城市隧道快速施工技術(shù)探討

韓興旺

（舟山正大工程咨詢有限公司，浙江 舟山316100）

1 工程概述

沈應(yīng)線隧道進口位于沈家門城區(qū)東海中路與教場北路交叉口處，穿越嶺陀山體，從變電所西側(cè)北口與平東線相接，路線全長2 367m，其中隧道里程為K0+135～K1+360，全長1 225m。隧道進出口民房密集，進口緊臨的東海中路為舟山市普陀區(qū)的主要交通干道。鑒于以下原因，舟山市沈應(yīng)線隧道工程（嶺陀隧道）快速施工顯得非常迫切：

（1）工程處于市區(qū)，場地小，居民多，施工過程中的開挖、支護、排污和噪聲對周邊市民影響較大，盡快建成是社會各界的愿望，工程工期要求高；

（2）為了減小對周邊居民的影響，保證居民休息，采取了夜間停止施工的措施；同時由于施工流程中斷，降低了作業(yè)效率，加大了管理難度，工程工期矛盾更加突出；

（3）隧道不良地質(zhì)問題突出，尤其是進出口段埋深淺、地質(zhì)條件差；

（4）隧道屬典型的大跨小間距結(jié)構(gòu)，左右隧道最小凈距為4.7m，施工難度大，且國內(nèi)有很少類似經(jīng)驗供借鑒；施工工序多、左右洞施工相互影響大，工程進度受到限制；

（5）隧道棄碴場離工地遠，而且棄碴時間受到限制，快速作業(yè)受到限制；

（6）施工場地狹小，儲、備料場地受限；

（7）環(huán)境保護要求高，尤其是對地面沉降和爆破噪聲要求高，作業(yè)循環(huán)進尺受到限制。

由此可見，工程工期是本工程建設(shè)的關(guān)鍵。如何在復(fù)雜環(huán)境下將快速施工技術(shù)成功運用到工程中，減小工期損失，對項目建設(shè)和以后類似條件下的隧道施工有著非?，F(xiàn)實的意義。

2 隧道施工方案選擇

施工方案決定隧道施工組織、機械配置和進度水平，尤其是對本隧道而言，因沒有以往類似工程可借鑒，加之大跨小間距的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和位于市區(qū)復(fù)雜的環(huán)境條件，施工方案的選擇更應(yīng)慎重。稍有疏忽，不但不能加快施工進度，還有可能發(fā)生洞口段坍方、山體滑坡、民房及周圍構(gòu)筑物坡壞、巖柱垮塌、隧道坍方、襯砌結(jié)構(gòu)開裂及工期長期拖延、工程投資增大和效益滑坡等一系列問題，甚至?xí)Τ鞘械貐^(qū)修建大跨小間距隧道的設(shè)計思路產(chǎn)生懷疑，進而影響這一結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展。

針對本隧道的特點，確定了基本的施工方案原則是：保證周邊環(huán)境、施工和結(jié)構(gòu)安全，施工過程規(guī)范、連續(xù)、穩(wěn)定，平衡環(huán)境與工程進度的關(guān)系，盡可能減小對周邊環(huán)境的影響，工程進度滿足工程工期要求。在此原則指導(dǎo)下，經(jīng)過認真研究，結(jié)合圍巖類別確定總體施工方案如下：

（1）隧道采用鉆爆法掘進、無軌運輸、邊頂拱整體式模板臺車襯砌的作業(yè)模式；

（2）隧道進出口段接長明洞以實現(xiàn)“早進晚出”和減小對環(huán)境的影響；

（3）隧道左右洞錯開施工，錯開距離在100m以上，以減小雙洞間的影響；

（4）隧道進口采用CRD 工法結(jié)合超前小導(dǎo)管注漿通過Ⅴ級巖段，出口采用超前管棚結(jié)合超前小導(dǎo)管注漿臺階法通過淺埋軟巖段；

（5）隧道Ⅲ級圍巖段采用上下臺階爆破法、Ⅱ級圍巖段采取全斷面爆破法組織施工，在Ⅱ級圍巖地段，采用開挖、支護和襯砌三條平行作業(yè)線，以加快工程進度；

（6）隧道施工過程中，加強監(jiān)控量測和信息化反饋，主要以爆破振動監(jiān)測、地表建筑物變形及隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測為主，量化環(huán)境影響指標(biāo)；

（7）通過夜間停止施工、采取低振動低噪聲爆破及工地水幕降塵器降塵、集中無軌運輸?shù)却胧?，減小對市區(qū)環(huán)境的影響；

（8）加強文明施工和宣傳工作，和諧生產(chǎn)。

3 機械設(shè)備的選型配套

（1）機械設(shè)備的外型尺寸與隧道斷面匹配，能在隧道凈空允許的空間內(nèi)運轉(zhuǎn)自如，同時應(yīng)為施工人員通行留下足夠的安全空間。本隧道單洞一般地段的寬度為13.4m，高度為10.9m，開挖斷面面積為123.25m2，能夠滿足大中型機械的作業(yè)空間。

（2）機械設(shè)備生產(chǎn)能力及數(shù)量應(yīng)能滿足施工進度和開挖、初期支護和襯砌平行作業(yè)內(nèi)容的要求，生產(chǎn)能力應(yīng)有25%的儲備量，設(shè)備數(shù)量應(yīng)有30%的儲備量，同時應(yīng)能適應(yīng)隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境。本工程地處市區(qū)，信息和交通發(fā)達，機械采購或租賃周期短，可根據(jù)工程各階段需要及時調(diào)配。

（3）與工程供電能力相匹配。市區(qū)內(nèi)電力供應(yīng)有限，為節(jié)約用電，盡可能多地采用內(nèi)燃機械，并減少缺電造成的工期等損失。

（4）選用的機械和設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)隧道施工的環(huán)境，并滿足噪聲、排污、防爆等行業(yè)和環(huán)保強制性標(biāo)準(zhǔn)。

4 快速施工技術(shù)措施

工程進度與地質(zhì)狀況、鉆爆施工方案、機械設(shè)備的配套、工人的技術(shù)熟練程度及施工管理等多種因素有關(guān)，快速施工的技術(shù)措施如下。

（1）首先應(yīng)有與地質(zhì)狀況、機械設(shè)備配置水平符合的鉆爆方案。方案應(yīng)能保證施工安全、鉆爆效率最高、施爆后超欠挖最少且輪廓圓順、爆出石碴塊度大小合適使得裝碴效率最高。同時，鉆爆方案盡量簡潔，便于工人掌握和現(xiàn)場操作，利于多臺機械同時作業(yè)，機械化程度最高。

（2）要有與鉆爆施工方案相符合的機械配備。

（3）熟練的鉆爆工人能有效地實施并優(yōu)化爆破設(shè)計方案，使工作面機械化程度達到最高，從而壓縮工作面作業(yè)時間并保證良好的爆破效果。

（4）加強施工組織，做到各工序之間銜接緊密，生產(chǎn)作業(yè)不間斷，保證開挖、初期支護和襯砌作業(yè)線平行作業(yè)，其他非關(guān)鍵工序在關(guān)鍵工序作業(yè)期間完成。

4.1 優(yōu)化鉆爆設(shè)計，提高爆破進尺

4.1.1 選擇合理的爆破參數(shù)

本工程所處區(qū)域為舟山市沈家門城區(qū)，周邊群眾較多，所以要做到減震、低噪聲控制爆破。根據(jù)隧道的地質(zhì)情況，選取了不同的爆破開挖方式：Ⅲ級、Ⅳ級圍巖為上下斷面分區(qū)爆破開挖，Ⅱ級圍巖主要采用全斷面爆破的方式，提高了隧道的爆破進尺，滿足了結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境要求。

4.1.2 合理選擇循環(huán)進尺

炮眼深度不僅影響著每個掘進循環(huán)的工作量、各個工序的完成時間，而且影響著爆破的效果和掘進效率。在大型機械裝碴運輸?shù)臈l件下，為了提高掘進速度，一般應(yīng)加大炮眼深度，提高循環(huán)進尺，減少循環(huán)次數(shù)。循環(huán)進尺通常與炮眼深度、巖石軟硬、隧道斷面大小等因素有關(guān)，同時還要考慮爆破裝藥量與爆破振動要求、噪聲影響以及大跨小間距隧道結(jié)構(gòu)安全要求等方面的因素。循環(huán)進尺還與機械配置狀況有關(guān)，尤其在軟巖地段，適合的挖掘機械比爆破的效率更高。

4.1.3 合理選擇掏槽眼和周邊眼的形式

“有無進尺看掏槽，有無光面看周邊眼”，這揭示了隧道鉆爆法施工中掏槽眼和周邊眼的重要性。掏槽成功，隧道掘進的進尺就能得到保證，反之就會嚴重影響進度。若周邊眼布置不恰當(dāng)，則隧道鉆爆輪廓就會不圓順，影響巖面穩(wěn)定，超欠挖量大，處理時間和費用加大，工程進度和效益受影響。掏槽眼和周邊眼形式的選擇方法如下。

（1）掏槽眼有直眼掏槽和斜眼掏槽兩種形式。直眼掏槽多用于深孔爆破中，對掏槽孔的要求較高，需要有豐富的鉆爆經(jīng)驗，需鉆鑿出相距較近的多個炮孔。斜眼掏槽在循環(huán)進尺3.5m 以下的洞室爆破中應(yīng)用較多，節(jié)省鉆孔數(shù)量，但掌子面鉆機數(shù)量受限。根據(jù)本工程特點，選用了斜眼掏槽的形式，取得了較好的效果。

（2）為提高鉆爆輪廓圓順度，周邊眼采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，也取得了較好的效果。

（3）為了減少炸藥爆炸生成的高壓氣體從炮孔逸出，增加爆炸應(yīng)力波的作用時間，提高炸藥爆炸能量的利用率，所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞長度不小于30cm。

4.2 合理配備裝運機械，提高運輸效率

“隧道，隧道，出碴進料”，反映了裝運能力在快速施工中的決定地位。在研究快速施工中，應(yīng)將裝運機械配置作為重點。經(jīng)認真計算和現(xiàn)場試驗，洞內(nèi)配置一臺挖掘機用于掌子面清理、翻碴和裝碴，采用ZL50裝載機配大噸位自卸汽車裝運。這樣在起爆后一邊裝運巖碴出洞，一邊用挖掘機迅速把掌子面清理出來，形成掌子面鉆眼與掌子面后方裝碴的平行作業(yè)狀態(tài)，提高了作業(yè)效率。

4.3 加強工人崗前培訓(xùn)，提高作業(yè)效率

好的方案和機械配置需要熟練和優(yōu)秀的工人來實施，工人尤其是技術(shù)鉆工的崗前培訓(xùn)是實現(xiàn)快速施工的重要內(nèi)容。

本工程以技術(shù)交底和崗前培訓(xùn)為切入點，以工人績效考核為動力，不斷提高工人技術(shù)素質(zhì)和工作效率，取得了較好效果。

（1）通過考核鉆爆超欠挖、鉆爆時間和循環(huán)進尺，激勵鉆工提高技術(shù)水平。根據(jù)工人技術(shù)程度，把鉆掏槽眼、周邊眼作為重點，安排技術(shù)好的工人來鉆打并與其他部位鉆工差別收入；整個掌子面的施鉆，采用分區(qū)定機定人的方式，硬化了責(zé)任，規(guī)范了施工，強化了技術(shù)；鉆爆時間控制上采用分區(qū)平均完成時間、最早完成時間與循環(huán)總時間綜合考核，提高了工人收入和積極性。

（2）掌子面倒碴、裝碴和運碴時作業(yè)機械多、安全要求高，操作人員必須有熟練的技能，才能實現(xiàn)平行作業(yè)和快速施工。

4.4 做好平行作業(yè)，壓縮工序銜接時間

4.4.1 開挖與初期支護平行作業(yè)

本隧道在圍巖較好地段，左洞超前100m 施工。開挖后，不需立即進行支護，考慮右洞會進一步影響圍巖，仍須進行初期支護（噴錨支護）。綜合安全和快速施工的要求，初期支護滯后工作面2～3倍洞徑約25m，這樣就形成了開挖掘進與初期支護平行作業(yè)的狀態(tài)，大大縮短了工作面作業(yè)的時間，提高了掘進速度。

4.4.2 襯砌與開挖支護的平行作業(yè)

隧道開挖、初期支護完成后，仰拱作業(yè)分兩幅交錯作業(yè)，保持與掌子面50～80m 的距離，有利于交通運輸和后序作業(yè)。

隧道邊頂拱襯砌滯后右洞工作面里程約30～50m距離，這樣一方面為了減小右洞爆破對澆筑混凝土質(zhì)量的影響，同時又保持了左洞前后作業(yè)面的均衡，為工程總體工期節(jié)省了時間。

4.4.3 裝碴與鉆孔平行作業(yè)

在采用臺階法開挖段，起爆后先用挖掘機把上臺階的巖碴倒到下臺階，之后上臺階鉆眼，下臺階裝載機配合自卸汽車裝運碴?；蛘弑坪笸跈C配合裝載機將碴倒到掌子面后方，掌子面前方鉆眼，后方裝碴。

4.4.4 壓縮工序銜接時間，提高進度

工序銜接時間在通常生產(chǎn)中占了大部份循環(huán)時間，究其主要原因有以下兩點。

（1）上道工序工作完成不徹底。如爆破欠挖不能及時處理、找頂不徹底，影響初期支護和出碴作業(yè)；出碴時工作面留碴太多，鉆眼時又大量翻碴清理掌子面；噴錨支護留下太多錨桿頭，在防水層施工前又花大量時間處理錨桿頭等。加之不屬同一工序，作業(yè)內(nèi)容不同，生產(chǎn)工具不適合，會成倍地浪費時間。

（2）上道工序作業(yè)時損壞的設(shè)備沒得到及時維護，影響下道工序的生產(chǎn)。尤其對風(fēng)水管電線的毀壞給其他工序帶來的影響最大，同時同一工序不同工班間機械設(shè)備的不及時報告維護，都會造成大量的時間損失。

針對這些問題，要采取技術(shù)措施來壓縮工序銜接時間，盡可能實現(xiàn)作業(yè)面零中斷。

4.5 施工配套技術(shù)

通風(fēng)降塵、施工排水、監(jiān)控量測、不良地質(zhì)段預(yù)測和處理等配套技術(shù)是快速施工的重要保證。

（1）通風(fēng)降塵技術(shù)

通風(fēng)管隨開挖隨接長，保證在掌子面工作人員的健康。在每個工作面配4～6 臺水幕降塵器，爆破后和出碴時及時開啟，減小揚塵。噴錨支護采用濕噴工藝，減小揚塵污染。

（2）施工排水技術(shù)

很多案例反映了這樣一個問題，除非隧道施工涌水較大，作業(yè)人員都不愿意抽排掌子面積水和不重視路面積水。這樣在鉆設(shè)底板眼時鉆眼效率極低，而且裝藥難度很大；路面積水加快了路面破壞速度，影響了車輛運輸速度，當(dāng)然也不符合文明施工的理念，這都大大降低了施工速度。應(yīng)及時排除工作面積水和路面積水，以保持良好的作業(yè)環(huán)境。

（3）監(jiān)控量測技術(shù)

通過監(jiān)控量測收集施工信息，是保證施工安全、保證周圍建（構(gòu)）筑物安全、控制和解釋環(huán)境影響指標(biāo)的重要措施。加強對隧道周圍建（構(gòu)）筑物變形、地表變形、爆破振動、爆破噪聲、中間巖柱變形、洞內(nèi)凈空變化、結(jié)構(gòu)受力狀況及錨桿受力狀態(tài)等的綜合監(jiān)控，并建立完整的反饋體系，把信息及時反饋到施工。

（4）超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)和不良地質(zhì)段處理技術(shù)

鑒于地下工程設(shè)計階段勘察精度有限，以及本隧道大跨小間距的特點，隧道坍垮后對結(jié)構(gòu)安全影響很大，施工階段的超前地質(zhì)預(yù)報和不良地質(zhì)的妥善處理顯得尤為重要。

結(jié)合鉆爆與初期支護平行作業(yè)的安全要求，在每循環(huán)鉆爆中及時將鉆眼過程中的異常情況報告給工程地質(zhì)人員，作為超前地質(zhì)預(yù)報的一個重要手段。

根據(jù)初期支護滯后距離的需要，把隧道地質(zhì)素描放在重要位置，工程地質(zhì)人員在每循環(huán)掘進后，及時進行隧道地質(zhì)素描，通過地質(zhì)素描評價毛洞穩(wěn)定性、預(yù)測前方地質(zhì)狀況、決定支護滯后距離和不良地質(zhì)體的施工預(yù)案。

工程地質(zhì)人員的工作時間與隧道斷面測量同步進行，通過地質(zhì)預(yù)報和及時合理的不良地質(zhì)處理，保證了隧道施工安全和掘進與初期支護平行作業(yè)的順利實施。

5 加強工地宣傳，保持良好的施工環(huán)境

作為工程施工企業(yè)，做好工地宣傳也是非常重要的。有些市民對于施工不太了解，會產(chǎn)生擔(dān)憂或者敵對情緒，所以要讓群眾和市民了解施工過程，消除對工程的擔(dān)心或敵對情緒。尤其是將工程進展?fàn)顩r向市民公報，讓市民關(guān)心工程進展，并以主人翁的意識參與到工程建設(shè)中來?？傊?，搞好與當(dāng)?shù)鼐用竦年P(guān)系很重要，這也在一定程度上能夠提高循環(huán)進尺，進而提高施工進度。

6 快速掘進效果

采用以上的快速施工技術(shù)措施后，沈應(yīng)線隧道的進度有了很大的提高，在實施快速施工技術(shù)前，每月Ⅲ級圍巖的施工進度平均在80～100m 左右，在重新調(diào)整施工組織和設(shè)計，將施工的各方面因素進行優(yōu)化后，在夜間不能施工的情況下，月進尺都在150m 左右，而且未發(fā)生安全事故，爆破對周邊環(huán)境的影響也在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。

7 結(jié)語

工程進度在很多時候都會被重視，因為生產(chǎn)效率的提高，在一定程度上等同于利潤的提高。通過對本工程快速施工技術(shù)的研究，可以看出影響制約施工的因素有很多，諸如地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、機械設(shè)備、人員配備、施工組織等。在本工程施工中，盡量做到平行作業(yè)，互不干擾，互相促進，加快隧道施工的進度。