线选择6条隧道，在Ⅳ、Ⅴ级围岩地段进行二次衬砌厚度优化及加固试验。已取得初步成果，将进一步开展取消二级围岩二次衬砌的试验研究。
6.鼓励机械操作，改造工装设备，确保工程质量
6.1充分使用湿喷涂机械手
初期支护承担着隧道围岩的荷载，对施工安全起着至关重要的作用。确保初期支护用喷射混凝土的质量尤为重要。
梦华公司强制搅拌站集中供货，每个工作面必须使用湿喷机械手进行混凝土喷射。通过对隧道分布、工作面数量及全线开工顺序的研究，分析了机械手（不小于15m3/h）的合理配置数量和规格要求。
梦华拉全线共有228条隧道
6.2马蹄形盾构隧道施工
白城隧道位于陕西省北部毛乌素沙漠南缘为单洞双线隧道，全长3345米。隧道穿越风积砂、粉砂、细砂和新松祖营砂，围岩主要为Ⅴ、Ⅵ类，最大埋深81m，原设计为矿山法施工，主要采用CD法、双壁导坑法和三步大拱脚法。由于天然气管道、供水管道和宝茂高速公路公路隧道埋深浅，施工方法复杂，施工安全风险大，工期长。
梦华公司多次展示白城隧道的施工方法和风险。经比选，决定采用安全可靠的盾构施工技术，控制施工过程中相邻结构的沉降变形，降低施工安全风险。公司研究确定了盾构制造方案和技术参数，并将盾构优化为马蹄形结构。浅埋段盾构管片厚度减少5cm，隧道开挖段减少15%。白城隧道在开挖过程中，采取了加强观测、控制开挖参数、改善渣土、及时同步注浆和二次注浆等措施，确保了油气管道、供水管道和宝茂高速公路的安全，提高机械化施工程度，取得良好的社会效益。
6.3松祖营隧道预挖沟槽施工
蒙化铁路开展了松祖营隧道预切槽施工技术研究。通过联合加工厂家和引进国外预切槽施工技术，研制了拱形预切槽超前支护设备，对预切槽施工技术进行了试验研究，并在好窑克松祖营隧道进行了应用。通过试验，确定了块数、切槽深度、搭接长度、内插角、喷射混凝土配合比和强度等施工参数，以达到控制土体最小沉降的目的。预切槽设备的开发和应用，可以实现软土、软岩地质条件下的全断面机械化施工。在复杂地质条件下，控制地层沉降效果良好，但在不同地层的适应性、开槽和浇筑混凝土的连续作业等方面需要进一步研究和改进。
6.4大断面粉细砂层水平旋喷灌浆
万荣隧道采用五新湿喷机械手，工期比计划提前一年半
万荣隧道位于山西省万荣县境内。该隧道为单线隧道和双线隧道，全长7683m，其中粉质细砂段长度超过1200m。本设计主要采用管棚及旋喷桩超前支护，三步大拱脚临时仰拱法施工，部分地段采用CD法施工。施工期间，粉细砂地层分布不均，包括全断面分布、半断面分布和局部分布。地层稳定性差，施工安全风险高。
通过技术比选，采用ST60和ty400水平旋喷钻机对粉细砂段施工中的地层进行超前加固。根据砂层分布情况，在隧道开挖等高线和AndyLau范围内，开挖等高线和AndyLau开挖外的砂层分别按15m和10m长超前喷射注浆加固、12m和7m开挖的循环方式进行加固。制定了全断面和半断面旋喷加固的技术方案和工艺措施，优化了旋喷桩直径和高压喷射参数，并在砂层提前加固后，隧道采用三步法开挖，以加强锁脚螺栓的施工质量，确保施工安全。
6.5模板台车的改造
隧道中常用的二次衬砌模板台车有多个小窗口用于混凝土浇筑，不便于振捣棒的操作。物料输送管需要手动来回移动，操作强度高。现场逐窗浇筑困难，易出现不密实、冷缝等现象。
通过二次衬砌混凝土现场浇筑过程的真实性，梦华公司对二次衬砌台车的工装进行了改造，并与机械制造商共同开发了新型螺旋输送窗浇筑模板台车。模板台车固定设有布料系统，输送的材料直接到达每个窗口，优化了浇注窗口的尺寸和位置，便于人工振动。
逐窗浇筑工艺解决了混凝土易离析的问题。窗户采用人工浸入式振捣，减少混凝土表面蜂窝麻面；配备混凝土浇筑监控系统，通过隧道拱顶上的嵌入式继电器控制和判断拱顶混凝土是否饱满，有效避免了拱顶空洞，降低了劳动强度，提高了施工质量。
7.实事求是及时变更，合理工程造价，实现合作共赢
7.1尊重客观规律，实事求是，及时改变
工程变更和设计变更应严格按照“先审批后实施，先设计后施工”的原则，依法按程序进行；当现场出现需要立即处理的危及安全的情况时，施工单位可以采取应急处置措施，同时向施工、设计、监理单位报告。之后，四方将共同确认并纳入设计变更。鼓励施工各方根据现场实际情况积极进行方案优化，实施优化节约奖励。按优化方案节省的净工程投资的10%对建设单位进行奖励和补偿。
7.2充分发挥建设单位的技术优势，实行分级授权、自主变更
在进行诚信建设和分级管理的基础上，梦华公司实施了分级授权和独立变更设计。根据施工单位的技术管理水平，将隧道开挖方法、超前支护方式、钢框架间距调整及一定范围内围岩水平变化移交施工单位独立确定，充分发挥施工单位的现场管理和技术优势，激发施工单位的自控、技术管理水平和现场质量安全控制能力，提高生产效率和效益。目前全线隧道变更5800余处，其中施工单位独立变更约2400处，变更方案基本正确。
7.3实行单价承包，合理安排工程造价，实事求是地解决问题
孟化铁路采用单价承包方式，对隧道施工中的开挖、衬砌等工程分项进行开箱分项报价。现场实际数量的增减可以反映在定价中，以促使现场根据实际情况采取相应措施。根据现场实际情况，对单线隧道的施工效率、湿喷混凝土机械手和仰拱长栈桥的使用、钢结构的集中加工和分布进行了现场写实和试验研究，及时、合理地解决相关造价问题，对保证工程质量和施工安全起到了重要作用。
结论与展望
作为国家投融资改革示范工程，蒙华铁路在隧道建设过程中进行了多方面的创新和探索。蒙华铁路建设始终把工程质量和安全放在首位，以质量和安全为指导，研究制定符合客观规律和市场规律的施工管理办法，以工程质量保证工程安全和施工安全，发挥了良好的示范作用，其主要意义在于：
（1）履行主体责任，促进项目建设有序发展。蒙华公司从可行性研究、初步设计和施工图阶段加强了勘察设计工作的管理。在保证功能定位的前提下由于地质条件的复杂性，隧道施工中采用了多种开挖方法，但复杂的施工方法也会给地层带来多重扰动，工期和投资也会相应增加。在软弱地层中通过超前加固改变地层性能，采用简单的开挖方法，达到快速、安全的目的，是隧道施工技术的发展方向。现场采取加强初期支护、控制步长、及时闭合成环的方法。这种简便的施工方法灵活、安全可靠，对促进隧道施工技术的发展具有重要意义。
（3）合理的机械支撑，提高现代化施工水平。机械化施工体现了技术文明的进步，对减少环境污染、降低劳动强度、改善劳动条件起到了积极作用；根据隧道施工的环境条件，不断研发实用的新设备是梦华公司追求的目标之一。隧道施工应从大型化、集中化、产业化入手，对钢结构进行集中加工，使用合适的大型开挖、装载和运输机械设备，提高隧道施工效率，改进二次衬砌仰拱混凝土大规模浇筑模板台车、二次衬砌台车窗口浇筑、养护台车自动控制使用，从源头上保证隧道二次衬砌施工质量。
（4）采用单价承包模式，实现合理单价、量价分离、风险分担，更加公平合理。通过实际计量和及时付款，大大提高了合同和投资管理的效果，以人为本，及时、合理、务实地解决了施工现场存在的成本问题，控制了合理的分包单价，进行了诚信施工，实行分级管理和组长负责制，将技术、质量和操作标准落实到操作层面和操作面，解决了质量管理的“最后一米”问题，避免了团队“不分包装”、“无手抓”的现象，确保过程方法在操作层面的可操作性，全面增强组长的主动性、责任感和质量意识，避免不合理浪费，保障各方利益，实现社会和谐发展。（本文来源于武信隧道安装）
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