吳發(fā)展

（中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471009）

木寨嶺隧道泥巖夾砂巖段快速施工技術(shù)研究

吳發(fā)展

（中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471009）

長(zhǎng)大隧道在工程建設(shè)中往往起控制作用，最大限度地利用有限的空間，細(xì)致嚴(yán)密的施工組織管理，快速施工對(duì)提高施工效率有重要意義，對(duì)木寨嶺隧道泥巖夾砂巖地段快速施工進(jìn)行了探討，結(jié)果表明：（1）快速施工的關(guān)鍵就是確?，F(xiàn)場(chǎng)組織嚴(yán)密、工序緊湊，實(shí)現(xiàn)工序間的零交接，領(lǐng)工員是現(xiàn)場(chǎng)施工組織的核心。（2）連接筋采用套管連接，便于現(xiàn)場(chǎng)安設(shè)，節(jié)省了架立鋼拱架的時(shí)間，（3）通過(guò)建立循環(huán)時(shí)間考核機(jī)制，調(diào)動(dòng)了工人積極性，既實(shí)現(xiàn)快速施工，又有效控制了施工成本。（4）臺(tái)階法實(shí)行平行作業(yè)，循環(huán)時(shí)間短，施工效率高，臺(tái)階快速封閉，有效控制了軟巖變形，實(shí)現(xiàn)安全快速施工。

鐵路隧道；兩臺(tái)階法開(kāi)挖；標(biāo)準(zhǔn)化施工；快速施工

隨著道路交通的發(fā)展，長(zhǎng)大隧道越來(lái)越多，長(zhǎng)大隧道在工程建設(shè)中往往起控制作用，隧道施工空間小、不利于設(shè)備、物資等資源的展開(kāi)，實(shí)現(xiàn)快速施工需要最大限度地利用有限的空間，保證先進(jìn)技術(shù)的發(fā)揮，細(xì)致嚴(yán)密的施工組織管理，文明有序的施工環(huán)境，快速施工對(duì)提高施工效率有重要意義。陳科志［1］對(duì)軟巖隧道快速施工影響因素進(jìn)行了研究，結(jié)合實(shí)際工程通過(guò)3D數(shù)值模擬了二臺(tái)階預(yù)留核心土法，論證了其可行性。陳慶懷等［2］根據(jù)武廣客專(zhuān)大斷面隧道V級(jí)軟弱圍巖情況，采取了CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑、三臺(tái)階臨時(shí)仰拱工法比選，科學(xué)地選擇三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，加強(qiáng)施工管理，月平均成洞85m，為軟弱圍巖快速施工起到了示范作用。馮忠居等［3］針對(duì)有明顯流變特性的泥巖隧道，采用有限元分析軟件，環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法是合理可行的。快速施工要求隧道開(kāi)挖后的斷面在盡可能短的時(shí)間內(nèi)快速閉合，快速施工是提高軟弱圍巖隧道穩(wěn)定性的基本要求。文中以木寨嶺隧道工程為例，對(duì)泥巖夾砂巖IV級(jí)圍巖地段快速施工進(jìn)行了探討。

1 工程概況

蘭渝鐵路木寨嶺隧道位于甘肅省定西市，起于漳縣大草灘鎮(zhèn)止于岷縣梅川鎮(zhèn)，線(xiàn)路基本呈北南走向，坡度12.8‰，全長(zhǎng)19020m。木寨嶺隧道為雙洞單線(xiàn)，正洞開(kāi)挖面積80.77m2。隧道DK189+650～DK192+400段為泥巖夾砂巖（EMs+Ss），以棕紅色泥巖為主，含灰綠色團(tuán)塊，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀構(gòu)造，固結(jié)成巖作用差，成份為粘土礦物，其中砂巖類(lèi)夾層為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀構(gòu)造，固結(jié)成巖作用差，成份為粘土礦物，其中砂巖類(lèi)夾層為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，Ⅰ級(jí)軟石σ0= 400Kpa。

2 兩臺(tái)階法開(kāi)挖

上臺(tái)階采用6把風(fēng)鉆鉆孔，需風(fēng)量為20m3/h，考慮到供風(fēng)距離及風(fēng)管中間由鋼管過(guò)渡到橡膠軟風(fēng)管，風(fēng)壓損耗較大，配備了兩臺(tái)型號(hào)為P950E-160kw的移動(dòng)式空壓機(jī)，上臺(tái)階鉆爆破孔約55個(gè)，下臺(tái)階約40個(gè)，鉆孔深度1.3m。下臺(tái)階高度約4.5m，循環(huán)進(jìn)尺1.2m，左右錯(cuò)進(jìn)，錯(cuò)開(kāi)1～2榀拱架，拱架接腿后進(jìn)行鉆眼及錨桿施工。下臺(tái)階接腿、鉆眼時(shí)間短，上臺(tái)階施工時(shí)間長(zhǎng)，因而人員、設(shè)備的組織以確保上、下臺(tái)階施工同時(shí)完成為關(guān)鍵。

施工中堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、早封閉、勤量測(cè)”的原則。每循環(huán)開(kāi)挖爆破嚴(yán)格控制進(jìn)尺，開(kāi)挖進(jìn)尺主要考慮拱架支護(hù)間距，一般1.0～1.5m，一次一榀拱架，做好拱架鎖腳處理，及時(shí)施做初期支護(hù)，以減少超挖，控制成本和噴混凝土作業(yè)時(shí)間。實(shí)踐證明，進(jìn)尺越大，超挖越大，既不利成本控制，作業(yè)循環(huán)時(shí)間也會(huì)加大，進(jìn)度并不能加快。

兩臺(tái)階法開(kāi)挖的工序少，具有較好的安全性和地層適應(yīng)性，便于施工組織和施工管理，施工速度快，可快速封閉成環(huán)，有利于控制隧道上斷面的沉降變形。相對(duì)空間大，可實(shí)施無(wú)軌運(yùn)輸，發(fā)揮大型施工機(jī)械的效能，提高施工效率。開(kāi)挖進(jìn)度月均120～140m。

3 拱架標(biāo)準(zhǔn)化施工

裝配式拱架構(gòu)件在隧道外加工成品，加工場(chǎng)集中加工，按設(shè)計(jì)單元尺寸下料分節(jié)焊接制作，試拼檢查拱架總裝尺寸符合要求后方可投入使用。

由于拱架連接在現(xiàn)場(chǎng)焊接一般不易達(dá)到要求，且費(fèi)時(shí)，所以改變以前的搭接焊接工藝，特殊設(shè)計(jì)的套筒、連接筋方式（如圖1所示），減少了現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，壓縮了開(kāi)挖作業(yè)循環(huán)時(shí)間，這是快速施工組織的技術(shù)之一。

圖1 鋼架套管連接圖

隧道拱架間縱向連接裝配式裝置包括套管和連接筋［4］。連接筋的兩端同向彎曲構(gòu)成U型連接筋，且其兩端分別插入所對(duì)應(yīng)的套管內(nèi)；套管為兩個(gè)且分別固聯(lián)在兩個(gè)拱架的內(nèi)側(cè)。套筒、連接筋的方式便于裝配、節(jié)約時(shí)間，連接牢固。解決了在拱架變形后，連接筋的焊接處易出現(xiàn)斷裂的問(wèn)題，提高了拱架整體的支護(hù)能力。

4 平行作業(yè)

優(yōu)化施工組織，重視細(xì)節(jié)管理，充分利用既有設(shè)備，增加勞動(dòng)力投入，開(kāi)創(chuàng)多工作面平行作業(yè)，控制各工序施工質(zhì)量，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，在同一時(shí)間段內(nèi)完成多個(gè)工序的施作，有效地縮短循環(huán)時(shí)間。

上臺(tái)階立拱、鉆眼、打錨桿與下臺(tái)階出碴、接腿、鉆眼、打錨桿同步進(jìn)行［5］，上臺(tái)階扒碴是單工序作業(yè)，占用整體循環(huán)時(shí)間，上臺(tái)階架立拱部型鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、錨桿施工初期支護(hù)時(shí)，下臺(tái)階出碴，即上臺(tái)階的初期支護(hù)與下臺(tái)階出碴實(shí)行平行作業(yè)，下臺(tái)階出碴不單獨(dú)占用循環(huán)時(shí)間。

在作業(yè)空間允許的情況下，配置多臺(tái)噴射混凝土機(jī)，壓縮噴射混凝土的時(shí)間，上、下臺(tái)階利用3臺(tái)混凝土噴射機(jī)同時(shí)作業(yè)，從而極大地壓縮了循環(huán)作業(yè)時(shí)間。

仰拱施工通過(guò)搭設(shè)仰拱棧橋，與掌子面的開(kāi)挖工序同步，不占用整個(gè)工序循環(huán)的時(shí)間。為了保證運(yùn)輸通暢，減少施工干擾，采用簡(jiǎn)易棧橋單獨(dú)施工，棧橋由I30b工字鋼加工而成，長(zhǎng)12m，單幅寬112cm，承重50T，每個(gè)掌子面配備2～3副棧橋。仰拱是隧道的薄弱部位，強(qiáng)調(diào)及時(shí)封閉，整體施做，采用全幅開(kāi)挖，開(kāi)挖混凝土灌注方式，仰拱緊跟開(kāi)挖面有利于隧道快速封閉，控制沉降變形。

5 施工通風(fēng)

通風(fēng)是保證長(zhǎng)大隧道快速施工的重要環(huán)節(jié)［6］，可改善隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境，提高工作效率。為能盡快將洞內(nèi)污濁空氣排出洞外，滿(mǎn)足掌子面作業(yè)對(duì)空氣質(zhì)量要求，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，便于安全快速施工，采用壓入式通風(fēng)方式。在洞外距離洞口大于30m的位置上風(fēng)向布設(shè)大功率風(fēng)機(jī)，無(wú)軌運(yùn)輸情況下，選用大功率、高效能的通風(fēng)機(jī)是關(guān)鍵，借助通風(fēng)管將洞外的新鮮空氣壓入隧道內(nèi)的工作面，壓入的新鮮空氣一方面直接稀釋了有害氣體濃度，另一方面增高洞內(nèi)空氣壓力，促使洞內(nèi)有害煙塵向洞外流動(dòng)，降低了隧道掌子面工作環(huán)境的有害氣體和粉塵濃度［7］。

由專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工通風(fēng)管理和實(shí)施，配置的技術(shù)人員、通風(fēng)工人經(jīng)過(guò)培訓(xùn)上崗，現(xiàn)場(chǎng)交班，通風(fēng)方案的實(shí)施與調(diào)整由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)完成。風(fēng)管在施工空間允許的條件下，選用較大直徑和每節(jié)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的，以降低風(fēng)阻，減少風(fēng)管接頭。風(fēng)管的安裝做到平順，接頭牢固不漏風(fēng)，減少管路沿程阻力和局部阻力。通風(fēng)管理人員每天對(duì)風(fēng)量、風(fēng)速進(jìn)行一次檢測(cè)，確保風(fēng)量、風(fēng)速符合要求。通風(fēng)方案實(shí)施后，通過(guò)管路的進(jìn)出口風(fēng)量、通風(fēng)阻力、工作面有害味氣體濃度變化的測(cè)試，檢查通風(fēng)方案的效果。

6 工序協(xié)調(diào)

隧道快速施工追求的應(yīng)是整體的速度［8］，各工序協(xié)調(diào)，上道工序不給下道工序留下隱患，轉(zhuǎn)序過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，追究前道工序施工和管理人員責(zé)任，保證下道工序順暢施工。單工序高速度而其它工序跟不上，將造成施工秩序混亂，不但實(shí)現(xiàn)不了快速施工，反會(huì)形成安全和質(zhì)量隱患。

隧道施工受到作業(yè)空間的限制，各工序之間相互相互制約，平行或交錯(cuò)作業(yè)只能有限度的組織實(shí)施，隧道開(kāi)挖是制約工期的關(guān)健工序，但過(guò)快的開(kāi)挖進(jìn)度，造成支護(hù)、襯砌嚴(yán)重滯后，可能會(huì)造成施工步距超標(biāo)，已開(kāi)挖地段不能及時(shí)封閉，因此開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌三者必須做到協(xié)調(diào)發(fā)展［9］。

7 循環(huán)時(shí)間考核機(jī)制

根據(jù)每個(gè)作業(yè)面的圍巖類(lèi)別、人員配備、開(kāi)挖進(jìn)尺，定出每個(gè)循環(huán)的作業(yè)時(shí)間和獎(jiǎng)罰標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)時(shí)間以整工作面交接進(jìn)行考核，交接在掌子面完成，做到零交接、零誤時(shí)。開(kāi)挖進(jìn)尺由測(cè)量人員收方，循環(huán)時(shí)間由領(lǐng)工員統(tǒng)計(jì)，調(diào)度室對(duì)循環(huán)時(shí)間進(jìn)行考核。在額定循環(huán)時(shí)間的基礎(chǔ)上按節(jié)超每分鐘3元進(jìn)行獎(jiǎng)罰，循環(huán)獎(jiǎng)當(dāng)日簽認(rèn)，每旬兌現(xiàn)一次，讓循環(huán)時(shí)間節(jié)約者受益，極大地提高了作業(yè)人員的積極性，起到了鼓勵(lì)和教育人的作用。工班為了節(jié)約循環(huán)時(shí)間，想方設(shè)法壓縮各個(gè)工序時(shí)間，如提前做好工序前的準(zhǔn)備工作，盡量實(shí)行平行作業(yè)等，考核機(jī)制起到了以制度管施工的良性作用［10］，樹(shù)立起全心全意為了掌子面的觀(guān)念。

8 結(jié)論

1）快速施工的關(guān)鍵就是確?，F(xiàn)場(chǎng)組織嚴(yán)密、工序緊湊，實(shí)現(xiàn)工序間的零交接，關(guān)鍵線(xiàn)路的主要工序配足人員及設(shè)備，縮短主要工序時(shí)間。領(lǐng)工員是現(xiàn)場(chǎng)施工組織的核心。

2）連接筋采用套管連接，便于現(xiàn)場(chǎng)安設(shè)，節(jié)省了架立鋼拱架的時(shí)間，確保了施工質(zhì)量。

3）通過(guò)設(shè)立循環(huán)時(shí)間獎(jiǎng)手段，調(diào)動(dòng)了工人積極性，既實(shí)現(xiàn)快速施工，又有效控制了施工成本。

4）從應(yīng)用效果看，臺(tái)階法實(shí)行平行作業(yè)，循環(huán)時(shí)間短，施工效率高，臺(tái)階法閉合時(shí)間短，臺(tái)階快速封閉，有效控制了軟巖變形，具有較好的地層適應(yīng)性，能實(shí)現(xiàn)安全快速施工，是軟巖隧道快速施工中較好和可推廣的方法。

［1］ 陳科志.軟巖隧道快速施工影響因素研究［D］.北京交通大學(xué)，2012.6.

［2］ 陳慶懷，姜永濤.大斷面客專(zhuān)隧道軟弱圍巖快速施工探討［J］.隧道建設(shè)，2009（增刊）：18-23.

［3］ 馮忠居，朱登遠(yuǎn)，彭小兵，等.泥巖隧道施工技術(shù)對(duì)圍巖的影響及其數(shù)值模擬分析［J］.公路，2013（12）：224-229.

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