軟弱圍巖無軌平導(dǎo)快速施工技術(shù)

劉 傳，劉艷倉

(中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司，南寧 530007)

0 引言

1 工程概況

1.1 工程簡介

改建鐵路貴陽至昆明線六盤水至沾益段增建第二線三聯(lián)隧道位于云南省宣威市境內(nèi)，進(jìn)口里程DK300+387，出口里程D1K312+601，全長12 214 m。設(shè)計(jì)為雙線隧道，最大埋深約220 m，地質(zhì)條件差，隧道區(qū)域發(fā)育6條斷層和1個(gè)向斜。隧道進(jìn)、出口均2次下穿既有貴昆線，隧道中部1#斜井工區(qū)約1 080 m范圍分布宣威群煤系地層，含煤約20層，為高瓦斯工區(qū);隧道出口2#斜井工區(qū)通過淺埋偏壓段、田壩向斜和小溝斷層，從田壩水庫旁經(jīng)過，分別下穿樂豐鄉(xiāng)政府、樂豐鄉(xiāng)鎮(zhèn)、樂豐二中、樂豐一中和眾多村莊，為砂巖、泥巖和頁巖，屬軟弱圍巖。由于1#斜井工區(qū)穿越煤系地層，所屬圍巖為膨脹性軟巖，施工進(jìn)度緩慢，導(dǎo)致出口段工期壓力很大。為緩解1#斜井工區(qū)壓力，滿足工期要求，根據(jù)進(jìn)度指標(biāo)，于2#斜井工區(qū)D1K309+338處增設(shè)1 900m迂回平導(dǎo)。迂回平導(dǎo)位于線路右側(cè)，其中線與隧道左線線路中線間距為35 m，平導(dǎo)共設(shè)置13—17#共5個(gè)橫通道(正向橫通道3處，反向橫通道2處)，各橫通道與平導(dǎo)均以40°相交。迂回平導(dǎo)與正洞平面位置關(guān)系見圖1。

圖1 迂回平導(dǎo)與正洞平面位置關(guān)系圖Fig.1 Plan relationship between bypass parallel adit and main tunnel

1.2 平導(dǎo)設(shè)計(jì)概況

三聯(lián)隧道平導(dǎo)設(shè)計(jì)為無軌運(yùn)輸單車道斷面，其凈空斷面尺寸為4.75 m×5.9 m(寬×高)，凈空面積為28 m2。除橫通道及120 m斷層地段采用模筑襯砌外，其余1 780 m均采用錨噴襯砌。平導(dǎo)Ⅳ級(jí)圍巖地段采用拱墻格柵鋼架加強(qiáng)支護(hù)，格柵鋼架縱向間距1.2 m;Ⅴ級(jí)圍巖地段采用拱墻格柵鋼架及拱部φ42超前小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)，格柵鋼架縱向間距1.0 m，小導(dǎo)管縱向間距2.0m，環(huán)向間距0.4m，每環(huán)22 根，每根長3.5m。拱墻采用錨、網(wǎng)、噴系統(tǒng)支護(hù):每根長2.5 m，間距1.2 m×1.0 m梅花形布置φ22砂漿錨桿;間距25 cm×25 cm φ8鋼筋網(wǎng)片;15 cm厚C20噴射混凝土。底板為20 cm厚C20現(xiàn)澆混凝土。平導(dǎo)橫斷面見圖2。

2 前期施工情況及原因分析

2.1 前期施工情況

迂回平導(dǎo)采用全斷面鉆爆法施工。利用汽車制造移動(dòng)式多功能臺(tái)架，配合人工手持風(fēng)鉆鉆眼裝藥爆破，ITC312SL挖裝機(jī)配合5臺(tái)自卸汽車出碴。開挖班7人，立拱5人，錨桿4人，噴漿10人，均采用倒班制。開挖采用9臺(tái) YT－28風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)，其中2臺(tái)備用;ITC312SL挖裝機(jī)為雙動(dòng)力全液壓履帶式隧道挖掘裝載機(jī)，外形尺寸為16.3 m ×2.65 m ×3.7 m(長 × 寬 ×高)，輸送帶最大輸送能力為500 m3/h;出碴自卸汽車為鐵馬 XC3252B1，外形尺寸為 7.47 m ×2.5 m ×3.4 m(長×寬×高)，最大運(yùn)輸方量(松方)為12.25 m3;噴射混凝土采用2臺(tái)SSP－7型濕噴機(jī)，最大生產(chǎn)能力為7 m3/h。因受斷面高度的限制，底板采用4m小棧橋施工。

迂回平導(dǎo)施工段為砂巖夾泥巖、頁巖，水平產(chǎn)狀，局部地段為泥巖，節(jié)理發(fā)育，含有少量滲水，圍巖開挖后短時(shí)間內(nèi)風(fēng)化掉塊，自穩(wěn)能力很差，必須控制開挖進(jìn)尺并及時(shí)封閉初期支護(hù)。因設(shè)計(jì)拱架間距為1.2 m，確定循環(huán)進(jìn)尺為2.4 m。

圖2 平導(dǎo)橫斷面圖(單位:cm)Fig.2 Cross-section of parallel adit(cm)

迂回平導(dǎo)于2010年5月1日開始施工17#橫通道，因橫通道開口處和正洞掌子面距離較近，施工干擾大，加上新進(jìn)班組對(duì)施工不熟悉，5月掘進(jìn)僅92 m(其中17#橫通道47 m)，平均循環(huán)時(shí)間19.5 h，日進(jìn)尺為2.95 m;6 月掘進(jìn)僅121 m，平均循環(huán)時(shí)間 14.3 h，日進(jìn)尺為4.03 m;7月掘進(jìn)僅137 m，平均循環(huán)時(shí)間13.03 h，日進(jìn)尺為4.42 m。2010年8月10日，因地表水滲透，夾層泥巖流失，圍巖受力改變，設(shè)計(jì)高跨比不合理，加之底板不能及時(shí)跟進(jìn)封閉成環(huán)，導(dǎo)致平導(dǎo)35 m范圍拱腳失穩(wěn)，產(chǎn)生內(nèi)踢腳趾［8］，處理變形50 d。截至2010年10月1日，共完成395 m，實(shí)際施工100 d，平均每月118.5m，每天施工3.95 m，循環(huán)時(shí)間 14.5 h。按上述進(jìn)度推算將滯后工期4個(gè)月，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工期要求。

2.2 影響因素及原因分析

因受斷面凈空、施工組織、設(shè)計(jì)缺陷、資源配置及管理控制等各方面影響，致使平導(dǎo)前期進(jìn)度極不理想，工期壓力越來越大，成本及工期風(fēng)險(xiǎn)很大。

2.2.1 作業(yè)空間因素

楊偉東在優(yōu)酷供職5年，被譽(yù)為“視頻圈常青樹”。公開資料顯示，楊偉東1974年生人，2009年至2011年間，任諾基亞大中國區(qū)市場(chǎng)營銷總監(jiān)。2013年3月份，受古永鏘邀請(qǐng)加入優(yōu)酷土豆，先后擔(dān)任優(yōu)酷土豆集團(tuán)高級(jí)副總裁、土豆總裁。2015年11月30日，楊偉東擔(dān)任優(yōu)酷土豆BG聯(lián)席總裁，2016年5月份升任合一集團(tuán)總裁。2016年9月20日，兼任阿里音樂CEO。

迂回平導(dǎo)凈空斷面狹小，人員設(shè)備作業(yè)空間受到很大限制。開挖鉆孔作業(yè)臺(tái)架上、中、下3層人員數(shù)量與鉆孔數(shù)量不對(duì)等，導(dǎo)致中、下層效率較低;凈空高度不足導(dǎo)致底板棧橋一次施工長度有限，致使底板進(jìn)度無法滿足開挖進(jìn)度需求，導(dǎo)致嚴(yán)重落后;單車道斷面會(huì)車距離較長，影響出碴效率。斷面空間布置見圖3。

圖3 斷面空間布置圖(單位:mm)Fig.3 Facility arrangement in parallel adit(mm)

2.2.2 地質(zhì)與設(shè)計(jì)因素

迂回平導(dǎo)設(shè)計(jì)1900m，其中Ⅴ級(jí)120m，Ⅳ級(jí)1780m。穿越底層為砂巖夾泥巖、頁巖，水平產(chǎn)狀，巖質(zhì)為軟巖，局部地段為全泥巖、頁巖，經(jīng)短時(shí)間風(fēng)化和車輛反復(fù)碾壓，基底全部泥化，3 d可形成30～50 cm深的泥漿，致使拱腳趾全部懸空。

迂回平導(dǎo)斷面設(shè)計(jì)為直墻曲拱斷面，高跨比較大，容易引起邊墻失穩(wěn)［9］;格柵拱架設(shè)計(jì)厚度僅為12 cm，且無鎖腳錨桿，初期支護(hù)無法抵抗圍巖壓力;占施工段94%的Ⅳ級(jí)錨噴段無超前支護(hù)，導(dǎo)致拱頂?shù)魤K嚴(yán)重，超挖較大，噴漿回填時(shí)間很長;底板設(shè)計(jì)為C20混凝土，厚20cm，基底為軟弱圍巖，加上重載車輛的反復(fù)碾壓，短時(shí)間內(nèi)底板斷裂破碎，嚴(yán)重影響車輛正常通行。

2.2.3 施工組織因素

會(huì)車道設(shè)置距離為475 m，出碴汽車會(huì)車和倒車時(shí)間較長;立拱和錨網(wǎng)無平行作業(yè)，往往是立拱和網(wǎng)片作業(yè)完成后才開始錨桿鉆孔作業(yè)，且系統(tǒng)錨桿鉆孔人員不足，增加作業(yè)時(shí)間;各工序無搭接施工，人員積極性較差，作業(yè)效率較低。

3 快速施工優(yōu)化措施

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)近1個(gè)月的調(diào)研，充分考慮各種影響因素及可以改進(jìn)的施工工藝等，對(duì)施工進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過7個(gè)月的驗(yàn)證，實(shí)施效果非常明顯，施工進(jìn)度大幅度提升，連續(xù)6個(gè)月月進(jìn)度均超過210 m，其中最快月進(jìn)度超過235 m。

3.1 優(yōu)化作業(yè)臺(tái)架

為進(jìn)一步增大作業(yè)空間，增加作業(yè)人員，將作業(yè)臺(tái)架車進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。一是增加臺(tái)架兩側(cè)作業(yè)空間，減小門框間距，將中、下臺(tái)架開挖人員各增加為4人;二是作業(yè)臺(tái)架長度由4m加長至5 m，使立拱和錨桿鉆孔作業(yè)可以平行進(jìn)行。作業(yè)臺(tái)架優(yōu)化見圖4。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

見圖5。

1)優(yōu)化超前支護(hù)和鎖腳錨桿。圍巖全部為砂巖夾泥巖、頁巖，水平產(chǎn)狀，拱部極易出現(xiàn)掉塊，Ⅳ級(jí)圍巖地段在拱部范圍內(nèi)增加φ42小導(dǎo)管超前支護(hù)，2.4 m/環(huán)，每環(huán)20根，環(huán)向間距35 cm，每根長3 m;為徹底避免因腳趾下沉導(dǎo)致拱架變形，除按設(shè)計(jì)設(shè)置墊腳槽鋼外，每個(gè)腳趾增加2根φ42小導(dǎo)管作為鎖腳錨桿，增加腳趾的穩(wěn)定性，有效地控制了因高跨比不合理產(chǎn)生的踢腳現(xiàn)象。

2)12 cm格柵拱架優(yōu)化為I14工字鋼架。一是加工效率高，能夠滿足進(jìn)度需要;二是質(zhì)量有保證，焊縫較少，整體剛性大;三是便于安裝連接筋，可以使用裝配式安裝拱架，提高施工效率。

3)增設(shè)小邊墻。底板設(shè)置50cm×30cm(高×寬)的小邊墻，小邊墻采用C20混凝土澆筑，邊墻內(nèi)設(shè)置2根φ12拉通水平筋及φ16接茬筋。小邊墻的設(shè)置有效地控制了底板下沉和地下水浸泡拱腳引起的拱腳失穩(wěn)。

4)優(yōu)化會(huì)車道。大小會(huì)車道交錯(cuò)布置，會(huì)車道間距為200 m。大會(huì)車道長 28 m，設(shè)置調(diào)頭洞室和ITC312SL挖裝機(jī)停放位置;小會(huì)車道長12m，僅提供2輛車會(huì)車，會(huì)車道凈寬7.0 m。如此設(shè)置既減少了工程量，又能滿足車輛通行需要，實(shí)現(xiàn)快速施工。

圖4 作業(yè)臺(tái)架優(yōu)化圖Fig.4 Optimized working platform

3.3 優(yōu)化施工工藝

見圖6。

1)優(yōu)化拱架連接工藝。拱架連接采用套筒工藝，拱架安裝采用拼裝式拱架，加快拱架安裝速度。

2)優(yōu)化底板施工工藝。采用洞外預(yù)制混凝土塊(100cm×50cm×30cm)鋪設(shè)行車通道，其余底板及水溝采用C20混凝土鋪設(shè)。針對(duì)基底較軟地段，鋪設(shè)預(yù)制塊前先用噴漿料換填，確?；追€(wěn)固。鋪設(shè)時(shí)間安排在沒有車輛通行的立拱工序，每天鋪設(shè)長度與開挖保持一致。

3.4 加強(qiáng)細(xì)節(jié)管理

在施工過程中注重施工細(xì)節(jié)的思考和優(yōu)化，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，尋求簡易、高效、實(shí)用的施工技巧，從而保證施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度。如在高壓風(fēng)管設(shè)置“H”型排水裝置，有效地控制了高壓風(fēng)含水量，避免了噴漿堵管現(xiàn)象;施工方向采用雙側(cè)激光控制及“曲線直走”的思路，充分利用激光指向的簡便性，減少了測(cè)量放線的時(shí)間;接頭螺栓上緊后采用焊機(jī)電焊，避免了鉆孔抖動(dòng)致使螺栓脫松現(xiàn)象;拱部拱架采用大小拱交錯(cuò)設(shè)置，使拱架接頭錯(cuò)開拱頂中線的受力集中點(diǎn)，既減少了拱架接頭數(shù)量，又確保了施工質(zhì)量。

4 優(yōu)化效果

從2010年11月開始實(shí)施優(yōu)化措施，經(jīng)過1個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)整和技術(shù)優(yōu)化，從2010年12月起迂回平導(dǎo)施工進(jìn)度得以大幅度提升。2011年3月的3 d循環(huán)時(shí)間進(jìn)度對(duì)比分析見表1。2010年12月至2011年5月施工進(jìn)度見表2。通過表1和表2可以說明，優(yōu)化后的迂回平導(dǎo)在軟弱圍巖下達(dá)到快速施工，取得了較好的效果。

表1 工序循環(huán)時(shí)間分析表(2011年)Table 1 Analysis on cycle time in 2011

表2 月進(jìn)度分析表Table 2 Analysis on monthly advance rate

5 結(jié)論與討論

三聯(lián)隧道通過增設(shè)無軌平導(dǎo)并采取一系列工程措施，實(shí)現(xiàn)了快速打開多個(gè)工作面，確保了進(jìn)度要求，給長大隧道無軌運(yùn)輸小斷面平導(dǎo)施工提供了可靠的依據(jù);但在施工過程中仍然存在一些問題，制約著平導(dǎo)進(jìn)一步提高施工生產(chǎn)效率。

1)ITC312SL挖裝機(jī)為德國原裝進(jìn)口設(shè)備，出碴效率較高，設(shè)備經(jīng)久耐用;但一旦出現(xiàn)故障，所有配件必須從國外進(jìn)口，短時(shí)間內(nèi)很難修復(fù)，維修成本較高。在出現(xiàn)故障期間，采用裝載機(jī)出碴效率非常低，采用臨時(shí)增加雙車道，既增加工作量又增加施工成本。

2)在增加正洞工作面后，平導(dǎo)運(yùn)輸量急劇增加，行走機(jī)械調(diào)度困難，特別是全部工作面同時(shí)進(jìn)行出碴作業(yè)時(shí)，容易導(dǎo)致多個(gè)作業(yè)面窩工［10］。

3)距離掌子面30 m范圍內(nèi)未鋪底地段，基底為泥巖、砂巖夾頁巖，巖性較軟，在重車的反復(fù)碾壓下，泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，車輛經(jīng)常陷入基底，影響車輛通行。

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