木寨嶺隧道泥巖夾砂巖段快速施工技術研究

吳發展

（中鐵隧道集團有限公司，河南 洛陽 471009）

木寨嶺隧道泥巖夾砂巖段快速施工技術研究

吳發展

（中鐵隧道集團有限公司，河南 洛陽 471009）

長大隧道在工程建設中往往起控制作用，最大限度地利用有限的空間，細致嚴密的施工組織管理，快速施工對提高施工效率有重要意義，對木寨嶺隧道泥巖夾砂巖地段快速施工進行了探討，結果表明：（1）快速施工的關鍵就是確保現場組織嚴密、工序緊湊，實現工序間的零交接，領工員是現場施工組織的核心。（2）連接筋采用套管連接，便于現場安設，節省了架立鋼拱架的時間，（3）通過建立循環時間考核機制，調動了工人積極性，既實現快速施工，又有效控制了施工成本。（4）臺階法實行平行作業，循環時間短，施工效率高，臺階快速封閉，有效控制了軟巖變形，實現安全快速施工。

鐵路隧道；兩臺階法開挖；標準化施工；快速施工

隨著道路交通的發展，長大隧道越來越多，長大隧道在工程建設中往往起控制作用，隧道施工空間小、不利于設備、物資等資源的展開，實現快速施工需要最大限度地利用有限的空間，保證先進技術的發揮，細致嚴密的施工組織管理，文明有序的施工環境，快速施工對提高施工效率有重要意義。陳科志［1］對軟巖隧道快速施工影響因素進行了研究，結合實際工程通過3D數值模擬了二臺階預留核心土法，論證了其可行性。陳慶懷等［2］根據武廣客專大斷面隧道V級軟弱圍巖情況，采取了CRD、雙側壁導坑、三臺階臨時仰拱工法比選，科學地選擇三臺階臨時仰拱法，加強施工管理，月平均成洞85m，為軟弱圍巖快速施工起到了示范作用。馮忠居等［3］針對有明顯流變特性的泥巖隧道，采用有限元分析軟件，環形開挖預留核心土法是合理可行的。快速施工要求隧道開挖后的斷面在盡可能短的時間內快速閉合，快速施工是提高軟弱圍巖隧道穩定性的基本要求。文中以木寨嶺隧道工程為例，對泥巖夾砂巖IV級圍巖地段快速施工進行了探討。

1 工程概況

蘭渝鐵路木寨嶺隧道位于甘肅省定西市，起于漳縣大草灘鎮止于岷縣梅川鎮，線路基本呈北南走向，坡度12.8‰，全長19020m。木寨嶺隧道為雙洞單線，正洞開挖面積80.77m2。隧道DK189+650～DK192+400段為泥巖夾砂巖（EMs+Ss），以棕紅色泥巖為主，含灰綠色團塊，泥質結構，泥質膠結，中厚層狀構造，固結成巖作用差，成份為粘土礦物，其中砂巖類夾層為中細粒結構，泥鈣質膠結，中厚層狀構造，固結成巖作用差，成份為粘土礦物，其中砂巖類夾層為中細粒結構，泥鈣質膠結，Ⅰ級軟石σ0= 400Kpa。

2 兩臺階法開挖

上臺階采用6把風鉆鉆孔，需風量為20m3/h，考慮到供風距離及風管中間由鋼管過渡到橡膠軟風管，風壓損耗較大，配備了兩臺型號為P950E-160kw的移動式空壓機，上臺階鉆爆破孔約55個，下臺階約40個，鉆孔深度1.3m。下臺階高度約4.5m，循環進尺1.2m，左右錯進，錯開1～2榀拱架，拱架接腿后進行鉆眼及錨桿施工。下臺階接腿、鉆眼時間短，上臺階施工時間長，因而人員、設備的組織以確保上、下臺階施工同時完成為關鍵。

施工中堅持“弱爆破、短進尺、早封閉、勤量測”的原則。每循環開挖爆破嚴格控制進尺，開挖進尺主要考慮拱架支護間距，一般1.0～1.5m，一次一榀拱架，做好拱架鎖腳處理，及時施做初期支護，以減少超挖，控制成本和噴混凝土作業時間。實踐證明，進尺越大，超挖越大，既不利成本控制，作業循環時間也會加大，進度并不能加快。

兩臺階法開挖的工序少，具有較好的安全性和地層適應性，便于施工組織和施工管理，施工速度快，可快速封閉成環，有利于控制隧道上斷面的沉降變形。相對空間大，可實施無軌運輸，發揮大型施工機械的效能，提高施工效率。開挖進度月均120～140m。

3 拱架標準化施工

裝配式拱架構件在隧道外加工成品，加工場集中加工，按設計單元尺寸下料分節焊接制作，試拼檢查拱架總裝尺寸符合要求后方可投入使用。

由于拱架連接在現場焊接一般不易達到要求，且費時，所以改變以前的搭接焊接工藝，特殊設計的套筒、連接筋方式（如圖1所示），減少了現場焊接工作量，壓縮了開挖作業循環時間，這是快速施工組織的技術之一。

圖1 鋼架套管連接圖

隧道拱架間縱向連接裝配式裝置包括套管和連接筋［4］。連接筋的兩端同向彎曲構成U型連接筋，且其兩端分別插入所對應的套管內；套管為兩個且分別固聯在兩個拱架的內側。套筒、連接筋的方式便于裝配、節約時間，連接牢固。解決了在拱架變形后，連接筋的焊接處易出現斷裂的問題，提高了拱架整體的支護能力。

4 平行作業

優化施工組織，重視細節管理，充分利用既有設備，增加勞動力投入，開創多工作面平行作業，控制各工序施工質量，執行標準化作業，在同一時間段內完成多個工序的施作，有效地縮短循環時間。

上臺階立拱、鉆眼、打錨桿與下臺階出碴、接腿、鉆眼、打錨桿同步進行［5］，上臺階扒碴是單工序作業，占用整體循環時間，上臺階架立拱部型鋼拱架、鋼筋網、錨桿施工初期支護時，下臺階出碴，即上臺階的初期支護與下臺階出碴實行平行作業，下臺階出碴不單獨占用循環時間。

在作業空間允許的情況下，配置多臺噴射混凝土機，壓縮噴射混凝土的時間，上、下臺階利用3臺混凝土噴射機同時作業，從而極大地壓縮了循環作業時間。

仰拱施工通過搭設仰拱棧橋，與掌子面的開挖工序同步，不占用整個工序循環的時間。為了保證運輸通暢，減少施工干擾，采用簡易棧橋單獨施工，棧橋由I30b工字鋼加工而成，長12m，單幅寬112cm，承重50T，每個掌子面配備2～3副棧橋。仰拱是隧道的薄弱部位，強調及時封閉，整體施做，采用全幅開挖，開挖混凝土灌注方式，仰拱緊跟開挖面有利于隧道快速封閉，控制沉降變形。

5 施工通風

通風是保證長大隧道快速施工的重要環節［6］，可改善隧道內作業環境，提高工作效率。為能盡快將洞內污濁空氣排出洞外，滿足掌子面作業對空氣質量要求，創造良好的作業環境，便于安全快速施工，采用壓入式通風方式。在洞外距離洞口大于30m的位置上風向布設大功率風機，無軌運輸情況下，選用大功率、高效能的通風機是關鍵，借助通風管將洞外的新鮮空氣壓入隧道內的工作面，壓入的新鮮空氣一方面直接稀釋了有害氣體濃度，另一方面增高洞內空氣壓力，促使洞內有害煙塵向洞外流動，降低了隧道掌子面工作環境的有害氣體和粉塵濃度［7］。

由專業隊伍進行現場施工通風管理和實施，配置的技術人員、通風工人經過培訓上崗，現場交班，通風方案的實施與調整由專業技術人員來完成。風管在施工空間允許的條件下，選用較大直徑和每節長度較長的，以降低風阻，減少風管接頭。風管的安裝做到平順，接頭牢固不漏風，減少管路沿程阻力和局部阻力。通風管理人員每天對風量、風速進行一次檢測，確保風量、風速符合要求。通風方案實施后，通過管路的進出口風量、通風阻力、工作面有害味氣體濃度變化的測試，檢查通風方案的效果。

6 工序協調

隧道快速施工追求的應是整體的速度［8］，各工序協調，上道工序不給下道工序留下隱患，轉序過程中出現的問題，追究前道工序施工和管理人員責任，保證下道工序順暢施工。單工序高速度而其它工序跟不上，將造成施工秩序混亂，不但實現不了快速施工，反會形成安全和質量隱患。

隧道施工受到作業空間的限制，各工序之間相互相互制約，平行或交錯作業只能有限度的組織實施，隧道開挖是制約工期的關健工序，但過快的開挖進度，造成支護、襯砌嚴重滯后，可能會造成施工步距超標，已開挖地段不能及時封閉，因此開挖、支護、襯砌三者必須做到協調發展［9］。

7 循環時間考核機制

根據每個作業面的圍巖類別、人員配備、開挖進尺，定出每個循環的作業時間和獎罰標準。循環時間以整工作面交接進行考核，交接在掌子面完成，做到零交接、零誤時。開挖進尺由測量人員收方，循環時間由領工員統計，調度室對循環時間進行考核。在額定循環時間的基礎上按節超每分鐘3元進行獎罰，循環獎當日簽認，每旬兌現一次，讓循環時間節約者受益，極大地提高了作業人員的積極性，起到了鼓勵和教育人的作用。工班為了節約循環時間，想方設法壓縮各個工序時間，如提前做好工序前的準備工作，盡量實行平行作業等，考核機制起到了以制度管施工的良性作用［10］，樹立起全心全意為了掌子面的觀念。

8 結論

1）快速施工的關鍵就是確保現場組織嚴密、工序緊湊，實現工序間的零交接，關鍵線路的主要工序配足人員及設備，縮短主要工序時間。領工員是現場施工組織的核心。

2）連接筋采用套管連接，便于現場安設，節省了架立鋼拱架的時間，確保了施工質量。

3）通過設立循環時間獎手段，調動了工人積極性，既實現快速施工，又有效控制了施工成本。

4）從應用效果看，臺階法實行平行作業，循環時間短，施工效率高，臺階法閉合時間短，臺階快速封閉，有效控制了軟巖變形，具有較好的地層適應性，能實現安全快速施工，是軟巖隧道快速施工中較好和可推廣的方法。

［1］ 陳科志.軟巖隧道快速施工影響因素研究［D］.北京交通大學，2012.6.

［2］ 陳慶懷，姜永濤.大斷面客專隧道軟弱圍巖快速施工探討［J］.隧道建設，2009（增刊）：18-23.

［3］ 馮忠居，朱登遠，彭小兵，等.泥巖隧道施工技術對圍巖的影響及其數值模擬分析［J］.公路，2013（12）：224-229.

［4］ 葛取平，劉傳文.全-強風化富水砂巖及含水砂巖隧道快速施工管理技術［J］.隧道建設，2009（增刊）：144-148.

［5］ 周乾剛，方俊波.烏鞘嶺隧道嶺脊段控制千枚巖大變形快速施工［J］.隧道建設，2007（4）：43-47.

［6］ 徐光和.長大隧道快速施工技術［J］.鐵道工程學報，2007（12）增刊：385-388.

［7］ 顧海波.長大隧道施工通風施工技術探析［J］.科技創新導報，2011（28）：75-75.

［8］ 胡守正.長大隧道快速施工途徑探索［J］.現代隧道技術，2003（8）：59-62.

［9］ 陳炳祥，易國華.長大隧道快速施工管理技術應用研究［J］.鐵道工程學報，2004（9）：32-36.

［10］吳志剛，王軍濤.客運專線隧道快速施工管理［J］.隧道建設，2007（增刊）：247-248.

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