多工作面地鐵隧道平行作業快速掘進技術

李 川 肖景鑫 趙國良 王海亮 呂方平

(1.青島第一市政工程有限公司，山東 青島 266000; 2.山東科技大學 礦山災害預防控制省部共建國家重點實驗室培育基地,山東 青島 266000)

0 引言

隨著城市地鐵經濟建設規模不斷得到擴大，其建設的速度越來越快，應社會基礎建設的迫切需要，一些地鐵工程的施工工期越發緊張。石立新(2011年)依托雪峰山隧道白沙斜井，1井4工作面，2個聯絡通道施工情況，優化了施工隊伍配置等施工組織安排，總結探討了隧道通風、出渣、排水等工序保證措施。何建洪(2010年)研究探討了在只有一個隧道工作面的情況下，隧道的多工序平行作業施工技術，結合工程實際指出了：改裝設計大模板襯砌臺車，以滿足大型自卸車及裝載機行走和襯砌施工的雙重需要。馬紅章(2009年)針對烏鞘嶺特長隧道6號斜井洞內設有7個橫通道，最多達7個工作面的復雜施工組織進行機械設備的合理配備。結合前人研究成果，總結工程經驗，對設置橫通道的工程時機與平行作業施工技術進行研究。

1 工程概況

觀濤站—科技館站區間隧道工程(以下稱觀科區間)是青島市地鐵8號線先期開工的重要節點工程，區間工程由青島第一市政有限公司負責建設。區間線路出觀濤站，經觀濤社區，下穿耕海路，經溝角社區西北側向東敷設，后至岙東南路，沿岙東南路南行至科技館站。

根據本工程全線工期緊的要求,加快隧道施工進度并提前工期,是擺在我們面前一個現實的問題。為此，在2.9 km的區間隧道共設置了3個施工斜井與2個豎井，洞內設有5個臨時橫通道、6個永久橫通道，掘進工作面多達20個，單位里程的掘進工作面創地鐵隧道的記錄，在國內較為少見。為加快施工進度，技術方面在隧道施工中形成了多工序平行作業的局面,滿足了施工工期的要求。

2 橫通道的增設施工方法

2.1 施工方案

為了保證工期的順利完成，同時給二襯和初期支護交叉施工提供工作面，提高區間隧道施工效率，在原有聯絡通道的基礎上增設4個臨時橫通道。以觀科區間1號斜井小里程二襯施工為例，預計完成日期為2019年11月下旬，不滿足2019年7月底洞通的施工節點要求。通過在DK35+610處增設一座臨時橫通道，可提前施作右線小里程387 m襯砌，實現右線二次襯砌與出渣平行作業，以滿足施工節點要求。

2.2 橫通道增設的工程時機

隨著二襯施工段的完成前進，在二襯施工段到達臨時橫通道里程之前，應預先開挖新的臨時橫通道，以保證二襯施作進度與出渣運輸不被中斷，順利完成工期目標。新的臨時橫通道的增設可維持開挖與二襯平行作業模式。但橫通道增設的工程時機不對，橫通道開挖增設的不及時會導致二襯作業窩工。下面即對橫通道的開挖時機與二襯進度之間的關系問題進行研究。如圖1所示，以DK35+610臨時橫通道為研究對象，對DK35+610臨時橫通道的設置工程時機進行探討。

(1)

其中，E為每日二襯完成距離，E=6 m/d；L為設計循環進尺，L=1.5 m；D為橫通道長度,D=7.5 m；n為每日循環次數，n=2；m為施工干擾系數，取1.5；X為橫通道開挖期間二襯完成距離。

由式(1)得，X=22.5 m。即當臨時橫通道(DK35+786)從開挖到完成這段時間內，完成的二襯段距離X=22.5 m。正線在橫通道前后需要預留一段距離a，利于自卸車出渣運輸與排水，a取2 m。

Y=338-a-X

(2)

由式(2)得，Y=313.5 m。由此可得結論，為防止二襯作業發生窩工，當二襯施工進度預計到達DK35+634時，即需要開始開挖DK35+610臨時橫通道。

3 隧道多工序平行作業施工技術

3.1 觀科區間隧道平行作業線耗時分析

選取Ⅲ級、Ⅳ級圍巖施工數據進行分析。按照開挖、出碴、支護、襯砌四條作業線分析，并對比各作業線耗時。由于二次襯砌施工于掌子面較遠，故襯砌作業線與其他作業線平行施工，基本不會影響施工進度，不計入整條施工作業線工效分析。

統計1號斜井工區小里程方向全斷面法施工與上下臺階法施工時各作業線耗時。得出循環進尺1.5 m的Ⅲ級圍巖各作業線平均耗時比例如圖2所示。得出循環進尺1 m的Ⅳ級圍巖各作業線平均耗時比例如圖3所示。

由圖2和圖3可以看出，不論是Ⅲ級還是Ⅳ級圍巖施工，支護作業線均是耗時最多的一個，由于Ⅲ級圍巖較Ⅳ級圍巖支護簡單，其耗時小于Ⅳ級圍巖支護用時；出渣作業耗時僅次于支護作業線，占整個循環耗時的25%～30%。可見，支護和出渣是快速施工的關鍵，對于二者工序的優化是施工中需要解決的問題。

3.2 快速施工技術

1)支護噴混凝土施工技術。使用雙泵混凝土噴混車，實現上下臺階同時噴混，有效的提高了噴混作業的作業效率，縮短了單循環耗時，加快了施工進度；在Ⅱ級～Ⅲ級圍巖全斷面法施工采用光面爆破，無需進行立架，節省了初支立架的時間，光面爆破后進行巖面處理后，可直接進行噴混凝土。

2)挖機、鉤機、自卸車的合理配合能有效的縮短出渣時間。上下臺階鉆爆施工后，首先通過挖機找平，將下道的渣石鋪平，以便鉤機可以爬上下臺階。鉤機將上臺階拱腳與邊墻的石渣扒至下臺階，挖機將下道的石渣挖運到自卸車反斗中，統一出渣。這樣可使上臺階初支先行施工作業，使上臺階初支與下臺階出渣平行作業，節省了初支時間。

3)二次襯砌快速施工組織安排。二次襯砌采用平行流水作業，防水層及鋼筋作業先行提前施工。架設三個平行作業的臺車，防水工、鋼筋工和模板工分別在簡易臺架防水臺車、簡易臺架掛筋臺車和全液壓鋼模板隧道襯砌臺車上，進行同時作業，防水施工超前鋼筋安裝，鋼筋安裝超前模板注漿養護，實現了二次襯砌各工序的平行流水作業，縮短了單循環二襯施工的施工時間。并采用多臺襯砌臺車襯砌,臺車采用跳躍式襯砌,空余部分由其他臺車施作。

3.3 平行作業工序作業效率分析

對于Ⅳ級、Ⅴ級圍巖上、下臺階法開挖，如果采用正常的順序搭接作業，一般是采用先開挖出渣,再支護，后襯砌,最后鋪底及水溝電纜槽，作業循環時間為10.5 h/循環，循環進尺1 m。按爆破作業施工標準規定，允許放炮時間為7：00～19:00，Ⅳ級、Ⅴ級圍巖開挖采用上下臺階法施工時，1 d只能完成1個循環，日進尺1 m，月進尺為30 m左右。這勢必造成掘進施工進度緩慢,施工工期長。

通過對掘進爆破作業工序搭接進行合理的優化，上下臺階法爆破掘進施工可實現每天2個～3個循環，有效地提高了每天的掘進距離，保證工程工期。統計日開挖掘進工序搭接，優化調整工序后的安排如下：

上下臺階開始進行炮眼裝藥，放第一炮(耗時60 min)→上臺階出渣，下臺階渣石不動，將上臺階的渣石扒到下臺階，下臺階的拱腳，邊墻填實爆下的渣石(耗時60 min)→上臺階鉆眼、裝藥(耗時150 min)→上臺階放第二炮，上下臺階開始進行共同出渣(耗時210 min)→上下臺階出渣完成。開始進行上下臺階初支立架噴混(耗時240 min)→初支完成，進行上下臺階鉆眼(耗時180 min)。

第一日開挖掘進多進行了一個上臺階爆破作業，所以第二日先進行下臺階爆破，然后再進行上下臺階共同爆破，這種作業搭接模式相當于兩天3個循環，將一天1個循環提高到一天1.5個循環，從月進尺30 m提高到了45 m，提高了隧道貫通工程進度。通過改變傳統的施工工藝，變為平行作業工序，改變工序后資源利用率更高，施工進度較以前有了較大提高。

4 結語

采用以上的快速掘進施工技術后，觀科區間隧道的工程進度有了很大的提高，在實施快速施工技術前，每月Ⅳ級圍巖的預計施工進度平均在30 m左右，在重新調整施工組織和設計，將施工的各方面因素進行優化后，在夜間不能鉆爆施工的情況下，月進尺都在45 m～55 m左右，爆破對周邊環境的影響也在規范允許的范圍內，并且提前工期目標2019年7月31日貫通28 d完成全線貫通，取得了很好的社會效益和經濟效益。