本发明涉及单线铁路隧道施工技术领域，尤其是涉及一种高寒地区带中心深埋水沟的铁路单线隧道施工方法。
背景技术：
为了消除山体水对铁路隧道结构混凝土产生的影响，需要在隧道底部开挖沟道布设排水管道。一般地，单线隧道洞内宜优先设置双侧纵向排水管；双线及多线隧道宜设置双侧排水管及位于线路股道间的中心排水管，但不应单独设置中心排水管。当铁路隧道处于高寒地区时，还需要在管体外侧设置保温层，避免水体结冰对排水造成影响。例如，位于新疆境内的奎北线、兰新二线、精伊霍线的隧道排水管均采用双侧保温纵向排水管。但是，保温层容易脱落或损坏，需要经常保养，增加了铁路养护成本和养护工作量。因此，新建工程多考虑不用保温层而将排水管深埋在当地的最大冻结深度之下。但是，对于单线隧道，由于隧道整体断面面积较小且水沟开挖距离较深，无论将深埋水沟设置在隧道两侧还是隧道中心，当采用现有单独爆破方式时均容易发生水沟断面面积超过原有设计值的情况，甚至出现深埋水沟上口深入到拱脚底部的现象，严重影响了原有设计结构的承载力，不利于隧道的整体安全性。另外，深埋水沟施工时，容易影响隧道开挖进度，导致现场杂乱无序，总体作业效率低，生产进度慢。
技术实现要素：
本发明提供一种高寒地区带中心深埋水沟的铁路单线隧道施工方法，目的在于解决现有施工方式无法满足进度要求和质量要求的问题。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的高寒地区带中心深埋水沟的铁路单线隧道施工方法，包括以下步骤：
第一步，在隧道已开挖段测量放样，确定并标识中心深埋水沟的具体位置；
第二步，对隧道掌子面进行钻爆开挖，使其向前推进2-3米；同时，用潜孔钻在中心深埋水沟开挖面前端的待挖区打竖向预裂孔，再用凿岩机打横向辅助眼和周边眼，之后爆破开挖，使中心深埋水沟开挖面向前推进2.5-3.5米；
第三步，通过搭设在中心深埋水沟开挖处的栈桥对掌子面处的隧道进行出渣作业，然后通过栈桥运送材料至掌子面处，进行除喷浆外的隧道初支作业；
第四步，在第三步隧道初支作业开始的同时，回撤中心深埋水沟开挖处的栈桥，对中心深埋水沟开始出渣作业；之后，对中心深埋水沟已预埋渗水盲管的内壁面喷射c25混凝土形成防护层，在中心深埋水沟底部浇注与隧道线路坡度一致的c20混凝土基层，然后将顶部带漏水孔的主排水管吊装就位，接着按照设计标高从下向上分别施工砂卵石反滤层和c20素混凝土封闭层；
第五步，恢复中心深埋水沟开挖处的栈桥，对第三步完成的隧道初支作业的面层进行喷浆支护；
第六步，对第一步至第五步进行三至五次施工循环后，当中心深埋水沟开挖面向前累计推进9-12米时，在c20素混凝土封闭层之上进行一次仰拱、矮边墙施做，并使仰拱与隧道初支形成封闭结构；
第七步，重复进行第一步至第六步的施工，直至整个隧道施工完成。
为了保证施工安全，第一步中的中心深埋水沟开挖面前端与隧道掌子面间距为30-40米。
为了缩短工期，用于浇筑所述c20混凝土基层的混凝土内混合有速凝剂。
本发明提供的高寒地区带中心深埋水沟的铁路单线隧道施工方法，克服了单线隧道施工工作面狭窄造成中心深埋水沟施工难的问题，采用掌子面和中心深埋水沟同时爆破开挖的方式，规范了现场施工步骤，提供了一套步骤合理的循环性施工方法，能够大大提高隧道开挖的安全性，提高施工质量，缩短施工周期，减少人力、物力的浪费。
附图说明
图1是本发明进行掌子面和中心深埋水沟钻爆开挖的示意图。
图2是本发明进行掌子面处的隧道出渣的示意图。
图3是本发明对新开挖隧道进行除喷浆外的初支作业和进行中心深埋水沟出渣的示意图。
图4是本发明进行中心深埋水沟内壁面喷射混凝土防护层的示意图。
图5是本发明进行中心深埋水沟浇注带漏水孔的主排水管c20混凝土基层的示意图。
图6是本发明进行中心深埋水沟吊装带漏水孔的主排水管的示意图。
图7是本发明进行中心深埋水沟回填砂卵石反滤层和素混凝土层的示意图。
图8是本发明完成除喷浆外的隧道初支作业的面层进行喷浆支护的示意图。
具体实施方式
以下结合中心深埋水沟开挖深度为3.27米（大于当地最大冻结深度1.1m）、并通过上下台阶法施工的ⅳ级围岩单线隧道为例，说明本发明所述的高寒地区带中心深埋水沟的铁路单线隧道施工方法，具体包括如下步骤：
第一步，根据隧道已开挖段的开挖中线以及掌子面爆破开挖高度计算出中心深埋水沟1的上口宽度、下底长度、水沟深度、边坡坡度等，确定中心深埋水沟1的具体位置，现场放样后用红色醒目油漆进行标识，为下一步打预裂孔做准备。
第二步，如图1所示，对隧道上台阶2和下台阶3进行钻爆开挖和对中心深埋水沟1进行钻爆开挖同步进行，当掌子面向前推进2.4米时，中心深埋水沟1开挖面大约向前推进3米。
对于中心深埋水沟1，其开挖深度为3.27米，下底宽1.1m，两腰按1：0.2放坡至仰拱或底板底部。由于开挖距离较深，且上开口宽度较小，为控制爆破减少超挖量，先采用一台潜孔钻在中心深埋水沟开挖面前端2.5-3.5米的已放样待挖区4打竖向预裂孔5，然后，对竖向预裂孔5的入口进行遮挡，防止因上部机械活动将孔眼堵满，再用yt-28凿岩机在待挖区4后端侧面沿水平方向人工钻设横向的辅助眼和周边眼6，之后进行中心深埋水沟1的爆破开挖。打竖向预裂孔5时应不影响上、下台阶处隧道初支施工时间段，并尽可能超前施做；爆破时及爆破完成以后一定时间内应对本段围岩进行监控量测，查看围岩是否变形。
一般地，为了便于堆放渣石和车辆运转，掌子面与中心深埋水沟1作业面之间的待挖区应根据所处段落围岩级别的安全步距保证大约30米长的距离。为使横向辅助眼和周边眼6顺利施工，开挖中心深埋水沟1时至少应保证大于3米的纵向作业空间。同时，为了方便车辆运输，在其上方搭设栈桥7。
上述钻爆作业大概用时：钻炮眼2小时，装药爆破1小时，洒水通风0.5小时，清危排险0.5小时。
第三步，先进行通风排烟并排险，然后采用1台pc220挖掘机、1台柳工50装载机和2台15t出渣车，对上、下台阶1、2处的新开挖隧道进行出渣作业（见图2），耗时约4小时，之后采用装载机运送钢架、连接筋、导管等初支作业材料通过栈桥至上、下台阶处，对新开挖隧道进行除喷浆外的初支作业（见图3）。
上述初支作业（见图3-7）内容具体包括立架、打设超前导管、锁脚锚管、系统锚杆和挂钢筋网片等工作。一般地，上台阶初支施工9人，下台阶初支施工4人，先花费3小时立架，再花费2小时同时进行打设超前导管、锁脚锚管、系统锚杆及挂钢筋网片。
由于不能马上施做仰拱与初支形成封闭结构，在上述上、下台阶处隧道初支作业（除喷浆外）过程中，下台阶3墙脚如出现悬空应及时采用喷射混凝土回填密实，保证初支稳定。
第四步，如图3所示，在第三步上、下台阶处隧道初支作业开始的同时，回撤中心深埋水沟开挖处的栈桥7，对中心深埋水沟1开始出渣作业，该过程耗时约2小时；
之后，对中心深埋水沟已预埋渗水盲管的内壁面喷射5cm厚c25混凝土形成防护层（见图4），防止渣土滑落，保证中心深埋水沟1基坑内作业安全，该过程耗时约1小时；
上述工作完成后，采用溜槽将c20混凝土送至中心深埋水沟1沟底（见图5），操作人员按照测量放样的高程控制混凝土基层顶面高程，浇注与隧道线路坡度一致的10cm厚的c20混凝土基层，该过程耗时约0.5小时；实际操作时，可在c20混凝土中加入适量的速凝剂以缩短工序等待时间；
c20混凝土基层浇筑完成后，用装载机将φ800mm（壁厚80mm）的顶部带有透水孔的承插式预制钢筋混凝土排水管8运至埋设区域，人工配合挖掘机安装排水管8（见图6），管外包土工布，并保证吊装排水管插入上节已安装完毕的排水管中；安装时采用混凝土垫块控制排水管8方向，使排水管8保持左右不移动，然后再采用溜槽将混凝土送至在排水管两侧下半部分并回填密实，回填高度不小于22cm，以确保排水管8稳固不移动，该过程耗时约1小时；
如果排水管8处设置有环向盲管，需要先施做环向盲管，再采用5cm厚的木板对排水管8端头进行暂时封堵，所用木板在未安装排水管8的基坑两侧采用10cm×10cm方木制成的斜撑加固，上述木板可以防止杂物堵塞排水管，同时还能对后续反滤层施工进行遮挡和控制；之后，用装载机装运砂卵石等回填料进行中心深埋水沟1回填（见图7），按照设计标高从下到上分别施工砂卵石反滤层（须回填密实）和c20素混凝土封闭层9，该过程耗时约0.5小时；
第五步，第四步的中心深埋水沟1排水管吊装、回填完成后，可恢复中心深埋水沟1开挖处的栈桥7交通，此时，第三步进行的上、下台阶处的隧道初支作业（除喷浆外）也恰好完成，可使车辆通过栈桥7，对上、下台阶1、2处的隧道初支作业（除喷浆外）进行喷浆作业（见图8）。
第六步，上述第一步至第五步为一次施工循环，在此期间，中心深埋水沟1施做应尽可能紧跟掌子面并保持平行推进，以尽快达到仰拱施做条件，使隧道初支形成封闭结构，并保证仰拱10及二衬11安全步距满足规范要求。通常情况下，进行上述三次施工循环后，在c20素混凝土封闭层9之上进行一次9米长的仰拱10施做，使仰拱10与隧道初支形成封闭结构，并保证隧道初支拱脚密室不脱空。如果仰拱设计有初支，应在仰拱开挖后尽快支护，形成封闭结构后，再施工仰拱、矮边墙的模筑混凝土。
最后，重复进行第一步至第六步的施工，直至整个隧道施工完成。
需要说明的是，如果采用不影响中心深埋水沟排水管吊装作业的栈桥，可将中心深埋水沟的废渣先用挖掘机扒至掌子面一侧，然后恢复栈桥交通，进行上、下台阶初支作业和将水沟废渣装运到指定渣场的工作，之后，分别进行上、下台阶初支作业和吊装水管、回填反滤层和c20素混凝土封闭层作业，以进一步节约时间。
木板封堵排水管时候需要封堵住整个开挖成型的中心深埋水沟断面，以便于回填砂砾反滤层和回填c20混凝土；当在下一个施工循环中进行安装钢筋混凝土排水管，拆除水沟端头木板的时候，由于砂砾层粘结性不好容易滑落，当砂砾滑落到刚开挖好的一侧时，可能会出现上一循环回填的c20混凝土下面脱空，所以在回填砂砾反滤层时候还需要在两节水管衔接处用人工捣鼓密实。
上述实施例中的掌子面采用上述上、下台阶法施工，除此以外，还可以根据具体地质状况，采用全钻面施工法、三台阶施工法等。每一循环中，掌子面的推进距离需要根据围岩等级进行确定，一般地，ⅴ级围岩每循环推进0.67m，ⅳ级围岩每循环推进2.4m，ⅲ级围岩每循环推进3.5m；且上述“仰拱施做”，对于ⅴ、ⅳ级围岩为仰拱和仰拱填充，ⅲ以上为找平层和底板。