淺埋暗挖大斷面隧道開挖支護(hù)機(jī)械化配套技術(shù)實(shí)踐

王世杰

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

高速公路和高速鐵路往偏遠(yuǎn)山區(qū)的延伸修建，隧道工程的施工已成為交通工程中的工程重點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定的需要，其策劃人員及設(shè)計(jì)單位會(huì)選擇使用隧道來減小行車?yán)@行距離及行車坡度。近些年來，淺埋暗挖法在工藝和硬件方面沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，施工仍以人工為主，這就需要為工程投入較大的人力資源。隨著勞動(dòng)力成本的不斷升高，淺埋暗挖施工作業(yè)法的弊端不斷表現(xiàn)出來，如：機(jī)械化不足，工作效率低的方面的問題，日均進(jìn)尺1.5～2.0 m；工作環(huán)境差，文明施工差；以體力勞動(dòng)為主，更多的質(zhì)量和安全風(fēng)險(xiǎn)；增加勞動(dòng)力成本。下面將以小龍伍苴隧道暗挖工程為例，對淺埋暗挖大斷面隧道的機(jī)械化改進(jìn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 工程概況

小龍伍苴隧道進(jìn)出口接路基，分離式雙線隧道。左線里程ZK227+035～ZK227+356，全長321 m，右線里程K227+020～ZK227+322，全長302 m。隧道左線位于半徑R=1440 m 的右偏曲線上，右線位于半徑R=1420 m 的右偏曲線上。隧道洞內(nèi)尺寸14.5 m×5.0 m，左線進(jìn)出口洞門分別為端墻式、偏壓端墻式洞門，右線進(jìn)出口洞門均為偏壓端墻式洞門。

1.1 水文地質(zhì)條件

小龍伍苴隧道址區(qū)地表水不發(fā)育，未見大的地表水體。隧址區(qū)地下水主要有第四系覆蓋層中的孔隙水和基巖中的裂隙水。第四系覆蓋層中的孔隙水主要賦存于碎石層中，接受大氣降水及地表水下滲補(bǔ)給，隨季節(jié)變化較大，受陡坡地形控制，孔隙水補(bǔ)給、排泄快基巖裂隙水主要賦存于基巖節(jié)理裂隙中，主要靠大氣降水及孔隙水下滲補(bǔ)給J 中溝等低洼部位以地下徑流形式排泄。

1.2 不良地質(zhì)

小龍伍苴隧道隧址區(qū)未見特殊性巖土發(fā)育。不良地質(zhì)主要為強(qiáng)震區(qū)。項(xiàng)目區(qū)地震基本烈度為VII 度為強(qiáng)震區(qū)，對隧道穩(wěn)定有一定的影響，應(yīng)采取相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)和抗震措施。

小龍伍苴隧道隧址區(qū)第囚系覆蓋層主要為更新坡積成因碎石，下伏基巖為自里系下統(tǒng)普昌河組砂巖、泥質(zhì)砂巖等。現(xiàn)將隧址區(qū)分布的土巖層由新至老描述如下。

（1）碎石：褐灰色，中密密實(shí)，粒徑大于20 μm 的顆粒含量約占總質(zhì)量的70%，粒徑一般20～40 mm，多呈棱角狀，母巖成分主要為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，泥質(zhì)充填，顆粒級配一般。該層廣泛分布于隧址區(qū)斜坡地段，層厚3.0～4.8 m。

（2）強(qiáng)風(fēng)化砂巖：灰黃色、黃綠色、黃褐色，彤、質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，巖質(zhì)軟，巖芯多呈砂狀，少量呈碎塊狀，巖體破碎。該層揭露厚度24.2～63.3 m。

（3）強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：紫紅色，原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄一中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀，巖質(zhì)極軟，巖體破碎。該層揭露厚度4.5～15.3 m。

（4）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：褐紅色，原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)軟，巖芯多呈砂狀，少量呈碎塊狀，巖體破碎。該層揭露厚度5.2～6.1 m。

1.3 圍巖分級

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及物探成果綜合分析后，將本隧道區(qū)圍巖分級按里程分段劃分為Ⅳ～Ⅴ級，其中Ⅳ級圍巖右幅50 m、左幅70 m；Ⅴ級圍巖右幅250 m、左幅251 m（表1）。

2 施工現(xiàn)場布置方案

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，隧道施工駐地就近設(shè)置，便于施工。施工便道與新建進(jìn)場道路，與隧道洞口、棄渣場等相接，駐地選址避開滑坡體地段、河道邊、水庫下游溝邊、山谷底、低凹處、取土場和未經(jīng)碾壓的棄土場、雷擊的區(qū)域等。

2.1 施工供風(fēng)

隧道進(jìn)口在右線右側(cè)設(shè)置空壓機(jī)房，安裝9 臺20 m3空壓機(jī)，用Ф250 mm 供風(fēng)鋼管分別接入左右線隧道內(nèi)，管道安裝在襯砌邊墻上。

2.2 施工供水

隧道進(jìn)口附近無自然水源可用，隧道攪拌站及隧道洞內(nèi)施工用水可從1#梁場內(nèi)采用地埋管道方式引接至攪拌站與洞口處并在攪拌站與洞口處分別新建一處儲(chǔ)水池。

表1 小龍伍苴隧道圍巖分級

2.3 施工用電及照明

通過與地方電力管理部門聯(lián)系，架設(shè)電力專線，在施工現(xiàn)場就近架設(shè)1 臺800 kA·V 變壓器，攪拌站、鋼筋加工場、洞內(nèi)施工用電均從該變壓器處架空線引入。洞內(nèi)架設(shè)380 V/220 V 三相五線系統(tǒng)，作業(yè)地段動(dòng)力線使用380 V 橡膠電纜，照明用電36 V，成洞地段和不作業(yè)地段照明采用220 V，洞內(nèi)供電線路安裝在風(fēng)水管路的另一側(cè)，分層架設(shè)，高壓在上，低壓在下；干線在上，支線在下；動(dòng)力線在上，照明線在下。洞身側(cè)上方安裝照明燈具。

2.4 混凝土攪拌站建設(shè)

混凝土攪拌站設(shè)置離進(jìn)口100 m 處，攪拌站占地面積5畝，設(shè)置1 個(gè)HZS75 型攪拌機(jī)，2 個(gè)水泥儲(chǔ)存罐，4 個(gè)料倉，1 個(gè)蓄水池、1 臺地泵，料倉均設(shè)置雨棚，場地均采用20 cm 厚C25混凝土硬化。

隧道施工駐地設(shè)置于攪拌站內(nèi)，按照50 人要求配置。生活區(qū)宿舍、食堂、衛(wèi)生間均采用簡易彩鋼板搭設(shè)，工人宿舍采用雙層彩鋼板房其他均采用單層板房。

2.5 鋼筋加工場

鋼筋、型鋼等加工、制作統(tǒng)一在鋼筋加工場進(jìn)行，鋼筋加工場設(shè)置在ZK226+820～-ZK226+860 段路基左側(cè)，與施工便道相接貫通。鋼筋加工場分為原材料存放區(qū)、加工區(qū)、半成品存放區(qū)，加工場占地2.5 畝（0.167 萬平方米）。加工場地基處理：先對原地面進(jìn)行清表，整平，壓實(shí)；然后分層填筑碎石土，并碾壓密實(shí)，整平；最后澆筑15 cm 厚C20 混凝土硬化層，對于場地內(nèi)車輛行走通道等部位，調(diào)整為20 cm 厚C25 混凝土硬化層。鋼筋原材、半成品存放采用H 形鋼作為支墊。鋼筋場整體采用固定式桁架雨棚遮蓋，雨棚長45 m、寬22 m、凈高12 m。

2.6 棄碴場

小龍伍苴隧道開挖土石方共計(jì)10.63 萬立方米，小龍伍苴隧道開挖的土石方均棄于1#碴場，1#棄渣場位于K225+000 左側(cè)30 m 處，占地85.6 畝（5.7 萬平方米），可棄方52.9 萬立方米；滿足施工棄方要求。

3 暗挖大斷面隧道開挖支護(hù)機(jī)械化配套施工技術(shù)

對隧道進(jìn)行支護(hù)作業(yè)的重點(diǎn)控制因素為機(jī)械設(shè)備和人工，這是進(jìn)行設(shè)備選型以及實(shí)現(xiàn)工程三大目標(biāo)的最重要因素，對隧道進(jìn)行支護(hù)初期的設(shè)備與技術(shù)研究，可以提高開挖效率和機(jī)械化程度。

3.1 施工機(jī)械設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比

隧道開挖施工是機(jī)械設(shè)備消耗最多的時(shí)期，對于該階段的機(jī)械選型進(jìn)行有針對性的研究，有利于項(xiàng)目機(jī)械化方面的快速發(fā)展。本工程按照“多工作面、大平行、小流量”的原則組織施工。施工高峰期為3 井主線開挖。開挖面最大開挖量為12 個(gè)。在這個(gè)時(shí)候，建筑設(shè)備和勞動(dòng)力的投資達(dá)到了一個(gè)高峰。因此，從作業(yè)時(shí)間、作業(yè)勞動(dòng)力、設(shè)備配置等方面需要進(jìn)行專題研究，以保障施工效率。

本工程對導(dǎo)洞1 和導(dǎo)洞2 的人力和設(shè)備投入進(jìn)行分析：①導(dǎo)洞1，共用人工6 人，設(shè)備有扒渣機(jī)1 臺，反鏟挖掘機(jī)1臺，農(nóng)用三輪車2 臺，風(fēng)鎬2 把，噴錨機(jī)1 臺；②導(dǎo)洞2，共用人工8 人，設(shè)備有反鏟挖掘機(jī)1 臺，農(nóng)用三輪車2 臺，風(fēng)鎬2把，噴錨機(jī)1 臺。

從兩個(gè)導(dǎo)洞投入的人力與設(shè)備來看，導(dǎo)洞1 少投入2 人，多使用1 臺扒渣機(jī)。在土方開挖和隔柵施工中分別少使用了20 min，扒渣機(jī)的設(shè)備攤銷費(fèi)約為1000 元每月，相對應(yīng)的2 個(gè)人工的工費(fèi)為每月1 萬元。可以明顯看出，對項(xiàng)目進(jìn)行機(jī)械化配套對于提高施工效率，節(jié)約工費(fèi)開支都具有積極作用，因此對本工程的機(jī)械化改造具有重要的實(shí)用價(jià)值。

3.2 機(jī)械設(shè)備選型原則

在工程施工中，隨著機(jī)械設(shè)備的投入使用，相應(yīng)的人工使用量就會(huì)減少，這對于加強(qiáng)現(xiàn)場施工質(zhì)量和避免安全事故具有重要的作用。但是，機(jī)械設(shè)備并不是投入越多對項(xiàng)目就越有利，多種設(shè)備對現(xiàn)場的通風(fēng)和維護(hù)要求較高，維護(hù)不及時(shí)會(huì)造成設(shè)備損壞，從而導(dǎo)致施工進(jìn)度的耽誤。所以隧道開挖支護(hù)設(shè)備的選擇應(yīng)遵循“設(shè)備一體化、小柔性、一機(jī)多用”的原則。在現(xiàn)階段，公路隧道的機(jī)械化施工程度還不夠高，日進(jìn)尺2～3 m，存在著施工效率低下。人工作業(yè)較多等問題。而使用機(jī)械施工可以達(dá)到日進(jìn)尺10 m，可以比傳統(tǒng)施工作業(yè)高出4～5 倍的工作效率。同時(shí)，機(jī)械化作業(yè)設(shè)備集成較好，對于工程精度和質(zhì)量的控制都有較大的幫助，因此，機(jī)械化道路是淺埋暗挖大斷面隧道施工的一個(gè)必然發(fā)展方向。根據(jù)本工程地質(zhì)的實(shí)際情況，因其對于地面沉降具有一定的要求，因此本工程采用分段施工的方式，機(jī)械選擇以小型化、功效化為主，對大斷面施工質(zhì)量的控制進(jìn)行有針對性的保障。

3.3 機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化組合

根據(jù)本工程的實(shí)際地質(zhì)情況，對我國地下洞室施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了研究，對本工程的機(jī)械進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與組合，方案如下：

（1）開挖設(shè)備。在我國目前公路隧道多使用鑿巖機(jī)等設(shè)備，但是較多的用于硬巖地質(zhì)條件下。依據(jù)本工程特點(diǎn)使用反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行開挖施工，然后使用人工進(jìn)行相應(yīng)的修整。

（2）小導(dǎo)管安裝。采用風(fēng)鎬頂推法。

（3）隧道內(nèi)土石方運(yùn)輸。由于開挖斷面較多（高峰時(shí)期可達(dá)12 個(gè)），不采用軌道運(yùn)輸，采用適合斷面尺寸的農(nóng)用三輪車運(yùn)輸、扒渣機(jī)和人工裝車方式。

（4）通風(fēng)設(shè)備采用強(qiáng)制通風(fēng)。

4 結(jié)束語

本文對暗挖大斷面隧道開挖支護(hù)機(jī)械化配套施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究。在工程現(xiàn)場進(jìn)行機(jī)械化施工，應(yīng)特別注意對設(shè)備的使用運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，這樣才能保證設(shè)備的高效運(yùn)行。同時(shí)，因?yàn)檩^多設(shè)備的使用，施工中應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)措施，保障施工人員的健康與安全。