長大隧道快速施工技術(shù)探討

魏 二 劍

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南 三門峽 472000)

0 引言

在鐵路、公路工程建設(shè)中，長大隧道工程頻頻出現(xiàn)，而長大隧道往往是一個項目乃至一條線的重點(diǎn)控制工程，長大隧道的快速施工是實現(xiàn)工期目標(biāo)的關(guān)鍵[1-3]。然而，在嚴(yán)格控制隧道施工安全步距的情況下，如何加快隧道快速施工，成為了擺在隧道施工管理人員面前的主要課題[4]。本文以某隧道施工過程中，依靠科技創(chuàng)新、優(yōu)化施工技術(shù)和工藝、加強(qiáng)施工組織管理等措施，實現(xiàn)長大隧道快速施工的實踐來探討長大隧道快速施工技術(shù)。

1 工程概況

某隧道起始于福建省閩清縣桔林鄉(xiāng)四寶村，終止于閩清縣東橋鎮(zhèn)橫溪坑電站西南側(cè)的陡坡上，設(shè)計行車速度350 km/h的高速鐵路雙線隧道，正洞設(shè)計起訖里程為DK745+065～DK755+596，隧道全長10 531 m。本隧道設(shè)置斜井一座，出口平導(dǎo)一座：桔林斜井位于線路前進(jìn)方向左側(cè)，斜井與隧道正洞交于DK748+400里程處，斜井綜合坡度為6.36%，斜井斜長1 979.26 m；出口平導(dǎo)位于線路前進(jìn)方向左側(cè)，與隧道正洞交于DK753+300里程處，洞身坡度與正洞一致，為0.9%，平導(dǎo)長2 138 m，平導(dǎo)除與正洞交點(diǎn)處外，另設(shè)3處橫通道，均為輔助通道。

該隧道有Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級及Ⅴ級圍巖，隧道地質(zhì)主要為凝灰?guī)r、花崗巖等，隧道最大埋深約為968 m，由于埋深大，施工中將遇到高地溫、高地應(yīng)力(堅硬圍巖易產(chǎn)生巖爆)、涌水對施工帶來的不良影響。

該隧道是京福高鐵合肥至福州段全線的重點(diǎn)控制工程，為確保施工總體目標(biāo)和投標(biāo)承諾的實現(xiàn)，該隧道必須在保證質(zhì)量的情況下，加快施工進(jìn)度。

2 施工組織管理

隧道施工作業(yè)空間小、通道窄、出入口少等特點(diǎn)均不利于人力、物力等資源的展開，實現(xiàn)快速施工需要更細(xì)致嚴(yán)密的施工組織管理，創(chuàng)造文明有序的施工環(huán)境，最大限度地利用有限的空間，確保先進(jìn)技術(shù)的有效發(fā)揮。

2.1 人員配置

為適應(yīng)快速施工的要求，減少管理鏈條，保證決策快速執(zhí)行，該隧道分為進(jìn)口、桔林斜井、出口、出口平導(dǎo)四個工點(diǎn)，其中每個作業(yè)面配置開挖、支護(hù)、噴漿、防排水、鋼筋、木工、車輛、通風(fēng)、電工、雜工等班組，滿足各作業(yè)面24 h施工需要。

2.2 施工設(shè)備配置

考慮到工程情況、施工單位的生產(chǎn)習(xí)慣和其他情況，設(shè)備配置主要應(yīng)該從實用、配套，注重效益等出發(fā)考慮。該隧道主要施工設(shè)備配置包括135 kW軸流通風(fēng)機(jī)、SDS射流通風(fēng)機(jī)、22 m3/min空壓機(jī)、TK500濕噴機(jī)等。

2.3 施工組織

隧道按噴錨構(gòu)筑法原理組織施工，Ⅴ級圍巖采用三臺階臨時仰拱法施工，Ⅳ級圍巖采用三臺階法施工，Ⅲ級圍巖采用臺階法施工，Ⅱ級圍巖采用全斷面法施工。洞內(nèi)運(yùn)輸采用無軌運(yùn)輸方式，正裝側(cè)卸式裝載機(jī)配合自卸汽車出碴。通過對測量、爆破、裝運(yùn)、通風(fēng)、供水、供電、人力、設(shè)備等各個有關(guān)環(huán)節(jié)的不斷優(yōu)化，開挖循環(huán)時間得到了很大的縮短，創(chuàng)造了單炮循環(huán)時間最低3 h 50 min、單日進(jìn)尺最高11.2 m的好成績。

3 施工技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新

理順施工組織管理后，施工進(jìn)入良性循環(huán)，施工技術(shù)的應(yīng)用有了良好的發(fā)揮空間，這時就需要對各工序的施工工藝進(jìn)行改進(jìn)和提高，進(jìn)一步加快循環(huán)速度，加大循環(huán)進(jìn)尺，使整個施工流程快速運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1 鉆爆技術(shù)

鉆爆作業(yè)是隧道施工控制工期、保證開挖輪廓的關(guān)鍵。由于該隧道處于山區(qū)，隧道穿越地區(qū)無居民及需要保護(hù)的建筑物，因此對爆破震動控制的要求較低，主要工藝如下：

1)采用大面積深孔楔形掏槽，如圖1所示，減少了炮眼數(shù)量，縮短了鉆爆時間；產(chǎn)生的臨空面大，為后續(xù)段爆破創(chuàng)造了條件；掏槽充分、進(jìn)尺好、炮眼利用率高；單炮循環(huán)進(jìn)尺由原來的2.9 m～3.0 m提高到3.5 m～3.6 m，炮眼利用率由原來的83%～86%提高到92%～95%。

2)爆破網(wǎng)路按梯型原理進(jìn)行設(shè)計，即同段炮孔的連線為梯形，相鄰兩邊之夾角范圍為90°<θ<180°，如圖2所示?；鞠艘驗榈装逖郾菩Ч^差而補(bǔ)炮。

3)周邊優(yōu)選用低爆速的炸藥，藥卷直徑為25 mm，進(jìn)行間隔裝藥，藥卷間距50 cm布置在竹片上，用電工膠布固定。藥卷布置為：孔底裝1卷藥(20 cm)、中間每隔50 cm裝半卷藥(10 cm)，孔口炮泥堵塞長度不小于20 cm。

3.2 裝渣、運(yùn)輸

經(jīng)現(xiàn)場實測，出碴時間取決于兩臺裝載機(jī)裝碴的時間，采用2臺柳工ZL50C裝載機(jī)(3 m3)裝碴，配置8臺中國重汽雙橋自卸汽車(15 m3)，6臺陜汽重卡雙橋自卸車(15 m3)，14臺運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸能力可以保證兩臺裝載機(jī)裝碴不間斷，同時配置1臺日立ZX330-3型挖掘機(jī)(1.3 m3)扒碴清底。

在這個過程中嚴(yán)格執(zhí)行裝載機(jī)、自卸汽車、挖掘機(jī)的設(shè)備管理、使用和維修保養(yǎng)制度、修理工人的崗位責(zé)任制和操作規(guī)程，確?，F(xiàn)場設(shè)備的維修保養(yǎng)，實現(xiàn)有章可循，規(guī)范管理。

3.3 初期支護(hù)

針對支護(hù)與開挖的相互影響，項目部采取優(yōu)化設(shè)計方案、平行作業(yè)、優(yōu)化施工工序等措施。

1)隧道采用芬蘭進(jìn)口Normet spraymec 7110 WPC型機(jī)械手濕噴機(jī)噴漿，回彈量較干噴大幅減少，施工速度快，混凝土強(qiáng)度均勻，噴射效果較好，同時能夠較好解決粉塵問題。

2)在Ⅱ級圍巖較好地段，初期支護(hù)落后掌子面8 m左右，每天根據(jù)開挖情況安排噴漿支護(hù)；在Ⅲ級地段，先初噴一層3 cm厚混凝土，再打錨桿掛網(wǎng)噴至設(shè)計厚度。在圍巖較差地段，采用錨網(wǎng)噴—鋼架聯(lián)合支護(hù)。并且在掌子面開挖與支護(hù)各使用一個操作臺架，打錨桿支護(hù)時不影響開挖鉆孔作業(yè)。

3.4 通風(fēng)技術(shù)

對目前獨(dú)頭掘進(jìn)的特長鐵路隧道，通風(fēng)已成為影響隧道施工的重要因素。以該隧道出口及平導(dǎo)為例：

1)該隧道出口及平導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)采用平導(dǎo)作為新鮮空氣通道，主洞作為排除污濁空氣和運(yùn)輸通道，由平導(dǎo)內(nèi)的軸流風(fēng)機(jī)向掌子面送風(fēng)，主洞4臺射流風(fēng)機(jī)出風(fēng)的循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)。

2)在平導(dǎo)與主洞交叉口處設(shè)置風(fēng)門，平導(dǎo)PDK0+050處設(shè)置2×185 kW軸流風(fēng)機(jī)送風(fēng)至掌子面。

3)主洞內(nèi)設(shè)置4臺射流風(fēng)機(jī)，將主洞內(nèi)的污濁空氣排出洞外。

4)同時在掌子面開挖臺架上設(shè)置一臺射流風(fēng)機(jī)向掌子面送風(fēng)、分別在兩臺二襯臺車前方設(shè)置射流風(fēng)機(jī)向二襯施工段供風(fēng)，加強(qiáng)通風(fēng)并提高掌子面和二襯段的工作舒適性。

5)在主洞洞口600 m～1 000 m范圍內(nèi)設(shè)置2×132 kW軸流風(fēng)機(jī)，作為備用風(fēng)機(jī)。當(dāng)主洞洞口排煙不暢時，啟用該風(fēng)機(jī)向洞外抽排污濁的空氣。

4 實施效果

該隧道通過的地區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造、變質(zhì)、巖漿活動及混合巖化作用，地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性十分復(fù)雜給隧道掘進(jìn)增加了極大的困難。但項目部在加強(qiáng)施工組織管理和施工技術(shù)優(yōu)化的情況下，連續(xù)三個月分別打出了189 m,208 m,216 m的好成績；單炮循環(huán)時間最低3 h 50 min；單日進(jìn)尺最高11.2 m，實現(xiàn)了長大隧道的快速施工。

1)光爆效果達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，開挖輪廓線圓順，平均超挖一般小于6 cm，最大超挖量小于8 cm，局部欠挖小于5 cm；炮眼利用率90%以上，較好地段達(dá)到95.8%；炮眼痕跡保存率：拱部達(dá)到94%以上，邊墻達(dá)到90%以上。

2)初期支護(hù)按設(shè)計要求施工，錨桿抗拔合格率100%；噴混凝土表面平整圓順，凹凸量小于5 cm，強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。

3)本工程施工過程中未發(fā)生一例安全事故。

5 結(jié)語

1)確定合理的施工方案，并在施工過程中不斷優(yōu)化改進(jìn)，是隧道快速施工的前提和保障。

2)采用大面積深孔楔形掏槽、爆破網(wǎng)路按梯型原理進(jìn)行設(shè)計等鉆爆技術(shù)工藝的改進(jìn)大大提高了光爆效果，加快了隧道的施工進(jìn)度[5-8]。

3)噴混凝土采用濕噴機(jī)械手，不僅能縮短初期支護(hù)時間，更重要的是噴混凝土質(zhì)量要遠(yuǎn)高于干噴工藝[9-11]。

4)合理的通風(fēng)系統(tǒng)是實現(xiàn)長大隧道快速施工的重要保障。

5)資源配置到位，并合理的組織管理，為隧道的快速施工提高了保障，并可以促進(jìn)施工文明有序、健康環(huán)保和優(yōu)質(zhì)高效。

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