普通機(jī)械化配套隧道大斷面施工技術(shù)

閻建澤

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

我國交通事業(yè)近些年取得了較快的進(jìn)步，如何高效地完成隧道工程成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。長大隧道大斷面施工因其施工地質(zhì)條件復(fù)雜，給支護(hù)等方面的施工造成了一定的難題，因此通過提高機(jī)械化施工水平就成為了解決這一問題的較好途徑。依據(jù)黑山隧道施工實(shí)踐，通過機(jī)械化配套部署，解決了工程中面臨的問題，希望為相關(guān)工程的順利開展提供參考。

1 工程概況

黑山隧道工程位于甘肅省西市與渭源縣境內(nèi)，隧道起訖里程為DK84+957～DK100+707，為雙線隧道，隧道進(jìn)口458.774 m，位于r=5000 m 的曲線上，洞身段1414.029 m 位于r=5000 m 的曲線上，出口115.705 m 位于r=6000 m 的緩和曲線上，其余地段位于直線地段,隧道設(shè)置三個斜井。工程地質(zhì)情況如下：第四系全新統(tǒng)沖擊砂質(zhì)黃土、細(xì)圓礫土；第四系上更新統(tǒng)沖擊砂質(zhì)黃土、細(xì)圓礫土；第三系泥巖、砂巖、礫巖；震旦系混合巖；構(gòu)造巖。

2 工程重難點(diǎn)分析

2.1 大斷面軟巖隧道的變形等不良地質(zhì)的施工

本施工段隧道Ⅴ級圍巖淺埋段，濕陷性黃土大斷面軟巖隧道對開挖、支護(hù)、防水、襯砌等工藝要求很高，各工序間方案必須合理，施工組織銜接必須合理、緊湊，才能避免大斷面軟巖發(fā)生變形。

2.2 防水標(biāo)準(zhǔn)高

隧道防水設(shè)計(jì)為一級，防水一直是地下工程施工的重點(diǎn)和難題。雖然設(shè)計(jì)采取了結(jié)構(gòu)自防水和附加防水，多道防線，綜合治理，但是地下工程的防水質(zhì)量很難能達(dá)到理想的效果，尤其在襯砌結(jié)構(gòu)混凝土分段澆筑的施工縫、設(shè)置的變形縫、沉降縫等措施，但是在洞室連接處的位置很容易出現(xiàn)問題，是工程施工的難點(diǎn)。

2.3 大斷面隧道施工要求速度快

本工程工程量大、工期緊，隧道內(nèi)圍巖變化大，隧道的掘進(jìn)又是控制工期的關(guān)鍵，如何做到針對特長隧道不同圍巖實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)是確保工期的關(guān)鍵。

2.4 斷層穿越帶地質(zhì)復(fù)雜

隧道穿越斷層帶4 次，分別為F3-1、F3-2、F3-3、F3-4 斷層帶，最大斷層240 m，裂隙節(jié)理發(fā)育：①DK85+575～DK85+755、DK86+200～DK86+340 段為巖性接觸帶，F(xiàn)3-1 斷層與洞身斜交通過，節(jié)理極發(fā)育；②DK90+745～DK90+985、DK86+200～DK86+340 段F3-2 與洞身斜交通過，為擠壓斷層，埋深500 m，具有高地應(yīng)力大變形的施工風(fēng)險(xiǎn)；③DK93+560～DK93+900 段F3-3 斷層與洞身斜交通過，節(jié)理發(fā)育；④DK95+740～DK95+870 段F3-4斷層與洞身斜交通過，節(jié)理發(fā)育。

2.5 長大隧道通風(fēng)難問題

長大隧道施工的關(guān)鍵在于如何解決通風(fēng)問題，由于巖石隧道通風(fēng)困難，導(dǎo)致掌子面問題達(dá)到35 ℃以上，工人身體虛脫。

3 普通機(jī)械化配套隧道大斷面施工技術(shù)分析

3.1 總體施工思路

對于施工中存在的不良地質(zhì)施工問題，需要事先對超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作進(jìn)行嚴(yán)格控制，準(zhǔn)確地探測工程地質(zhì)情況，這對于實(shí)施正確的施工方案具有重要作用。在施工中，依據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)果，可以使用超前支護(hù)、超前注漿等施工措施，保障施工過程的安全與質(zhì)量。在進(jìn)行掘進(jìn)施工過程中，需要較少的進(jìn)行掘進(jìn)，同時使用弱爆破的方式進(jìn)行施工。在支護(hù)施工過程中，要加快支護(hù)的速度，快速封閉和緊固的襯砌，這些都為不良圍巖地質(zhì)的施工創(chuàng)造安全合理的作業(yè)環(huán)境。同時，要不斷對圍巖的狀況進(jìn)行監(jiān)控，及時上報(bào)圍巖地質(zhì)出現(xiàn)的參數(shù)等方面的變化，通過及時調(diào)整支護(hù)方案，為工程順利實(shí)施創(chuàng)造良好的條件。要及時進(jìn)行噴射混凝土施工，這對于加固巖體具有重要的作用，以上施工措施都為保障不良地質(zhì)的安全施工創(chuàng)造了良好的條件。

隧道的掘進(jìn)速度是決定施工速度的關(guān)鍵要素。嚴(yán)密的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和可靠的圍巖量測技術(shù)是實(shí)施快速掘進(jìn)的技術(shù)支持。施工單位必須對隧道的基本情況有準(zhǔn)確的判斷，及時對施工現(xiàn)場的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，然后提高工程機(jī)械化來提升施工的速度與質(zhì)量。

3.2 設(shè)備使用情況

本工程依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，使用以下設(shè)備進(jìn)行施工：自制簡易全斷面開挖臺車1 臺，20 m3出碴車8 臺，YT28 風(fēng)鉆24 臺，LG560 裝載機(jī)2 臺，20 m3空壓機(jī)5 臺，雙臂鑿巖機(jī)（錨桿施工）1 臺，PC220 挖掘機(jī)2 臺，SNS-130/20 注漿設(shè)備1 臺，阿力瓦濕噴機(jī)2 臺。

施工過程注意事項(xiàng)如下：①機(jī)械化全斷面施工工作面高，臺車加工平穩(wěn)，邊緣防護(hù)必須到位；②機(jī)械化全斷面施工方式需要進(jìn)行大量的爆破作業(yè)，因此應(yīng)注意切口在角度和尺寸方面的要求；③噴射混凝土施工時，因?yàn)閲娚涿鎸Φ拿娣e較大，因此要采取有針對性的措施控制其平整度。

3.3 開挖施工

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際圍巖情況，每循環(huán)開挖進(jìn)尺為3 m。切割孔相對于普通孔要深500～800 mm，周邊眼的間距為450 mm，因?yàn)閲鷰r的韌性的特征，線藥量q 取0.15～0.25 kg/m，鉆爆布孔設(shè)計(jì)如圖1 所示。依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)尺比較合理，光面爆破效果明顯，炮孔平均剩余率在80%以上。

圖1 鉆爆布孔設(shè)計(jì)示意

3.4 支護(hù)施工

（1）超前支護(hù)。本工程采用超前支護(hù)設(shè)置，選用42 mm 的超前小導(dǎo)管，壁厚3.5 mm，長4.5 m，拱144°布置，周向間距0.5 m，40 根/圈，預(yù)留搭接長度1.5 m，鉆孔灌漿孔，孔徑6～8 mm，孔距20～30 cm，梅花形布置，尾翼不小于100 cm 非鉆孔灌漿段，采用M10 砂漿，灌漿壓力0.5～1.0 MPa。

（2）初期支護(hù)。在進(jìn)行初期支護(hù)施工時，必須對參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)嚴(yán)格的控制，詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置如下：在拱144°范圍內(nèi)設(shè)置3.5 m組合中空錨桿，長度為3.5 m，邊墻處使用普通砂漿錨桿，長度3.5 m，間距1.2 m×1.2 m，中空錨桿每延米11 根，砂漿錨桿每延米8 根，梅花型布置；鋼架間距為1 米/榀；鎖腳采用長為4 m的22 mm 錨桿，每架8 個螺栓；鋼筋網(wǎng)采用Φ6 mm 圓鋼，網(wǎng)距20 cm×20 cm；噴射混凝土采用C25，厚度25 cm，全部使用濕噴的做法進(jìn)行施工。

3.5 工藝總結(jié)

通過施工實(shí)踐的總結(jié)，每個周期進(jìn)尺控制在3 m 是比較合理的，施工周期控制在27 h。

（1）開挖。全斷面開挖（不含仰拱）開挖面積131.4 m2，施工人員28 人，鉆孔24 個，周邊孔間距45 cm，鉆孔深度320 cm，切割深度350 cm。采用楔形切割，共193 個鉆孔（周邊孔采用局部短孔），總填藥312 kg，鉆眼數(shù)為1.47 個/m2，裝藥量為0.79 kg/m3，平均每循環(huán)時間約4.5 h（含測量）。

（2）出碴。全斷面開挖進(jìn)尺3 m，計(jì)算斷面實(shí)體體積394.2 m3，運(yùn)距約4.5 km。配備8 輛渣土車、2 臺裝載機(jī)、1 臺挖掘機(jī)，平均每循環(huán)時間約6.5 h。

（3）錨桿。全斷面推進(jìn)的尺寸為3 m，在頂部用中空錨桿40個，側(cè)面砂漿錨桿20 個，錨桿的長度為3.5 m，孔洞的深度控制在3.5 m，采用氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔。安裝灌漿施工人數(shù)6 人，平均每循環(huán)時間約4.5 h。

（4）支架。一次搭設(shè)3 個鋼架，間距1 m/榀，掛6 mm 鋼筋網(wǎng)。施工需要人力22 人，搭設(shè)3 個鋼架，鉆40 根42 mm 的小導(dǎo)管，鎖緊24 個地腳螺栓，平均每循環(huán)時間約5 h。

（5）噴射混凝土。采用C25 噴射混凝土，厚度25 cm，采用濕噴工藝。現(xiàn)場實(shí)際噴射量約為40 m3，2 機(jī)每循環(huán)噴射平均時間約為5.5 h。

（6）回彈材料清理。包括回彈料清理、斷面找頂，使用1 臺挖掘機(jī)，大約施工時間為1 h。

3.6 監(jiān)視和測量

（1）日常監(jiān)視和測量。整個隧道采用全斷面監(jiān)控方案。每個斷面設(shè)5 個測點(diǎn)。對拱頂沉降和凈空變化的監(jiān)測和測量均安排在同一斷面上，每組10 m，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果，最大沉降量為3 cm，最大收斂為2.88 cm，最大沉降速率為每天3.41 mm，收斂速率為每天3.53 mm。沉降速率和收斂速率均出現(xiàn)在初始分支形成后的第一天和第二天。

（2）應(yīng)力變量測量。目前，在DK85+575、DK86+200 處設(shè)置2段應(yīng)變測量，測量距離掌子面為75 m。依據(jù)監(jiān)測得出的數(shù)據(jù)，圍巖處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，變形量較小，在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，所以地質(zhì)方面較為安全。

3.7 施工方法的優(yōu)點(diǎn)

（1）開挖方法比較。通過對開挖、鉆孔、裝藥等工藝的對比分析，機(jī)械化全斷面施工與臺階法相比，在鉆孔和裝藥量等方面都大大節(jié)約了人工投入，同時也節(jié)約了項(xiàng)目施工成本，為項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的實(shí)現(xiàn)做出了很大貢獻(xiàn)。

（2）循環(huán)進(jìn)尺。全斷面每循環(huán)進(jìn)尺為3 m，因?yàn)闄C(jī)械化全斷面作業(yè)施工方式較為簡單，無機(jī)械和人工并聯(lián)作業(yè)，安全可靠性高。

（3）安全步距。根據(jù)監(jiān)測資料分析，距工作面75 m 時，圍巖地質(zhì)的穩(wěn)定性符合要求。建議Ⅳ類圍巖的安全監(jiān)測布置在50 m的位置，通過項(xiàng)目數(shù)據(jù)的對比，機(jī)械化全斷面工作方式比臺階法在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面都存在著明顯的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

我國交通事業(yè)近些年取得了較快進(jìn)步，如何高效地完成隧道工程成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。長大隧道大斷面施工因其施工地質(zhì)條件復(fù)雜，給支護(hù)等方面的施工造成了一定的難題。對長大斷面隧道進(jìn)行施工中使用機(jī)械化技術(shù)改革，可以加快施工過程，有效保障施工質(zhì)量，對于高質(zhì)量、高品質(zhì)地完成項(xiàng)目建設(shè)具有重要意義。同時，應(yīng)不斷研究機(jī)械化在大斷面隧道施工中的應(yīng)用辦法，從施工組織和工序安排方面盡量節(jié)約項(xiàng)目資源，通過爆破和支護(hù)施工保證圍巖施工過程的安全順利，最終為我國交通事業(yè)的健康發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。