第一节 西渴马1号隧道
一、工程概况
西渴马1号隧道位于山东省济南市，隧道起讫里程为DK420+395、DK423+207，隧道全长2812m，其中暗洞2728m，明洞30m，隧道进出口各设置缓冲结构27m，为全线最长隧道。隧道位于R=7000m的曲线上，曲线段轨道超高165mm。
二、工程地质条件
1.地形地貌
隧道所处地段山体地势起伏较大，最大相对高度210m，大部分基岩裸露，进口段及山凹处地表覆0.5～3m新黄土，植被稀少。
2.地层岩性
除局部表覆第四系崩积层（
）、第四系上更新统坡洪积层
）外其余皆为寒武系上统、中统的灰岩、鲕状灰岩、泥灰岩、页岩。
3.地质构造
隧道区地处鲁中隆断层的泰山凸起，寒武系地层平缓略有起伏。地层自中生代以来，一直处于隆起状态，地表表现为遭受强烈风化侵蚀，岩层受构造节理发育、岩性风化的差异及地形陡峻的影响，在出口处的山坡及DK421+400～DK421+575之间的沟谷中形成崩塌及堆积层。
4.水文地质
隧道区地下水类型为基岩裂隙水，水量不大，主要由大气降水补给，地下水对混凝土不具腐蚀性。
5.综合围岩分级情况
西渴马1号隧道围岩级别分布见表5.2.1。
表5.2.1 西渴马1号隧道围岩级别分布
6.地震基本烈度及气象
隧道所在地区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为Ⅵ度。隧道区土壤最大冻结深度0.5m。
三、重要设备和技术
1.大型湿喷机的应用
西渴马1号隧道在隧道初期支护喷射混凝土作业中，采用大型湿喷机进行喷射混凝土施工，在确保初期支护喷射混凝土质量、厚度满足规范要求的同时，大大缩短了单位循环时间，加快了施工进度。普通小型湿喷机和现用大型湿喷机性能对比见表5.2.2，综合对比见表5.2.3。
表5.2.2 普通小型湿喷机和现用大型湿喷机的性能对比
表5.2.3 普通小型湿喷机和现用大型湿喷机的综合对比
大型湿喷机配置液态添加剂计量输送装置，精确添加速凝剂；对混凝土和速凝剂流量进行同步程序控制，实现了人机对话、施喷数据设置、记录储存、即时显示喷射工况、故障警告等自动控制，保证了施工过程的安全、高效。
采用大型湿喷机进行喷射混凝土施工时能保证施工人员与机械设备在已完成支护的位置，人员和设备均处于较安全状态，能够连续无间断施工。喷射混凝土表面平整、无明显坑洼，能够保证强度且减少施工中的材料浪费。
采用大型湿喷机施工是高机械化程度的作业，施工过程中只需要两名作业人员便可以控制整个施工过程。应用实践表明，大型湿喷机的实际工作效率能到达理论效率的90％以上，按每开挖循环2m计算，采用大型湿喷机进行喷射混凝土施工比普通湿喷机每循环至少节省3小时。
大型湿喷机在施工过程中对于保证隧道施工安全和质量、加快施工进度、减少环境污染等方面发挥了重大作用。
2.可移动仰拱栈桥的运用
1）系统组成
移动栈桥分30m×3.5m和20m×3.5m两种类型。栈桥结构参考国内外贝雷桥、钢桥的成熟技术，采用标准化的结构形式。为满足移动要求，在栈桥两端设置移动行走机构，并设置限位预警装置；行走时，栈桥抬起、放下由液压系统执行机构完成。移动栈桥主要由主桥、引桥、支撑、行走装置、液压系统和电气系统等部分组成。可移动仰拱栈桥实物如图5.2.1所示。
图5.2.1 可移动仰拱栈桥实物
（1）主 桥
钢桥结构是移动栈桥的主体部分，分前端桥段、中间桥段和后端桥段几部分。
每一端桥段均由变型贝雷桁架、桥面板、桥面板支架等组成。前、后端桥段部分装有行走装置、液压站、支撑和引桥铰支座等。
（2）引 桥
引桥分前引桥和后引桥两种，主要便于出渣汽车上、下桥。
①前引桥
前引桥由两块桥板组成。为便于引桥与桥面对接，桥板后端设有连接段。每个桥板后端分别设有两个单耳铰。
②后引桥
后引桥由两块桥板组成，每个桥板端部分别设有两个单耳铰。
（3）支 撑
支撑分前支撑和后支撑，主要用于工作状态下栈桥承力，保证栈桥稳定性，避免行走装置和顶升油缸受力过大。
（4）行走装置
行走装置包括前端行走转向装置和后端行走装置。栈桥工作时，油缸提升，前后支撑着地，前后行走装置不承载；当栈桥移动时，油缸顶升，前后行走装置着地，前后支撑离开地面，由轮子承担栈桥自重载荷，再由牵引车拖曳前进。
（5）液压系统
栈桥采用一套液压站组成。
（6）电气系统
栈桥电气系统主要包括液压传动电动机、指示灯、电控箱等部分。
2）工艺流程
（1）施工工艺流程
①施工工艺流程图（图5.2.2）
图5.2.2 施工工艺流程
②施工总体工序安排
a.隧道开挖到一定长度可安排进行仰拱施工，先完成首段仰拱浇筑、回填。仰拱栈桥同时拼装并通过检验即可移动就位。
b.正常情况下，栈桥下部按照基础处理、防水施工、钢筋绑扎、仰拱浇筑填充等分两段进行流水施工。当完成栈桥下一段仰拱浇筑与填充，且强度满足要求后即可向前移动栈桥。
c.采用台阶法开挖时，台阶的开挖可以按照左右两幅分别进行开挖。
（2）栈桥纵移就位
第1步：清理残渣。栈桥移动前，需清理桥面、桁架、前后引桥等上面的残渣。
第2步：顶升栈桥。操纵液压控制阀，同时顶升、锁定前后液压缸，使栈桥由前后支腿支撑，并尽量保持桥面水平。
第3步：排除障碍。拆除前后引桥、钢支墩、桁架等底部所有障碍物；清除栈桥前部初期支护仰拱面上的残渣。
第4步：提升引桥。铲车行使至前引桥前部，铲斗通过钢丝绳提起前引桥前端，使之绕栈桥上的铰节点偏转向上。
第5步：拴紧牵引钢绳。
第6步：牵引行走。牵引铲车缓慢匀速行走。当栈桥后支腿移动到已浇筑完成的仰拱及填充边缘一定距离时，牵引铲车停止行走。
第7步：驻桥支护。栈桥就位后，放下前引桥，平整引桥端部、栈桥钢支墩的支撑面，并根据需要放置垫块，以保证栈桥工作时支撑可靠。
第8步：收缩油缸。操纵液压控制阀，同时收缩、锁定前后液压缸，使栈桥由临时支墩支撑，保持桥面水平、支撑可靠。
第9步：安全防护。重点检查栈桥接头、支撑、行走机构等重要部位状况，消除其移动过程中可能出现的安全隐患，并采取适当措施，保护好电气、液压系统。
（3）转向工艺
①缩回前液压缸，在前端支撑作用下前轮抬起离地；
②人工将前端车轮组旋转90°；
③伸长前液压缸，使前端导向承载装置底板落入车轮组平衡梁上的两个上连接板间并定位；
④拉出前端底部支撑平台；
⑤侧向牵引前端车轮组平衡梁，实现侧向移位。
实践表明，仰拱栈桥移动方便快捷，结构设计牢靠，大大减少了不同工序之间的干扰，提高了生产效率。
3.安全控制技术
1）远程视频监控
（1）系统组成
系统由球型摄像机、视频编码器和光收发器组成。现场由视频、音频、报警信号收集以及数据传输装置组成，支持双向语音传输。所收集数据由光收发器通过光纤传输到控制中心。系统布置如图5.2.3所示。
图5.2.3 系统布置
①防暴力日夜转换高速球型摄像机
该摄像机可以迅速捕捉远距离的物体，兼有36X光学变焦和12X数字变焦，内置了日夜转换功能。最低照度达到0.01Lx（at slow shutter），具有最高的防护等级，抗750kg外冲击力。主要技术参数见表5.2.4。
表5.2.4 防暴力日夜转换高速球型摄像机技术参数
②视频编码器
视频编码器将球形摄像机摄入图像转化为数据，经过光收发器连接的光纤传输至控制中心。主要技术参数见表5.2.5。
表5.2.5 视频编码器技术参数
③光收发器
控制中心由服务器和计算机构成，控制中心与前端监管点采用光纤连接，通过光收发器实现网络通信。光收发器主要技术参数见表5.2.6。
表5.2.6 光收发器技术参数
（2）系统功能及特点
系统通过对危险作业工序及区域的可视化监控，实现了隧道施工安全实时监控及远程指挥和调度，确保了施工安全信息畅通；并通过工程数据库管理信息装置，进行信息共享，是实现隧道施工管理信息化、一体化和扁平化管理的重要手段，有助于建立现代化、科学化的管理模式，使决策更加准确及时，施工更加可靠、安全。
2）人员安全定位
结合京沪高速铁路隧道施工管理实际，研发并应用了铁路隧道人员自动登录安全报警管理系统。
（1）原理
隧道施工人员携带的人员识别卡不断地发射载有目标识别码的无线电射频信号，当工作人员进入到隧道进出口、开挖区域等安装无线数据接收器的范围内时，接收器将接收到人员识别标签发来的载波信号，经过分析处理后通过CAN总线方式将信号发送到地面通信接口装置，再转换成RS232信号实时的传送给管理室的计算机，从而实现目标的自动化管理。系统总布置如图5.2.4所示。
图5.2.4 系统总布置
（2）构 成
隧道人员安全定位管理系统主要包括洞外值班室中心站、洞内人员定位分站、洞内人员定位标识卡、系统传输通道等部分。
①中心站
中心站主要由中心控制计算机、数据通信接口、LED显示屏、报警器、UPS不间断电源、信号浪涌保护器和打印机等设备组成。
②人员定位分站
人员定位分站主要由无线数据接收器和分站电源组成。无线接收器用于采集进洞人员标识卡信息数据，并暂时保存信息。
③标识卡
标识卡是进洞工作人员身份的电子标签，进洞时随身佩戴，并安装在安全帽上。标识卡具有无线微功率、稳定可靠、体积小方便携带等特点。遇危险情况，工班长可按下标识卡上按钮实施报警。
④系统传输通道
传输通道主要是射频无线通信方式和有线线缆方式。标识卡与无线数据接收器间之间采用射频无线通信方式，有效保证传输速率和传输数据准确性；接收分站与中心站之间采用通信线缆方式传输。
（3）功 能
以安全预防为核心。人员安全定位管理系统应用是加强隧道施工安全管理工作的有力手段。通过该系统，可实现以下几种功能：
①隧道进洞人员定位、跟踪；
②人员考勤统计；
③紧急情况处理及危险报警；
④系统运行管理；
⑤历史数据的记录与查询。
（4）特 点
①以预防、纠正为主的安全管理设计理念
系统对隧道施工人员进行分类管理，根据工作环境和工作性质等条件，把施工人员和工作环境及相关管理制度巧妙地结合起来，对施工人员相关活动信息全面监测，便于管理人员，及时纠正违章行为，预防事故发生。
②以异常报警提示为主要手段的管理方式
系统自动监测施工人员经过某个监测点的时间、地点信息，及时加以分析，监控软件识别出隧道内不同类型人员的活动范围、关键岗位、行走路线、到达时间和巡检时间间隔等异常信息，通知相关管理人员，提示相关人员及时纠正，从而杜绝事故发生。
③系统应用面向中、高层管理人员，通过预测异常及时向相关人员报警，做到清除事故隐患，预防事故发生。
④系统客观自动记录任何一位出入隧道施工人员的时间，有利于管理人员准确、及时掌握施工人员进出情况，便于及时发现问题，保证安全施工。
⑤系统能够与互联网连接起来，便于项目管理人员随时、随地远程监控。
人员安全定位管理系统结合隧道施工安全管理的特点，把施工工作人员、工作环境、生产管理规章制度归纳分类，形成以人员监测为主、兼顾考勤和灾变提示救援为主要特色的系统应用。