滇西地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)研究

曲登殿

（中鐵二十一局集團(tuán)有限公司 甘肅蘭州 730070）

1 引言

祥云隧道位于三江褶皺帶推覆體構(gòu)造中部，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，開挖后掌子面圍巖多變，施工中頻繁轉(zhuǎn)換開挖方法，管理難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工進(jìn)度慢。隧道圍巖對隧道施工安全、進(jìn)度起決定性作用。對隧道工程建設(shè)者來說，最關(guān)心的問題則是開挖后圍巖的穩(wěn)定程度。本文對圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行研究，確定隧道開挖后圍巖自穩(wěn)時(shí)間，在圍巖自穩(wěn)時(shí)間內(nèi)完成支護(hù)，可以減少圍巖的變形、坍塌，為施工提供安全保障。

2 工程概況

祥云隧道位于廣大鐵路祥云縣境內(nèi)，隧道全長6 940 m，最大埋深430 m。隧道施工區(qū)域主要巖性為玄武巖、凝灰?guī)r、砂巖、炭質(zhì)頁巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r、輝長巖等。在區(qū)域性深大斷裂活動影響下發(fā)育有小溝斷層、朝陽村斷層、上北邑?cái)鄬?、二臺坡1＃斷層等斷裂構(gòu)造，次級構(gòu)造發(fā)育，層間構(gòu)造破碎帶多見，多期次侵入巖呈不規(guī)則穿插侵入，蝕變作用強(qiáng)烈，圍巖在構(gòu)造作用下裂隙發(fā)育，軟弱破碎，穩(wěn)定性極差。

3 圍巖穩(wěn)定性研究

通過巖石流變試驗(yàn)［1］確定圍巖變形特怔，結(jié)合有限元計(jì)算，獲得祥云隧道圍巖自穩(wěn)時(shí)間：掌子面圍巖開挖后穩(wěn)定時(shí)間為4.5～14 h，仰拱初支未閉合成環(huán)穩(wěn)定時(shí)間15～16 d。各種圍巖條件下穩(wěn)定時(shí)間見表1。

表1 隧道圍巖穩(wěn)定時(shí)間

4 施工方法及工藝措施

4.1 施工方法選擇

根據(jù)圍巖自穩(wěn)時(shí)間，本項(xiàng)目采用三臺階施工方法，通過確定各工序時(shí)間，使初支封閉控制在圍巖穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)［2］，達(dá)到施工安全目的。

4.2 工序循環(huán)時(shí)間分析

鋼架間距0.8 m，一次開挖1榀、2榀鋼架工序循環(huán)時(shí)間見表2～表3，施工縱斷面見圖1，施工流程見圖2，施工橫斷面見圖3。

圖1 施工縱斷面

圖2 施工工藝流程

圖3 施工工序橫斷面

表2 一次開挖1榀鋼架間距工序循環(huán)時(shí)間

表3 一次開挖2榀鋼架間距工序循環(huán)時(shí)間

4.3 操作要點(diǎn)

（1）臺階設(shè)置及開挖臺架要求

上臺階：開挖高度為3.4 m，臺階長度3～5 m。

中臺階：開挖高度為2.8 m，臺階長度4～6 m。左右兩側(cè)錯(cuò)開開挖，縱向錯(cuò)開距離2～3 m，左側(cè)開挖寬度10.5～11 m，右側(cè)開挖寬度2.5～3 m（寬臺階布置在圍巖軟弱側(cè)）。

下臺階：開挖高度為2.8 m，臺階長度6～18 m。左右兩側(cè)錯(cuò)開開挖，縱向錯(cuò)開距離2～3 m，左側(cè)開挖寬度10.5～11 m，右側(cè)開挖寬度2.5～3 m（寬臺階布置在圍巖軟弱側(cè)）。

簡易小型開挖臺架高1.7 m、長4.5 m、寬6 m，采用 16型鋼加工。

（2）施工準(zhǔn)備

施工開始前對作業(yè)人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)并達(dá)到熟練工要求，作業(yè)人員數(shù)量滿足施工要求；調(diào)試高壓風(fēng)、水、電，準(zhǔn)備施工所需材料、場地和機(jī)械設(shè)備，施工設(shè)備數(shù)量、完好率滿足施工需要；測量放樣超前支護(hù)孔位、開挖輪廓線。

（3）超前支護(hù)

通過超前管棚或小導(dǎo)管注漿改變圍巖狀況及穩(wěn)定性［3］。漿液注入軟弱、松散地層或含水破碎圍巖裂隙后，能與之緊密接觸并凝固延長圍巖穩(wěn)定時(shí)間，改善開挖后、支護(hù)前圍巖穩(wěn)定狀況。

（4）上、中、下臺階開挖

在超前支護(hù)防護(hù)下，弱爆破后開挖上、中、下臺階①、②、③、④、⑤部，采用Y-28型風(fēng)動鑿巖機(jī)開挖，上臺階開挖7人、中臺階開挖7人、下臺階開挖3 人，共 17 人［4］。

（5）上臺階扒渣

上臺階①部開挖結(jié)束后，采用挖機(jī)對上臺階①部的頂部及周邊排危，清理渣體至中臺階②部。

（6）上臺階立架、中臺階扒渣、中臺階立架、下臺階扒渣

上臺階①部排危、扒渣結(jié)束后平整運(yùn)輸通道，裝載機(jī)搬運(yùn)開挖臺架、型鋼鋼架等材料至上臺階①部并組織5人開始立架；挖機(jī)繼續(xù)清理中臺階②、③部渣體至下臺階④、⑤部，中臺階②部預(yù)留部分渣體作為開挖臺架運(yùn)輸通道和噴砼作業(yè)平臺。中臺階②、③部渣體清除完成后開始立架；挖機(jī)配合裝載機(jī)清理下臺階④、⑤部位置渣體至隧道中線位置，并平整場地，作為下臺階噴砼場地，多余渣體在上、中臺階立架時(shí)安排出渣。

（7）上、中臺階噴砼、下臺階立架、下臺階噴砼

上臺階①部和中臺階②、③部同時(shí)組織噴砼；噴砼開始時(shí)上、中臺階立架人員下撤至下臺階進(jìn)行立架作業(yè)。上臺階①部噴砼封頂時(shí)和中臺階②、③部噴砼結(jié)束后人員設(shè)備周轉(zhuǎn)至下臺階④、⑤部噴砼。

（8）清理斷面

采用1臺挖掘機(jī)清除上臺階①部噴砼回彈料至中臺階②部，并平整運(yùn)輸通道；裝載機(jī)搬運(yùn)開挖臺架至①部，上臺階①部準(zhǔn)備開挖，挖機(jī)繼續(xù)清理中臺階②、③部回彈料至下臺階④部，中臺階預(yù)留部分渣體作為開挖結(jié)束后開挖臺架下撤運(yùn)輸通道回填用渣。上、中臺階①、②、③部開挖時(shí)間下臺階④、⑤部開始采用挖機(jī)配合裝載機(jī)進(jìn)行部分渣體出渣。

4.4 工藝特點(diǎn)分析

本施工方法以上斷面施工循環(huán)為關(guān)鍵線路，中、下臺階平行流水作業(yè)［5］，出渣不占用工序循環(huán)時(shí)間，與超前支護(hù)、開挖、立架平行作業(yè)。仰拱封閉在15 d內(nèi)完成，仰拱距離掌子面分別為32 m、37 m，滿足安全步距要求，做到了分部開挖、全斷面推進(jìn)［6］，保證了施工安全。

4.5 施工組織控制要點(diǎn)

（1）嚴(yán)格控制臺階開挖長度和高度［7］，實(shí)現(xiàn)上中下三臺階同時(shí)開挖、同步推進(jìn)。

（2）認(rèn)真落實(shí)“內(nèi)部三檢制”，及時(shí)糾正出現(xiàn)的問題，確保工序質(zhì)量一次性驗(yàn)收合格［8］。

（3）各工序開始前人員、材料、設(shè)備必須到作業(yè)面附近準(zhǔn)備，做到工序零銜接、負(fù)交接［9－10］。

（4）交叉作業(yè)時(shí)要及時(shí)安排人員、設(shè)備、材料就位，必須做到一崗雙責(zé)，能組織施工、能及時(shí)制止不安全行為。

（5）挖機(jī)、裝載機(jī)、空壓機(jī)、砼運(yùn)輸車等大型設(shè)備需定期保養(yǎng)、維修，確保設(shè)備完好率符合作業(yè)要求［11］。

5 應(yīng)用情況

祥云隧道于2012年12月開工，2017年6月完工。施工過程中應(yīng)用“基于圍巖自穩(wěn)時(shí)間三臺階施工方法”解決了施工方法頻繁轉(zhuǎn)換、資源配置不穩(wěn)定、隧道塌方、變形等影響施工進(jìn)度的諸多問題，保證了施工安全及質(zhì)量，減少了施工人員及設(shè)備投入，施工進(jìn)度明顯提升，Ⅴ級圍巖施工進(jìn)度由原來的40 m/月提升到64 m/月；Ⅳ級圍巖施工進(jìn)度由原來的55 m/月提升到74 m/月，取得了良好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)束語

針對不同的圍巖地質(zhì)條件，選擇合適的施工方法是隧道施工成敗的關(guān)鍵。滇西地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，建議隧道施工固化施工方法［12］，避免頻繁轉(zhuǎn)換?；趪鷰r自穩(wěn)時(shí)間的三臺階施工方法，在各個(gè)工序的施工中加入時(shí)間要素，通過對工序時(shí)間的控制，做到了復(fù)雜地質(zhì)條件下的快挖、快支、快成環(huán)，為同類地質(zhì)條件下的隧道施工提供了參考。