■ 李文剛 孫一瑞

1 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

五尖大山隧道為武廣高速鐵路重點(diǎn)隧道工程SDⅠ標(biāo)段，全長(zhǎng)6 857 m，斷面凈空有效面積為100 m2；且隧道軟弱圍巖地段長(zhǎng)，不良地質(zhì)發(fā)育。其中：Ⅲ級(jí)圍巖3 760 m，占全隧54.8%；Ⅳ級(jí)圍巖2 459 m，占全隧35.9%；V級(jí)圍巖638 m，占全隧9.3%。隧道洞身巖層多軟硬不均，節(jié)理發(fā)育，巖性較破碎。特別是進(jìn)口端1 500 m范圍內(nèi)，有斷層、淺埋（最小埋深0.2 m），地下水發(fā)育，易產(chǎn)生塌頂、坍塌等災(zāi)害，施工難度大。隧道進(jìn)口基巖為白云巖、粉砂質(zhì)頁巖，全-強(qiáng)風(fēng)化節(jié)理很發(fā)育，地下水較發(fā)育；出口基巖為砂質(zhì)板巖，節(jié)理較發(fā)育，一般為緊閉節(jié)理，地下水較發(fā)育。隧道洞身：巖層軟硬不均，節(jié)理發(fā)育，巖性較破碎，隧道施工可能出現(xiàn)較大變形。隧道通過巖層大多屬粘土巖，部分為碎屑巖，基巖導(dǎo)水性差，基巖裂隙水不發(fā)育。

該工程為長(zhǎng)隧道、大斷面，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。由于隧道圍巖軟硬不均，工序轉(zhuǎn)換頻繁，工藝復(fù)雜，而工期僅36.5個(gè)月，計(jì)劃平均每月施工進(jìn)度為185 m以上，施工中的信息化管理要求高。施工中采取以下應(yīng)對(duì)措施：

（1）嚴(yán)格按照“抓住重點(diǎn)、攻克難點(diǎn)、快速掘進(jìn)、均衡生產(chǎn)、技術(shù)創(chuàng)新、保證質(zhì)量、確保工期”的原則組織施工，積極穩(wěn)妥地采用目前國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工的最新科技成果和工法，合理配套機(jī)械設(shè)備，確保項(xiàng)目管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)施工難度大和工期緊的特點(diǎn)，采用項(xiàng)目管理、信息化管理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)管理、全面質(zhì)量管理等現(xiàn)代化管理手段，確保動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)施工的實(shí)現(xiàn)。

（2）針對(duì)開挖斷面大，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大等特點(diǎn)，精心編制實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)，配備先進(jìn)的施工機(jī)械，選擇合理的施工方法，優(yōu)先施工管理，實(shí)施信息化、科學(xué)化組織施工。

（3）針對(duì)隧道大跨、不良地質(zhì)地段（如淺埋）等施工重點(diǎn)，采用超前長(zhǎng)管棚、預(yù)注漿加固圍巖、淺眼控制爆破、加強(qiáng)初期支護(hù)等措施實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。按照“先預(yù)報(bào)、管超前、預(yù)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)、快反饋、控沉陷”的施工原則，采用綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)與分析指導(dǎo)施工，并根據(jù)工程特點(diǎn)編制工程應(yīng)急救援預(yù)案，以保證施工安全。

2 快速施工方法

五尖大山隧道斜井自2005年8月9日開工，進(jìn)、出口自2006年1月15日開工。由于地質(zhì)條件較差，隧道洞身巖層多軟硬不均，節(jié)理發(fā)育，巖性較破碎，有斷層、淺埋（最小埋深9 m），且地下水發(fā)育，施工難度很大。至2007年3月，單口月開挖84 m，月平均成洞80 m，遠(yuǎn)不能達(dá)到計(jì)劃工期的任務(wù)要求。按照剩余工程量及計(jì)劃工期計(jì)算，要求自2007年4月開始單口月成洞必須達(dá)到150 m以上。為加快施工進(jìn)度，多方面對(duì)施工方案開展進(jìn)一步細(xì)致調(diào)整與安排，形成一套高速、安全、穩(wěn)定的施工方法。2007年4—6月，單口月開挖152 m，單口月平均成洞超過150 m。

2.1 調(diào)整開挖方法，合理配置施工機(jī)械

五尖大山隧道主要采取臺(tái)階法施工。上半斷面的開挖支護(hù)施工速度決定整個(gè)隧道的施工進(jìn)度。因此，在保證安全與質(zhì)量的前提下，有效提高上半斷面的開挖支護(hù)進(jìn)度對(duì)整個(gè)隧道的施工速度起著關(guān)鍵性作用。

施工初期，由于進(jìn)度不理想、光面爆破不好，超欠挖現(xiàn)象較嚴(yán)重。主要原因分析如下：

（1）圍巖強(qiáng)度較低，節(jié)理較發(fā)育，造成鉆孔速度較慢，鉆孔容易塌孔，每鉆一孔所需時(shí)間為10~20 min，一般每次鉆孔需要2.5 h。每次鉆孔深度為3.5 m，開挖進(jìn)尺為3 m，對(duì)Ⅲ級(jí)圍巖而言進(jìn)尺較短，使得循環(huán)次數(shù)增加，影響施工進(jìn)度。

（2）噴漿時(shí)采用3臺(tái)混凝土噴射機(jī)同時(shí)進(jìn)行施工，開挖進(jìn)尺達(dá)3 m時(shí)，在機(jī)械無故障情況下，每次噴混凝土也需6 h左右，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

編者按：沈乾若老師畢業(yè)于北京大學(xué)物理系，后移民國(guó)外，長(zhǎng)期在加拿大從事中小學(xué)教育工作，同時(shí)也十分關(guān)注中國(guó)大陸的教育形勢(shì)；現(xiàn)為加拿大博雅教育學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng).她的文章介紹并評(píng)述了加拿大小學(xué)教育的近況，對(duì)長(zhǎng)期引進(jìn)西方教育理念的中國(guó)數(shù)學(xué)教育界會(huì)有借鑒，對(duì)中學(xué)教育亦有借鑒.文章雖僅涉及小學(xué)，但鑒于上述，特刊出以引發(fā)我們思考.

（3）裝藥時(shí)沒有采用竹片固定，造成超、欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重，使出渣、找平、噴射混凝土等后序工作時(shí)間延長(zhǎng)。

（4）上半斷面在地質(zhì)描述、測(cè)量及監(jiān)控量測(cè)工作進(jìn)行時(shí)，開挖班進(jìn)行的掌子面找頂、鉆眼準(zhǔn)備工作較拖后，如果兩項(xiàng)工作可以同時(shí)進(jìn)行就可節(jié)約時(shí)間。

（5）由于隧道施工已經(jīng)超過1 000 m，出渣車數(shù)量不夠，裝渣設(shè)備經(jīng)常需等出渣車，造成時(shí)間浪費(fèi)。

自2007年3月，開挖風(fēng)鉆總數(shù)從18臺(tái)調(diào)整為22臺(tái)，作業(yè)時(shí)用5臺(tái)空壓機(jī)供風(fēng)，保持風(fēng)鉆同時(shí)使用，以此提高鉆孔速度。同時(shí)在出渣上也增加新設(shè)備，由原來的7臺(tái)自卸式出渣車增加為10臺(tái)，提高了出渣速度。圍巖較好時(shí)，將鉆眼深度增加為4.2 m，開挖進(jìn)尺增加到4 m，這樣雖然增加了每次鉆眼的時(shí)間，但減少了循環(huán)次數(shù)，整體上提高了工作效率。由于噴混凝土要占用很長(zhǎng)時(shí)間，減少噴混凝土?xí)r間對(duì)減少上半斷面施作時(shí)間至關(guān)重要，因此決定增加1臺(tái)混凝土噴射機(jī)。

調(diào)整后不僅將每循環(huán)開挖進(jìn)尺增加到4 m，并且縮短了每次開挖支護(hù)時(shí)間，裝藥時(shí)采用竹片固定方法使超、欠挖得到很好控制，縮短了后續(xù)工作時(shí)間。2007年4—6月，隧道上斷面共開挖483 m，平均月進(jìn)尺161 m，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)高產(chǎn)。

2.2 進(jìn)一步協(xié)調(diào)上、下半斷面及仰拱施工時(shí)間

隧道施工由于受到工作面的限制，各工作都處于相互制約與配合之中，因此協(xié)調(diào)好各工序的工作時(shí)間是加快施工進(jìn)度的重中之重。而很多隧道在施工中只注重上半斷面的進(jìn)度，一切以上半斷面為主，因此下半斷面和仰拱的施工受到很大限制，反而制約了工程進(jìn)度。在保證施工安全的前提下，為避免某項(xiàng)工作停滯待工，浪費(fèi)人力、物力資源，將下半斷面和仰拱施工做了統(tǒng)一安排，以進(jìn)一步加快施工進(jìn)度。

在上半斷面出渣完成，后續(xù)工作的人員、設(shè)備、材料到位后，下半斷面進(jìn)行爆破開挖。出渣運(yùn)輸方面，原來下半斷面每循環(huán)出渣運(yùn)輸約為3 h，自2007年4月將原來1臺(tái)挖掘機(jī)負(fù)責(zé)裝渣改為由1臺(tái)挖掘機(jī)和1臺(tái)裝載機(jī)配合，每循環(huán)出渣時(shí)間縮短為2～2.5 h，每次開挖進(jìn)尺也由原來的3 m增加到4 m。

新的施工方案中還增加了1臺(tái)出渣車，使出渣時(shí)間縮短，由于上半斷面出渣完成后，下半斷面開始放炮出渣，這樣，當(dāng)下半斷面出渣運(yùn)輸完成后，上半斷面剛好就要開始放炮出渣，使機(jī)械得到最有效的使用。新方案實(shí)施后，下半斷面施工基本不再出現(xiàn)停滯待工情況，工序銜接緊湊。

五尖大山隧道的仰拱施工要求整體式澆筑，給上、下半斷面的運(yùn)輸?shù)裙ぷ髟斐奢^大影響。同時(shí)，為保證下半斷面與仰拱的距離不能過遠(yuǎn)，仰拱施工速度對(duì)整個(gè)隧道的施工進(jìn)度有很大限制，為此在仰拱施工中采用簡(jiǎn)易棧橋方法。當(dāng)上、下半斷面施工進(jìn)度都加快后，仰拱施工成為制約施工進(jìn)度的主要環(huán)節(jié)，因此將原來的2副棧橋同時(shí)施工增加到3～4副同時(shí)施工。在不延長(zhǎng)工作時(shí)間的情況下，增加了工作面，提高了工作效率。

2.3 改善通風(fēng)條件，提高工作效率

隨著隧道掘進(jìn)向縱深推進(jìn)，通風(fēng)效果的好壞直接影響洞內(nèi)施工效率。洞內(nèi)空氣狀況很差時(shí)，工作人員會(huì)感到頭暈、惡心，能見度低時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響各工作的施作，使協(xié)調(diào)工作很難展開。因此，改善洞內(nèi)通風(fēng)效果不僅是保證工作人員身心健康的必要措施，也能提高施工進(jìn)度。

根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求，空氣中氧氣含量按體積計(jì)不得小于20%；粉塵容許濃度：空氣中含有10%以上游離二氧化硅粉塵不得大于2 mg/m3；空氣中含有10%以下游離二氧化硅粉塵不得大于4 mg/m3。有害氣體最高容許濃度：一氧化碳為30 mg/m3。在特殊情況下，施工人員必須進(jìn)入工作面時(shí)，濃度可為100 mg/m3，但工作時(shí)間不得大于30 min；二氧化碳按體積計(jì)不得大于0.5%；氮氧化物（換算成NO2）為5 mg/m3以下。隧道內(nèi)施工通風(fēng)風(fēng)速在分部開挖的坑道中不應(yīng)小于0.25 m/s（隧道內(nèi)氣溫不超過28 ℃）。經(jīng)計(jì)算，通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓應(yīng)為6 652 Pa。原來采用串聯(lián)2臺(tái)110 kW SDF(C)-NO12.5型壓入式風(fēng)機(jī)，由洞口向掌子面進(jìn)行送風(fēng)，但是最高風(fēng)壓只有5 355 Pa，當(dāng)隧道進(jìn)深增加后無法滿足洞內(nèi)通風(fēng)要求，因此對(duì)通風(fēng)設(shè)備配置進(jìn)行調(diào)整。綜合考慮后，決定在斜井與正洞交匯處、正洞中部分別增加1臺(tái)30 kW和1臺(tái)37 kW的射流風(fēng)機(jī)。這2臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝運(yùn)行后，洞內(nèi)空氣條件立即得到改善，提高了工作效率，加快了施工進(jìn)度。

3 結(jié)論

結(jié)合五尖大山隧道工程實(shí)踐，對(duì)長(zhǎng)大隧道快速施工方法總結(jié)如下：

（1）上半斷面至仰拱距離控制在70～90 m，該距離既能滿足開挖作業(yè)和停放機(jī)具要求，也可使出渣車輛基本行駛在混凝土路面上。超前鋪底改善了施工環(huán)境。

（2）將上、下半斷面及仰拱出渣時(shí)間錯(cuò)開，確保不出現(xiàn)某工序停滯待工現(xiàn)象。保證機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)是加快洞內(nèi)施工進(jìn)度的關(guān)鍵，也是長(zhǎng)大隧道快速施工的關(guān)鍵因素。

（3）長(zhǎng)大隧道通風(fēng)問題是影響人員及機(jī)械工作效率的重要因素，因此必須合理配套通風(fēng)設(shè)備，使洞內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)到施工要求。

隧道施工是項(xiàng)系統(tǒng)工程，除了抓好關(guān)鍵工序外，必須抓好各工序間的協(xié)調(diào)。調(diào)整好各銜接工作的工作時(shí)間，做到機(jī)械、人員的合理調(diào)配，對(duì)各個(gè)工序逐一研究改進(jìn)，努力使其發(fā)揮本工序的最大效能。同時(shí)，根據(jù)各工序施工能力間的差距給予調(diào)整加強(qiáng)，使各工序間的施工能力趨于平衡，才能保證隧道施工優(yōu)質(zhì)、安全、高效進(jìn)行。