盧坤華

(三明市高速公路有限責(zé)任公司，福建 三明 365000)

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2010年底我國公路隧道為7 384處、512.26萬m，比上年末增加1 245處、118.06萬m，比“十五”末增加4 495處、359.55萬 m。其中，特長隧道 265處、113.80萬 m，長隧道1 218處、202.08萬m?！笆晃濉逼趦?nèi)，秦嶺終南山隧道、上海崇明隧橋、廈門翔安海底隧道等重大工程相繼建成[1]。

截止2011年3月，福建省高速公路建成通車2 400 km(其中雙向八車道高速公路230 km)，建成隧道達(dá)238.66 km/260座。目前在建高速公路里程2 160 km，其中隧道317.55 km/214座。

在山區(qū)鐵路、公路建設(shè)中，修建特長隧道是提高線形標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)陸路交通高速化、重載化的重要環(huán)節(jié)之一。為了提高施工進(jìn)度和滿足隧道運(yùn)營期通風(fēng)的要求，在長大隧道的中部均設(shè)置一定數(shù)量的斜井或豎井，考慮到出渣的需要，實(shí)踐中以大坡度斜井為主，然而大坡度斜井的施工遠(yuǎn)不同于小坡度隧道，具有一系列特殊的工程問題:大坡度斜井的高效開挖方式、通風(fēng)、出渣及運(yùn)輸安全等問題[2－5]。

本文以目前福建省在建最長的泰寧隧道為例，介紹大坡度斜井施工過程中的成功經(jīng)驗(yàn)，可為今后類似工程的實(shí)施提供參考和借鑒。

1 工程概況

泰寧隧道作為建(寧)泰(寧)高速公路的控制性工程，設(shè)計(jì)為雙洞單向行車，左洞為ZK17+675～ZK24+714，全長7 039 m，右洞為YK17+690～YK24+697，全長7 007 m，最大埋深約700 m，屬特長、大斷面、深埋、高地應(yīng)力隧道。為了增加開挖工作面，加快隧道施工進(jìn)度，結(jié)合運(yùn)營通風(fēng)的需要，泰寧隧道實(shí)施“長隧短打”、多斷面同時(shí)掘進(jìn)的方案，在進(jìn)口段前進(jìn)方向設(shè)置斜井。泰寧隧道斜井位于線路前進(jìn)方向右側(cè)，分左右兩洞，右斜井洞口位于右洞YK20+678，洞軸線右偏120 m，長度822.6 m，斜井洞身坡度為19.8%;左斜井洞口位于右洞YK20+681，洞軸線右偏142 m，長度609.8 m，洞身坡度為18.5%，最大埋深174 m。左右斜井各設(shè)送、排風(fēng)道，其中右斜井排風(fēng)道設(shè)計(jì)為施工加寬段，作為左右斜井和正洞斜井施工段的運(yùn)輸通道。斜井設(shè)計(jì)斷面尺寸如圖1所示。

隧道場區(qū)處于閩西華夏系武夷山脈隆起帶與新華夏系閩西隆起帶范圍內(nèi)，屬于斷塊差異活動區(qū)，斷裂構(gòu)造發(fā)育，多以擠壓性片理帶、裂隙密集帶、破碎帶及部分構(gòu)造角礫巖帶等出現(xiàn)。隧道區(qū)地下水主要為風(fēng)化基巖中的裂隙—孔隙水和構(gòu)造裂隙水;洞身圍巖主要為加里東期侵入巖花崗巖以及侏羅系下統(tǒng)或中統(tǒng)粉砂巖、砂巖類。隧道圍巖從洞口向里依次為Ⅴ，Ⅳ，Ⅲ和Ⅱ級;隧道場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件相對穩(wěn)定，但隧道在不同埋深下先后穿越7條斷層破碎帶，破碎帶寬度在5 m～37 m之間，破碎帶中巖體松散、破碎，自穩(wěn)能力差，遇水軟化，施工中極易發(fā)生坍塌、冒落和突水等事故。

圖1 斜井設(shè)計(jì)斷面

隧道采用新奧法設(shè)計(jì)和施工，鉆爆破法開挖，全斷面法爆破開挖，光面爆破技術(shù)，以減少爆破震動對圍巖的損傷，單循環(huán)開挖進(jìn)尺2.0 m，施工時(shí)右側(cè)斜井先行施工，左側(cè)隧道緊隨其后。

2 施工關(guān)鍵問題

2.1 開挖方式

泰寧隧道斜井由于大角度向下傾斜，因此，爆破產(chǎn)生的炮渣已經(jīng)不是水平向外拋射，而是斜向上拋射，尤其是掏槽孔向外拋射的阻力更大，拋射距離更短，導(dǎo)致掏槽和整個(gè)爆破效果較差。泰寧隧道斜井初始設(shè)計(jì)的爆孔布置如圖2所示。

圖2 掌子面爆破炮孔布置圖

掌子面爆破開挖的爆破參數(shù)如表1所示。

表1 爆破開挖參數(shù)表

按照以上爆孔布置和爆破參數(shù)施工，掏槽效果非常差，爆渣拋擲距離僅有11 m左右，塊度普遍較大，同時(shí)爆破震動速度過大，導(dǎo)致爆破時(shí)初期支護(hù)噴射的混凝土脫落，監(jiān)測得到的最大爆破震動速度達(dá)到43 cm/s，其爆破震動速度時(shí)程曲線如圖3所示。

圖3 爆破震動速度時(shí)程曲線圖

經(jīng)過不斷試驗(yàn)優(yōu)化，泰寧隧道斜井的爆破方式由簡單掏槽方式改為復(fù)合掏槽，此方法僅增加4個(gè)炮孔但不增加炸藥用量，使掏槽效果大為改觀，爆渣塊度大小適中，最大爆破震動隧道也降低到25 cm/s以下，復(fù)合掏槽方式如圖4所示。

圖4 優(yōu)化前后的掏槽方式

2.2 斜井安全運(yùn)輸

2.2.1 出渣組織

施工出渣時(shí)，我們結(jié)合工程實(shí)際情況，將右斜井作為上行路線，左斜井作為下行線路，利用左右斜井之間的臨時(shí)通道，運(yùn)輸車輛沿左洞斜井下行線路進(jìn)入各個(gè)施工區(qū)間后掉頭裝渣，然后沿左側(cè)進(jìn)入右洞斜井上行運(yùn)輸，完成一次出渣(見圖5)。

圖5 出渣組織

2.2.2 設(shè)置安全避險(xiǎn)車道

隧道出渣運(yùn)輸方式采用無軌運(yùn)輸，困難具體體現(xiàn)在:坡度大，斷面小，洞內(nèi)涌水較多，小斷面運(yùn)輸距離較長，在車輛失靈時(shí)容易一溜到底，存在安全隱患。因此，在斜井段實(shí)際施工時(shí)，每隔150 m設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道，并兼作斜井施工時(shí)車輛掉頭使用，如圖6所示。

緊急避險(xiǎn)車道長25 m，下坡方向洞壁內(nèi)設(shè)2 m厚3.5 m高砂袋墻，外設(shè)1.5 m厚3 m高廢舊輪胎堆碼，內(nèi)壁設(shè)2 m厚3.5 m高砂袋墻，作為車輛制動失靈時(shí)撞擊緩沖。

2.2.3 增設(shè)車輛緩沖平臺

載重車輛從井底往斜井口行駛時(shí)，坡長路陡，容易發(fā)生故障，而下行載重車輛也容易產(chǎn)生慣性力疊加的問題，因此設(shè)置車輛緩沖平臺予以解決。平臺長30 m，每隔300 m設(shè)置一處，縱坡為3%，如圖7所示。

2.2.4 設(shè)置車輛檢修平臺

斜井施工由于坡度大，車輛存在的最大安全隱患，保持車輛的性能良好成為一項(xiàng)很重要的日常工作，出渣車輛用新購置的、爬坡性能強(qiáng)的歐曼310，同時(shí)配備檢修人員，對車輛進(jìn)行定期檢查和每日的班前檢查，特別是車輛的制動系統(tǒng)，出渣前仔細(xì)檢查，由專職安全員負(fù)責(zé)每日的車輛進(jìn)洞前檢查，做到有檢查、有維修、有記錄，同時(shí)在隧道洞口和斜井與正洞交接處設(shè)置上下交通協(xié)管員，指導(dǎo)進(jìn)出斜井車輛有序通過。

圖6 安全避險(xiǎn)車道示意圖（單位：m）

圖7 車輛緩沖平臺示意圖

2.2.5 坡度調(diào)整

按照原設(shè)計(jì)，左斜井坡比為19.8%，右斜井坡比為18.5%，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，出渣車輛爬坡時(shí)，斜井設(shè)計(jì)較適宜坡度在15%以內(nèi)，特別是進(jìn)入正洞施工時(shí)，運(yùn)渣車輛每天任務(wù)重，車輛維修、保養(yǎng)次數(shù)增多，而且車輛經(jīng)過一年的施工，性能在一定程度上都有所降低，如采用無軌運(yùn)輸，出渣時(shí)對于斜長800多米，坡度18.5%的陡坡斜井，施工中存在的安全隱患相對增多，為有效地減少安全隱患，經(jīng)專家論證后，原設(shè)計(jì)右斜井坡度18.5%，在樁號JYK0+297處設(shè)置緩沖平臺，往正洞方向坡度由原設(shè)計(jì)18.5%變更為13.5%，右斜井作為車輛上行通道，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，在后期施工中，特別是出渣車輛運(yùn)輸，效率得到了提高，安全得到了更有效的保障。

2.3 隧道通風(fēng)

斜井施工初期，在每個(gè)洞口設(shè)置一臺110 kW×2軸流風(fēng)機(jī)，采用壓入式通風(fēng)方式，風(fēng)力可以滿足施工需要。在斜井進(jìn)入正洞后，為了改善通風(fēng)條件，最大限度保證洞內(nèi)空氣清潔，左洞風(fēng)帶改由左洞排風(fēng)道進(jìn)入左正洞，并在斜井和正洞交叉處設(shè)三通，往上、下行掌子面送風(fēng);后期施工在右斜井排風(fēng)道、左斜井臨時(shí)通道與正洞交叉口處分別增設(shè)1臺55 kW射流風(fēng)機(jī)，使洞內(nèi)空氣流動速度加快，利于洞內(nèi)污濁空氣的排出。

為防止左、右洞通風(fēng)時(shí)串風(fēng)，在左右洞臨時(shí)通道和先期開挖的車行橫洞、人行橫洞口設(shè)置活動棉門簾，在通風(fēng)時(shí)拉上門簾，防止串風(fēng)。

2.4 隧道排水

2.4.1 斜井段排水

泰寧隧道左、右斜井均為大坡度反坡施工，掌子面積水嚴(yán)重，施工中采用在成洞段分段設(shè)置集水坑，然后將反坡向掌子面積水采用水泵排到集水井，集中排出洞外。

集水井設(shè)置:斜井段排水管用φ100鋼管，法蘭連接，在掌子面設(shè)臨時(shí)集水坑，里面設(shè)一臺5 kW潛水泵，用軟管接到φ100排水管，在180 m范圍內(nèi)直接抽出洞外，超出180 m后，隔150 m設(shè)置集水坑，右斜井共設(shè)置集水井5個(gè)，左斜井4個(gè)，由集水坑中所設(shè)潛水泵接力抽出洞外，同時(shí)，路面排水在路面調(diào)平層施工時(shí)，每隔100 m埋設(shè)[10槽鋼，將路面積水通過槽鋼引入排水溝。

2.4.2 正洞段排水

斜井施工完成，進(jìn)入正洞后，排水量較大，設(shè)計(jì)涌水量正洞段和斜井段為5 756 m3/d(其中斜井段為1 352 m3/d)，抽水任務(wù)較大，通過綜合計(jì)算，在進(jìn)入正洞施工后，采用集中排水，在左斜井ZK21+307處左側(cè)設(shè)置約80 m3的集水井，將隧道所用積水都引入左正洞集水井，從集水井通過左斜井一次抽到洞外排出。抽水設(shè)備采用兩臺DA1/25/30×5多級離心泵，流量30 m3/h，揚(yáng)程175 m、功率30 kW，由6個(gè)人分兩班負(fù)責(zé)隧道抽水，每天抽水約16 h，同時(shí)，備用一臺D155－30×4單吸多級離心泵，流量191 m3/h，揚(yáng)程135 m、功率90 kW，在水量增大，出現(xiàn)突發(fā)事故時(shí)啟用。

正洞內(nèi)建寧方向(上坡開挖)涌水順洞內(nèi)臨時(shí)側(cè)式排水溝自流至集水井內(nèi)，泰寧方向(下坡開挖)涌水分段設(shè)集水坑，并在掌子面設(shè)臨時(shí)集水坑，用5 kW潛水泵分段接力排至集水井內(nèi)，斜井段流水通過洞內(nèi)排水溝自然流到集水井，抽水由專人負(fù)責(zé)，將積水順利排出洞外。

3 結(jié)語

泰寧隧道大坡度斜井的施工中，面臨高效開挖方式、通風(fēng)、出渣及運(yùn)輸安全等一系列工程問題，但成功得以解決，其成功的經(jīng)驗(yàn)方法可為類似條件下隧道工程的設(shè)計(jì)、施工提供參考和借鑒，總結(jié)如下:

1)將簡單掏槽方式優(yōu)化為復(fù)合掏槽的形式，大大提高了掏槽和爆破效果，控制爆破震動，但不需要增加炸藥用量和增加少量鉆孔。2)通過合理的運(yùn)輸組織、設(shè)置避險(xiǎn)車道、設(shè)置車輛避險(xiǎn)平臺、車輛檢修平臺和調(diào)整坡度等方案，確保了施工運(yùn)輸組織的安全高效。3)對大坡度斜井施工過程中的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，保證了隧道內(nèi)施工所需風(fēng)量。

[1] 中華人民共和國交通運(yùn)輸部.2010年公路水路交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].

[2] CREMER F，JONG de W，SCHUTTE K.Fusion of polarimetric infrared features and GPR features for landmine detection[C]//The 2nd International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar(IWAGPR).Delft，Netherlands: [s.n.]，2003:1－6.

[3] 王夢恕.大瑤山隧道——20世紀(jì)隧道修建新技術(shù)[M].廣州:廣東科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[4] 王夢恕.對巖溶地區(qū)隧道施工水文地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的意見[J].鐵道勘查，2004(1):7－9.

[5] 趙永貴，劉 浩，孫 宇.隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2003，18(3):460－464.