長大隧道快速施工技術探討

魏 二 劍

(三門峽職業技術學院建筑工程學院，河南 三門峽 472000)

0 引言

在鐵路、公路工程建設中，長大隧道工程頻頻出現，而長大隧道往往是一個項目乃至一條線的重點控制工程，長大隧道的快速施工是實現工期目標的關鍵[1-3]。然而，在嚴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，依靠科技創新、優化施工技術和工藝、加強施工組織管理等措施，實現長大隧道快速施工的實踐來探討長大隧道快速施工技術。

1 工程概況

某隧道起始于福建省閩清縣桔林鄉四寶村，終止于閩清縣東橋鎮橫溪坑電站西南側的陡坡上，設計行車速度350 km/h的高速鐵路雙線隧道，正洞設計起訖里程為DK745+065～DK755+596，隧道全長10 531 m。本隧道設置斜井一座，出口平導一座：桔林斜井位于線路前進方向左側，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；出口平導位于線路前進方向左側，與隧道正洞交于DK753+300里程處，洞身坡度與正洞一致，為0.9%，平導長2 138 m，平導除與正洞交點處外，另設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，隧道地質主要為凝灰巖、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、高地應力(堅硬圍巖易產生巖爆)、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控制工程，為確保施工總體目標和投標承諾的實現，該隧道必須在保證質量的情況下，加快施工進度。

2 施工組織管理

隧道施工作業空間小、通道窄、出入口少等特點均不利于人力、物力等資源的展開，實現快速施工需要更細致嚴密的施工組織管理，創造文明有序的施工環境，最大限度地利用有限的空間，確保先進技術的有效發揮。

2.1 人員配置

為適應快速施工的要求，減少管理鏈條，保證決策快速執行，該隧道分為進口、桔林斜井、出口、出口平導四個工點，其中每個作業面配置開挖、支護、噴漿、防排水、鋼筋、木工、車輛、通風、電工、雜工等班組，滿足各作業面24 h施工需要。

2.2 施工設備配置

考慮到工程情況、施工單位的生產習慣和其他情況，設備配置主要應該從實用、配套，注重效益等出發考慮。該隧道主要施工設備配置包括135 kW軸流通風機、SDS射流通風機、22 m3/min空壓機、TK500濕噴機等。

2.3 施工組織

隧道按噴錨構筑法原理組織施工，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。洞內運輸采用無軌運輸方式，正裝側卸式裝載機配合自卸汽車出碴。通過對測量、爆破、裝運、通風、供水、供電、人力、設備等各個有關環節的不斷優化，開挖循環時間得到了很大的縮短，創造了單炮循環時間最低3 h 50 min、單日進尺最高11.2 m的好成績。

3 施工技術的改進和創新

理順施工組織管理后，施工進入良性循環，施工技術的應用有了良好的發揮空間，這時就需要對各工序的施工工藝進行改進和提高，進一步加快循環速度，加大循環進尺，使整個施工流程快速運轉。

3.1 鉆爆技術

鉆爆作業是隧道施工控制工期、保證開挖輪廓的關鍵。由于該隧道處于山區，隧道穿越地區無居民及需要保護的建筑物，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，減少了炮眼數量，縮短了鉆爆時間；產生的臨空面大，為后續段爆破創造了條件；掏槽充分、進尺好、炮眼利用率高；單炮循環進尺由原來的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)爆破網路按梯型原理進行設計，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^差而補炮。

3)周邊優選用低爆速的炸藥，藥卷直徑為25 mm，進行間隔裝藥，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、運輸

經現場實測，出碴時間取決于兩臺裝載機裝碴的時間，采用2臺柳工ZL50C裝載機(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臺運輸車輛的運輸能力可以保證兩臺裝載機裝碴不間斷，同時配置1臺日立ZX330-3型挖掘機(1.3 m3)扒碴清底。

在這個過程中嚴格執行裝載機、自卸汽車、挖掘機的設備管理、使用和維修保養制度、修理工人的崗位責任制和操作規程，確?，F場設備的維修保養，實現有章可循，規范管理。

3.3 初期支護

針對支護與開挖的相互影響，項目部采取優化設計方案、平行作業、優化施工工序等措施。

1)隧道采用芬蘭進口Normet spraymec 7110 WPC型機械手濕噴機噴漿，回彈量較干噴大幅減少，施工速度快，混凝土強度均勻，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，初期支護落后掌子面8 m左右，每天根據開挖情況安排噴漿支護；在Ⅲ級地段，先初噴一層3 cm厚混凝土，再打錨桿掛網噴至設計厚度。在圍巖較差地段，采用錨網噴—鋼架聯合支護。并且在掌子面開挖與支護各使用一個操作臺架，打錨桿支護時不影響開挖鉆孔作業。

3.4 通風技術

對目前獨頭掘進的特長鐵路隧道，通風已成為影響隧道施工的重要因素。以該隧道出口及平導為例：

1)該隧道出口及平導通風系統采用平導作為新鮮空氣通道，主洞作為排除污濁空氣和運輸通道，由平導內的軸流風機向掌子面送風，主洞4臺射流風機出風的循環通風系統。

2)在平導與主洞交叉口處設置風門，平導PDK0+050處設置2×185 kW軸流風機送風至掌子面。

3)主洞內設置4臺射流風機，將主洞內的污濁空氣排出洞外。

4)同時在掌子面開挖臺架上設置一臺射流風機向掌子面送風、分別在兩臺二襯臺車前方設置射流風機向二襯施工段供風，加強通風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范圍內設置2×132 kW軸流風機，作為備用風機。當主洞洞口排煙不暢時，啟用該風機向洞外抽排污濁的空氣。

4 實施效果

該隧道通過的地區經歷多期構造、變質、巖漿活動及混合巖化作用，地質構造和地層巖性十分復雜給隧道掘進增加了極大的困難。但項目部在加強施工組織管理和施工技術優化的情況下，連續三個月分別打出了189 m,208 m,216 m的好成績；單炮循環時間最低3 h 50 min；單日進尺最高11.2 m，實現了長大隧道的快速施工。

1)光爆效果達到優良標準，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，較好地段達到95.8%；炮眼痕跡保存率：拱部達到94%以上，邊墻達到90%以上。

2)初期支護按設計要求施工，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，強度滿足設計要求。

3)本工程施工過程中未發生一例安全事故。

5 結語

1)確定合理的施工方案，并在施工過程中不斷優化改進，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、爆破網路按梯型原理進行設計等鉆爆技術工藝的改進大大提高了光爆效果，加快了隧道的施工進度[5-8]。

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

4)合理的通風系統是實現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，并可以促進施工文明有序、健康環保和優質高效。

[1] 鄧 勇.我國長大隧道施工發展趨勢探討[J].鐵道建筑技術，2009(11)：72-75.

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