公路隧道地下風機房洞室群施工技術

郭永軍

（晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600）

隨著我國高速公路建設事業迅速發展，與之相隨的長隧道、特長隧道、隧道群相繼出現，公路特長隧道中，為滿足運營的通風要求，需修建大型風機房，為了保護地面植被及日后運營維護，風機房普遍設為地下。地下洞室群施工目前在國內公路領域應用較少，技術還不成熟，而在水電、國防工程中應用較多，地下風機房有斷面多、跨度大、結構復雜、洞室交叉多、群洞效應明顯等特點，施工比較困難，如何通過加強洞室群施工技術，選擇合理的施工方法，來提高施工進度、安全、質量具有重要的意義。

1 工程概況

和榆高速云山隧道全長11 440 m，設計為分離式隧道，因隧道穿越孟信惱自然保護區，通風1號豎井、3號斜井采用地下風機房。地下風機房洞室較多，洞室群斷面形式多，且形狀不規則。其埋深200～500 m，和榆高速云山隧道3號斜井地下風機房，有聯絡排風道、聯絡送風道、地下風機房、地下變電站、檢修通道、運輸通道、逃生通道共10道，各通道間最小凈距為9.2 m。洞室相互交叉、斷面變化大，施工干擾大，開挖技術難度突出。

2 洞室群開挖

由于洞室斷面小，最小凈寬僅為2.5 m，最大凈寬12.5 m，無法用鑿巖臺車，只能使用YT-28風動鑿巖機配合施工臺車，洞室群錯綜復雜,相鄰兩洞室間距較小，爆破擾動大，為減小洞室間的相互干擾，主要從兩個方面加以控制：一是減少振源的爆炸能量,二是阻斷或減弱地震波的疊加。在施工中采用光面爆破。

2.1 減少振源的爆炸能量

從減少炸藥量的角度考慮，在隧道開挖施工中能做到減少單次起爆炸藥量的措施有以下幾個方面：

a)選取低威力、低爆速的炸藥，減少炸藥能量，現場采用2號巖石乳化炸藥；b)控制開挖進尺，減小單次起爆藥量；c)采用上下臺階法開挖，進一步減少單次起爆藥量；d)采用水壓爆破，清孔后，先將炮孔內放入1節水袋墊底（約15 cm），然后根據設計的單孔裝藥量裝填炸藥，炸藥裝好后，再裝填4節水袋（60 cm），最后裝填炮泥堵塞封口。

2.2 阻斷或減弱地震波的疊加

從干擾或者阻斷地震波傳播的方面考慮，在隧道開挖施工采取以下措施：

a)選取合理的爆破間隔時間，避免爆破震動波的疊加；b)采用光面爆破技術，采取不耦合裝藥，減弱地震波的疊加；c)在周邊眼的基礎上加打不裝藥的空眼，作為減震和光爆導向眼，減少對圍巖擾動，阻斷地震波的傳播[1]。

3 洞室群出渣

小洞室出渣傳統一般采用小型裝載機出渣，在先期施工中同樣應用廈工C30小型裝載機裝渣，時間較長，效率較低；隨著后續施工選用了日立EX33型斗方量為0.4 m3小挖掘機代替裝載機進行裝巖。并對這兩種裝巖設備的各項指標進行了比較，最終得出采用挖掘機裝巖，從效率和節約成本上都遠遠優于裝載機，同時也為確保爆破斷面質量，處理危石，方便后續初期支護的施工提供了保障。在每一循環爆破后必須將洞室斷面清理干凈，在小洞室施工中，清理斷面工作是一項費時費力的工作，受洞室作業面狹窄條件限制，一般使用人工配合清理，需安排6～8名作業人員，最短3 h才能完成。使用小型挖掘機處理后，清底工作只需安排2人輔助小型挖掘機裝巖，1 h即可完成，大大提高了工作效率，加快了施工進度，挖掘機還承擔清理周拱頂危石工作，排除安全隱患，確保洞室下道工序施工安全。

4 洞室群支護

洞室凈空小，設計中初期支護無鋼支撐，初期支護為C25噴射混凝土18 cm，二次襯砌C30模筑混凝土20 cm。為減少工序、節約成本，經論證，同意采用C30鋼纖維混凝土代替原設計初期支護和二次襯砌。該合同段使用噴射鋼纖維混凝土，經過試驗室拌合試驗確定配合比為：水泥∶硅粉∶砂∶石∶水∶鋼纖維∶減水劑=396∶34∶852∶818∶215∶35∶5.6。其中速凝劑摻量為6%,25.8 kg/m3。本設計C30鋼纖維噴射混凝土是在噴射混凝土拌合物中摻入35 kg的優質鋼纖維，鋼纖維采用佳密克絲品牌，嚴格按照先加入粗骨料，再加入鋼纖維和粗骨料一同攪拌至少1 min，然后加入細集料、膠凝材料、減水劑和水一同攪拌至少2 min，總計攪拌時間不小于3 min，不超過4 min。經過拌合后，鋼纖維均勻地分布于混凝土中，與混凝土形成較大的接觸面，從而增強了混凝土的抗拉、抗剪、抗彎強度及耐磨、抗沖擊、抗裂等特性，達到在地下工程中普通混凝土難以滿足的技術要求指標[2]。

表1 濕噴鋼纖維混凝土室內力學性能試驗成果表

表2 現場取芯力學性能試驗成果表

傳統的施工支護方式為先用噴射混凝土臨時支護，然后用混凝土或鋼筋形成二襯混凝土襯砌。這種支護方式不僅成本高而且施工時間長，尤其是地質條件復雜多變的斷面上，增強了安全施工保障系數。濕拌鋼纖維噴射混凝土很好地解決了早期噴射混凝土耐久性及襯砌承載能力差的問題，特別是混凝土水灰比穩定、可控，并在混凝土中摻入了適量的硅粉和鋼纖維，增強了耐久性、襯砌承載能力及與圍巖的黏結力。

經過云山隧道3號斜井地下風機房、送排風通道、聯絡通道、逃生檢修通道實際應用效果觀測分析，同類圍巖小洞室群施工永久支護采用鋼纖維噴射混凝土與整體襯砌比較，前者比后者開挖數量減小，模筑混凝土數量減小，節省了襯砌臺車及模板的投入，變多工序作業為一次性作業，減少了人力、設備的投入，同時采用鋼纖維噴射混凝土可大幅度降低工程投資，加快了施工進度，經濟效益明顯，應用于隧道內小洞室的永久支護效果明顯。

5 效果評價

a)控制洞室群開挖關鍵是掏槽，掏槽的效果直接影響到整個的爆破效果和洞室襯砌支護質量，掏槽爆破的作用是形成槽腔，為爆破創造補償空間和自由面。掏槽爆破是在一個自由面的條件下發生的，受巖石的夾制作用比較大，并且單位藥量也較大，所以掏槽爆破產生的地震效應也最明顯。掏槽形式主要分為：楔形掏槽、扇形掏槽和大直徑中空直眼掏槽，3種爆破掏槽方法各有優缺點，適用于不同斷面和圍巖類型，本隧道洞室群根據圍巖變化和洞室斷面空間使用適合的掏槽爆破方法。掏槽形式及優缺點見表3。

表3 掏槽形式及其優缺點

b)為了保證隧道洞室群的施工彼此不受影響，加快施工進度。采用震動測試儀，對洞室群周壁圍巖進行測試，監測結果見表4。

表4 爆破震動監測結果表

由表4可以得出，在監測過程中，3號斜井地下風機房開挖施工中先行洞室質點的監測震動速度小于震動安全標準。

由此可知，所采取的各項控制措施參數的選取滿足小凈距洞室爆破安全要求。

6 結論

隧道地下風機房洞室群在施工過程中要選取合理的爆破參數，采用隔洞爆破，利用已施工完畢中間洞室抵消爆破產生的震動，減小小凈距隧道洞室群應力疊加，并進行必要的監控量測，可避免震動疊加。在軟弱圍巖地段必須加固中間巖體，控制圍巖的變形和松弛，確保施工安全，創造較好的經濟效益。