軟弱圍巖無軌平導快速施工技術

劉 傳，劉艷倉

(中鐵隧道集團四處有限公司，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隧道位于云南省宣威市境內，進口里程DK300+387，出口里程D1K312+601，全長12 214 m。設計為雙線隧道，最大埋深約220 m，地質條件差，隧道區域發育6條斷層和1個向斜。隧道進、出口均2次下穿既有貴昆線，隧道中部1#斜井工區約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;隧道出口2#斜井工區通過淺埋偏壓段、田壩向斜和小溝斷層，從田壩水庫旁經過，分別下穿樂豐鄉政府、樂豐鄉鎮、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#斜井工區穿越煤系地層，所屬圍巖為膨脹性軟巖，施工進度緩慢，導致出口段工期壓力很大。為緩解1#斜井工區壓力，滿足工期要求，根據進度指標，于2#斜井工區D1K309+338處增設1 900m迂回平導。迂回平導位于線路右側，其中線與隧道左線線路中線間距為35 m，平導共設置13—17#共5個橫通道(正向橫通道3處，反向橫通道2處)，各橫通道與平導均以40°相交。迂回平導與正洞平面位置關系見圖1。

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

1.2 平導設計概況

三聯隧道平導設計為無軌運輸單車道斷面，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Ⅳ級圍巖地段采用拱墻格柵鋼架加強支護，格柵鋼架縱向間距1.2 m;Ⅴ級圍巖地段采用拱墻格柵鋼架及拱部φ42超前小導管加強支護，格柵鋼架縱向間距1.0 m，小導管縱向間距2.0m，環向間距0.4m，每環22 根，每根長3.5m。拱墻采用錨、網、噴系統支護: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鋼筋網片;15 cm厚C20噴射混凝土。底板為20 cm厚C20現澆混凝土。平導橫斷面見圖2。

2 前期施工情況及原因分析

2.1 前期施工情況

迂回平導采用全斷面鉆爆法施工。利用汽車制造移動式多功能臺架，配合人工手持風鉆鉆眼裝藥爆破，ITC312SL挖裝機配合5臺自卸汽車出碴。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 YT－28風動鉆機，其中2臺備用;ITC312SL挖裝機為雙動力全液壓履帶式隧道挖掘裝載機，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)，最大運輸方量(松方)為12.25 m3;噴射混凝土采用2臺SSP－7型濕噴機，最大生產能力為7 m3/h。因受斷面高度的限制，底板采用4m小棧橋施工。

迂回平導施工段為砂巖夾泥巖、頁巖，水平產狀，局部地段為泥巖，節理發育，含有少量滲水，圍巖開挖后短時間內風化掉塊，自穩能力很差，必須控制開挖進尺并及時封閉初期支護。因設計拱架間距為1.2 m，確定循環進尺為2.4 m。

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

迂回平導于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，加上新進班組對施工不熟悉，5月掘進僅92 m(其中17#橫通道47 m)，平均循環時間19.5 h，日進尺為2.95 m;6 月掘進僅121 m，平均循環時間 14.3 h，日進尺為4.03 m;7月掘進僅137 m，平均循環時間13.03 h，日進尺為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，設計高跨比不合理，加之底板不能及時跟進封閉成環，導致平導35 m范圍拱腳失穩，產生內踢腳趾［8］，處理變形50 d。截至2010年10月1日，共完成395 m，實際施工100 d，平均每月118.5m，每天施工3.95 m，循環時間 14.5 h。按上述進度推算將滯后工期4個月，遠遠不能滿足工期要求。

2.2 影響因素及原因分析

因受斷面凈空、施工組織、設計缺陷、資源配置及管理控制等各方面影響，致使平導前期進度極不理想，工期壓力越來越大，成本及工期風險很大。

2.2.1 作業空間因素

楊偉東在優酷供職5年，被譽為“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，任諾基亞大中國區市場營銷總監。2013年3月份，受古永鏘邀請加入優酷土豆，先后擔任優酷土豆集團高級副總裁、土豆總裁。2015年11月30日，楊偉東擔任優酷土豆BG聯席總裁，2016年5月份升任合一集團總裁。2016年9月20日，兼任阿里音樂CEO。

迂回平導凈空斷面狹小，人員設備作業空間受到很大限制。開挖鉆孔作業臺架上、中、下3層人員數量與鉆孔數量不對等，導致中、下層效率較低;凈空高度不足導致底板棧橋一次施工長度有限，致使底板進度無法滿足開挖進度需求，導致嚴重落后;單車道斷面會車距離較長，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 地質與設計因素

迂回平導設計1900m，其中Ⅴ級120m，Ⅳ級1780m。穿越底層為砂巖夾泥巖、頁巖，水平產狀，巖質為軟巖，局部地段為全泥巖、頁巖，經短時間風化和車輛反復碾壓，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。

迂回平導斷面設計為直墻曲拱斷面，高跨比較大，容易引起邊墻失穩［9］;格柵拱架設計厚度僅為12 cm，且無鎖腳錨桿，初期支護無法抵抗圍巖壓力;占施工段94%的Ⅳ級錨噴段無超前支護，導致拱頂掉塊嚴重，超挖較大，噴漿回填時間很長;底板設計為C20混凝土，厚20cm，基底為軟弱圍巖，加上重載車輛的反復碾壓，短時間內底板斷裂破碎，嚴重影響車輛正常通行。

2.2.3 施工組織因素

會車道設置距離為475 m，出碴汽車會車和倒車時間較長;立拱和錨網無平行作業，往往是立拱和網片作業完成后才開始錨桿鉆孔作業，且系統錨桿鉆孔人員不足，增加作業時間;各工序無搭接施工，人員積極性較差，作業效率較低。

3 快速施工優化措施

經過現場近1個月的調研，充分考慮各種影響因素及可以改進的施工工藝等，對施工進行優化。經過7個月的驗證，實施效果非常明顯，施工進度大幅度提升，連續6個月月進度均超過210 m，其中最快月進度超過235 m。

3.1 優化作業臺架

為進一步增大作業空間，增加作業人員，將作業臺架車進行優化改進。一是增加臺架兩側作業空間，減小門框間距，將中、下臺架開挖人員各增加為4人;二是作業臺架長度由4m加長至5 m，使立拱和錨桿鉆孔作業可以平行進行。作業臺架優化見圖4。

3.2 優化設計

見圖5。

1)優化超前支護和鎖腳錨桿。圍巖全部為砂巖夾泥巖、頁巖，水平產狀，拱部極易出現掉塊，Ⅳ級圍巖地段在拱部范圍內增加φ42小導管超前支護，2.4 m/環，每環20根，環向間距35 cm，每根長3 m;為徹底避免因腳趾下沉導致拱架變形，除按設計設置墊腳槽鋼外，每個腳趾增加2根φ42小導管作為鎖腳錨桿，增加腳趾的穩定性，有效地控制了因高跨比不合理產生的踢腳現象。

2)12 cm格柵拱架優化為I14工字鋼架。一是加工效率高，能夠滿足進度需要;二是質量有保證，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)增設小邊墻。底板設置50cm×30cm(高×寬)的小邊墻，小邊墻采用C20混凝土澆筑，邊墻內設置2根φ12拉通水平筋及φ16接茬筋。小邊墻的設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。

4)優化會車道。大小會車道交錯布置，會車道間距為200 m。大會車道長 28 m，設置調頭洞室和ITC312SL挖裝機停放位置;小會車道長12m，僅提供2輛車會車，會車道凈寬7.0 m。如此設置既減少了工程量，又能滿足車輛通行需要，實現快速施工。

圖4 作業臺架優化圖Fig.4 Optimized working platform

3.3 優化施工工藝

見圖6。

1)優化拱架連接工藝。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)優化底板施工工藝。采用洞外預制混凝土塊(100cm×50cm×30cm)鋪設行車通道，其余底板及水溝采用C20混凝土鋪設。針對基底較軟地段，鋪設預制塊前先用噴漿料換填，確保基底穩固。鋪設時間安排在沒有車輛通行的立拱工序，每天鋪設長度與開挖保持一致。

3.4 加強細節管理

在施工過程中注重施工細節的思考和優化，不斷總結經驗，尋求簡易、高效、實用的施工技巧，從而保證施工安全、質量和進度。如在高壓風管設置“H”型排水裝置，有效地控制了高壓風含水量，避免了噴漿堵管現象;施工方向采用雙側激光控制及“曲線直走”的思路，充分利用激光指向的簡便性，減少了測量放線的時間;接頭螺栓上緊后采用焊機電焊，避免了鉆孔抖動致使螺栓脫松現象;拱部拱架采用大小拱交錯設置，使拱架接頭錯開拱頂中線的受力集中點，既減少了拱架接頭數量，又確保了施工質量。

4 優化效果

從2010年11月開始實施優化措施，經過1個月的現場施工調整和技術優化，從2010年12月起迂回平導施工進度得以大幅度提升。2011年3月的3 d循環時間進度對比分析見表1。2010年12月至2011年5月施工進度見表2。通過表1和表2可以說明，優化后的迂回平導在軟弱圍巖下達到快速施工，取得了較好的效果。

表1 工序循環時間分析表(2011年)Table 1 Analysis on cycle time in 2011

表2 月進度分析表Table 2 Analysis on monthly advance rate

5 結論與討論

三聯隧道通過增設無軌平導并采取一系列工程措施，實現了快速打開多個工作面，確保了進度要求，給長大隧道無軌運輸小斷面平導施工提供了可靠的依據;但在施工過程中仍然存在一些問題，制約著平導進一步提高施工生產效率。

1)ITC312SL挖裝機為德國原裝進口設備，出碴效率較高，設備經久耐用;但一旦出現故障，所有配件必須從國外進口，短時間內很難修復，維修成本較高。在出現故障期間，采用裝載機出碴效率非常低，采用臨時增加雙車道，既增加工作量又增加施工成本。

2)在增加正洞工作面后，平導運輸量急劇增加，行走機械調度困難，特別是全部工作面同時進行出碴作業時，容易導致多個作業面窩工［10］。

3)距離掌子面30 m范圍內未鋪底地段，基底為泥巖、砂巖夾頁巖，巖性較軟，在重車的反復碾壓下，泥化現象嚴重，車輛經常陷入基底，影響車輛通行。

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