姬 鴿

（長平高速公路建設(shè)管理處，山西 長治 046000）

0 引言

目前國內(nèi)修建的10 km以上的特長隧道，通常設(shè)置輔助坑道，采用分段送排風(fēng)等特殊通風(fēng)方式來實(shí)現(xiàn)施工和運(yùn)營期的通風(fēng)要求[1]，也能在施工期提供多個(gè)工作面加快施工進(jìn)度。但由于隧道較長，掘進(jìn)方法、通風(fēng)方式和施工組織設(shè)計(jì)等，成為影響隧道掘進(jìn)速度的重要因素。

虹梯關(guān)特長隧道全長13.1 km，為左右線分離式隧道，是連接山西長治至河南安陽高速公路的組成部分，是目前國內(nèi)第三長大公路隧道。該隧道施工分兩個(gè)標(biāo)段，其中由中鐵十二局承建隧道進(jìn)口的施工任務(wù)，左洞長7 212 m，右洞長7 227 m。在隧道線路右側(cè)設(shè)置左右洞通風(fēng)1、2號(hào)斜井及1號(hào)地下風(fēng)機(jī)房，與正洞平面交角24°40′15″，傾角22°30′，斜井長690 m。

隧道進(jìn)口自2009年12月22日橫洞施工到位進(jìn)入正洞施工，計(jì)劃于2012年底建成通車，平均進(jìn)度為200 m/月。為加快工程建設(shè)進(jìn)度，在正洞施工中通過采用水壓爆破、巷道式通風(fēng)等技術(shù)，合理組織施工，有效地提高了施工進(jìn)度，并創(chuàng)造了人工鉆爆法施工單月獨(dú)頭掘進(jìn)556 m的世界紀(jì)錄。

1 隧道地質(zhì)情況

對虹梯關(guān)特長隧道有影響的構(gòu)造主要為虹梯關(guān)構(gòu)造褶皺帶，該帶北起轎頂山，向南經(jīng)虹梯關(guān)、亂石灘、寺頭、杏城、西風(fēng)子嶺、水溝、后蔓，延伸至樹掌鎮(zhèn)，是西安里構(gòu)造巖漿巖帶東帶的北段，長度大于30 km，影響寬度2～6 km不等，軸際走向總體呈NNE5～10°展布，北端虹梯關(guān)—轎頂山—帶軸跡折向北東，20°～60°走向。

該構(gòu)造褶皺帶主要影響奧陶系馬家溝組地層，由于巖漿侵位，使得馬家溝組地層向上隆起形成軸跡NNE5～10°的復(fù)背斜構(gòu)造。而其波及的東西兩側(cè)地層中形成一系列NNE向背向斜構(gòu)造，呈雁行式排列，小井溝向斜、北溝向斜、老凹嶺背斜、柳樹溝背斜等。該構(gòu)造巖漿巖帶核部局部膨大，燕山期呈蓋狀產(chǎn)出的閃長巖體呈串珠狀出露。主背斜構(gòu)造結(jié)構(gòu)面近于直立，沿走向、傾向均有不同程度的舒緩波狀彎曲。兩翼產(chǎn)狀較緩，西翼產(chǎn)狀270°～320°∠5°～8°；東翼產(chǎn)狀為100°～140°∠5°～20°。

隧道一般埋深200～400 m，最大埋深600 m，隧道圍巖主要巖性為白云巖、灰?guī)r，巖石單軸抗壓強(qiáng)度較高，為61.5～89.8 MPa，屬堅(jiān)硬巖。

2 施工組織的優(yōu)化

2.1 采用水壓爆破技術(shù)

2.1.1 水壓爆破原理

隧道掘進(jìn)水壓爆破技術(shù)利用在水中傳播的爆破應(yīng)力波對水的不可壓縮性，使爆炸能量經(jīng)過水傳遞到炮眼圍巖中幾乎無損失，十分有利于巖石破碎。同時(shí)，水在爆炸氣體膨脹作用下產(chǎn)生的“水楔”效應(yīng)有利于巖石進(jìn)一步破碎，炮眼中有水可以起到霧化降塵作用，大大降低粉塵對環(huán)境的污染。

2.1.2 水壓爆破優(yōu)點(diǎn)

a）由于炮泥采用的土∶砂∶水按比例0.75∶0.10∶0.15配制[2]，炮泥曬后比純土堅(jiān)實(shí)、密度大，比純土堵塞效果好。

b）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果分析，水壓爆破產(chǎn)生的粉塵實(shí)測值為1.19 mg/m3，洞內(nèi)粉塵降低了46%以上，常規(guī)爆破需要30 min后才能到掌子面排險(xiǎn)，水壓爆破僅15 min左右即可進(jìn)行后續(xù)施工。

c）每循環(huán)爆破炸藥可節(jié)省6%，進(jìn)尺比常規(guī)爆破提高 20～40 cm，按Ⅱ級(jí)圍巖斷面設(shè)計(jì)為80.22 m3/m，則每循環(huán)可多出渣16～32 m3。

水壓爆破技術(shù)與常規(guī)爆破技術(shù)相比，縮短了后續(xù)施工等待時(shí)間，提高炸藥能量利用率和施工效率，改善了施工作業(yè)環(huán)境。

2.2 改進(jìn)通風(fēng)措施

在隧道獨(dú)頭掘進(jìn)至2 000 m以上后，采用壓入式通風(fēng)的隧道內(nèi)空氣質(zhì)量污濁，能見度低，通風(fēng)排煙時(shí)間延長至30 min方能進(jìn)行測量放樣，大大制約了隧道施工進(jìn)度。為縮短通風(fēng)排煙時(shí)間，采用巷道式通風(fēng)，取得了良好的效果。

2.2.1 巷道式通風(fēng)原理

巷道式通風(fēng)是利用通風(fēng)設(shè)備改變隧道內(nèi)空氣壓力，使污濁空氣從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，最終排出隧道，形成一個(gè)循環(huán)，適用于兩洞間設(shè)車行橫通道的雙洞隧道。

通風(fēng)時(shí)，空氣在左（右）洞送風(fēng)機(jī)組前為正常大氣壓力，經(jīng)送風(fēng)機(jī)組將空氣壓入施工作業(yè)面形成高壓區(qū)，設(shè)置有排風(fēng)機(jī)的右（左）洞形成低壓區(qū)，作業(yè)面高壓空氣經(jīng)隧道橫通道流向低壓區(qū)，經(jīng)吸風(fēng)機(jī)送出洞外。

2.2.2 巷道式通風(fēng)方案

表1 常用風(fēng)機(jī)的主洞供風(fēng)最大距離

根據(jù)表1所示情況，通風(fēng)機(jī)選用SDF（B）—No.12.5型軸流風(fēng)機(jī)（高效風(fēng)量為2 385 m3/min，全壓為5 355 Pa，電機(jī)功率為110×2 kW），在隧道掘進(jìn)施工至2 km時(shí)通風(fēng)機(jī)功率及通風(fēng)量不能滿足施工要求。經(jīng)研究，隧道改為巷道式通風(fēng)方案后隧道壓入式通風(fēng)距掌子面距離確保在1 km以內(nèi)，確保掌子面空氣質(zhì)量。

a）第一階段 在右洞右側(cè)的臨時(shí)橫洞口設(shè)置2臺(tái)SDF—No.12.5風(fēng)機(jī)，分別引入到左右洞，將新鮮空氣送至工作面，污濁空氣沿洞身排出洞外。

b）第二階段 施工長度大于1 900 m時(shí)，將臨時(shí)橫洞口通風(fēng)機(jī)移至距掌子面第二個(gè)車行橫洞處；在左洞洞口位置設(shè)置1臺(tái)抽風(fēng)機(jī)并封閉風(fēng)機(jī)斷面；距掌子面第一個(gè)車行橫洞開放，對已貫通的其他車行、人行通道進(jìn)行封閉；新鮮空氣由右洞口和臨時(shí)橫洞進(jìn)入右洞內(nèi)，經(jīng)風(fēng)機(jī)壓到右洞掌子面，污染空氣經(jīng)距掌子面返回至第一個(gè)橫洞進(jìn)入左洞，在左洞抽風(fēng)機(jī)的作用下，以左洞作為污染空氣的排除通道，使右洞和左洞之間形成巷道通風(fēng)（見圖1）。

隨著開挖距離的增加，通風(fēng)機(jī)與抽風(fēng)機(jī)向前推進(jìn)一個(gè)車行橫洞距離，通風(fēng)車行橫洞相應(yīng)向前推進(jìn)，原通風(fēng)車行橫洞進(jìn)行封堵。以此方式類推，隧道通風(fēng)設(shè)備只需要3臺(tái)風(fēng)機(jī)，就可以用到工程結(jié)束。

圖1 第二階段排風(fēng)設(shè)置平面示意圖

2.2.3 巷道式通風(fēng)優(yōu)點(diǎn)

循環(huán)式巷道通風(fēng)方式與傳統(tǒng)壓入式通風(fēng)相比，大大節(jié)約了通風(fēng)設(shè)備投入，為移動(dòng)空壓機(jī)進(jìn)洞提供了必備條件，直接減少材料和設(shè)備投入達(dá)1 000多萬元。采用巷道式通風(fēng)后，虹梯關(guān)隧道單口掘進(jìn)達(dá)5 700 m時(shí)隧道內(nèi)空氣依舊清新，完全符合施工環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 優(yōu)化工序銜接

a）在確保施工開挖質(zhì)量和安全的前提下，盡可能地把各工序間銜接進(jìn)行壓縮，將原來的叫班制改為等班制，各工班人員、機(jī)械設(shè)備，在上一工作未完前半小時(shí)前進(jìn)入施工現(xiàn)場等待。

b）采用9臺(tái)美國壽力空壓機(jī)確保施工動(dòng)力用風(fēng)，掌子面開挖風(fēng)槍由原來的28臺(tái)增加至35臺(tái)（3臺(tái)風(fēng)槍掌子面?zhèn)溆茫?，確保開挖在120 min內(nèi)完成，出碴采用每掌子面2臺(tái)380型裝載機(jī)裝碴，10臺(tái)北方奔馳汽車出碴，使裝碴時(shí)間由原來的3個(gè)小時(shí)縮短至2個(gè)小時(shí)。

c）在掌子面圍巖完整性較好的情況下，采取噴錨封閉與掌子面開挖平行作業(yè)。即在距離開挖面50～80 m處另外安排1臺(tái)噴錨封閉臺(tái)車，這樣為掌子面施工每循環(huán)可縮短近30 min時(shí)間。

3 結(jié)束語

施工工期對特長隧道的施工成本有著重要影響，實(shí)踐證明，對于隧道鉆爆法施工通過水壓爆破、巷道式通風(fēng)和優(yōu)化施工工序，能有效減少施工循環(huán)周期，達(dá)到加快施工進(jìn)度、縮短施工工期的目的。