陶益勝，劉斌，劉巖，楊家寧

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100073）

1 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)了各類型工程項(xiàng)目規(guī)模的擴(kuò)大，特長隧道逐漸成為我國交通工程的重要組成部分，拉近了各區(qū)域間的聯(lián)系，促使區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。但特長隧道的施工條件復(fù)雜、施工難度較大，施工活動(dòng)中的不確定因素較多，給施工工程的順利開展埋下諸多隱患。本文主要探討特長隧道施工技術(shù)難點(diǎn)，并針對(duì)性地提出防治措施，確保特長隧道整體施工安全。

2 項(xiàng)目概況

某鐵路工程分兩期施工，特長隧道施工作為一期工程，施工長度為1 256 km。鐵路等級(jí)為客運(yùn)專線，正線數(shù)目為雙線。該隧道工程標(biāo)準(zhǔn)斷面采用單心圓曲墻型內(nèi)輪廓，線路中線與隧道中線相重合，結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱。

3 特長隧道施工技術(shù)難點(diǎn)

根據(jù)該鐵路工程特長隧道施工情況可知，技術(shù)難點(diǎn)涉及通風(fēng)施工、塌方治理、巖爆問題以及涌水治理等。

3.1 通風(fēng)施工問題

根據(jù)特長隧道施工活動(dòng)的實(shí)際開展情況來看，通風(fēng)施工技術(shù)難點(diǎn)有3 個(gè)：（1）在施工活動(dòng)中主要運(yùn)輸方式為無軌運(yùn)輸，因而汽車尾氣污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重；（2）隨著特長隧道挖掘長度增加，加上坡度及其他因素的影響，會(huì)導(dǎo)致空氣流通難題[1]；（3）在隧道洞口存在二次襯砌臺(tái)車與較大截面，導(dǎo)致施工風(fēng)阻較大。以上因素促使隧道通風(fēng)施工技術(shù)難以有效運(yùn)用。

3.2 塌方問題

在該項(xiàng)目中，因?yàn)樗淼赖刭|(zhì)條件復(fù)雜，加上鉆探條件的限制，后期施工過程中極有可能出現(xiàn)新的變化，導(dǎo)致原先設(shè)計(jì)的襯砌結(jié)構(gòu)不能滿足支護(hù)要求。長時(shí)間后，圍巖松動(dòng)風(fēng)化、地層出露，最終導(dǎo)致隧道塌方，嚴(yán)重威脅施工人員的生命安全。

3.3 巖爆問題

因?yàn)樘亻L隧道貫穿山體較長，埋深較深，導(dǎo)致施工過程中極有可能出現(xiàn)巖爆問題。一般情況下，產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象有兩個(gè)決定性因素：地應(yīng)力與巖性。尤其在該工程中，因?yàn)榇嬖诨旌下閹r段，再加上部分區(qū)域埋深大于200 m，極易形成巖爆，為施工活動(dòng)的正常開展埋下隱患。一旦發(fā)生拋射型巖爆，不僅會(huì)對(duì)施工人員、機(jī)械設(shè)備的安全威脅較大，對(duì)隧道的破壞也較大[2]。

3.4 涌水問題

涌水問題作為特長隧道施工活動(dòng)中的常見問題，也是施工技術(shù)難點(diǎn)之一。若不能將此類問題有效解決，會(huì)對(duì)施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅?；诖?，相關(guān)人員要對(duì)該問題引起重視。

4 特長隧道施工技術(shù)難點(diǎn)問題的解決措施

要保障特長隧道施工順利開展，需要結(jié)合項(xiàng)目需求，針對(duì)施工技術(shù)難點(diǎn)問題采取針對(duì)性的治理手段。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，通過以下內(nèi)容對(duì)特長隧道施工技術(shù)難點(diǎn)問題的解決措施進(jìn)行論述。

4.1 通風(fēng)技術(shù)優(yōu)化對(duì)策

要解決特長隧道施工過程中的通風(fēng)技術(shù)難點(diǎn)問題，需要結(jié)合項(xiàng)目需求，采取機(jī)械通風(fēng)手段。在此之前，需要對(duì)所需風(fēng)量、維持洞內(nèi)最小風(fēng)速以及通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算。

1）施工人員所需風(fēng)量

式中，Vp為施工人員所需風(fēng)量，m3/min；vp為施工人員需要的新鮮風(fēng)量，取3 m3/min；m為施工人數(shù)，個(gè)；K為風(fēng)量儲(chǔ)備系數(shù)，通常取1.2。

2）維持洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量

式中，Vd為洞內(nèi)最小風(fēng)速所需風(fēng)量，m3/min；Vmin為洞內(nèi)最小風(fēng)速，m3/min；Smax為隧道端面面積，m2。

3）通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量

式中，V1為通風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量，m3/min；P為每100 m 風(fēng)管的漏風(fēng)量m3/min；L為風(fēng)管長度，m；V為工作面需要的有效風(fēng)量，m3/min。

完成上述計(jì)算工作后，工作人員需要根據(jù)隧道項(xiàng)目需求，對(duì)通風(fēng)方案進(jìn)行確定。

1）在該隧道工程中，進(jìn)洞1 500 m 處采用三級(jí)混合式通風(fēng)，將1 臺(tái)SDF（C）-NO12.52×110 型壓風(fēng)機(jī)安設(shè)在距離洞口20 m處，并且需要連接150 mm 風(fēng)筒布至掌子面附近，掌子面炮響之后進(jìn)行送風(fēng)。在通風(fēng)10 min 后基本上掌子面100 m 范圍內(nèi)的空氣即可置換完畢.

2）襯砌臺(tái)車上安裝SDF（A）-NO602×22 型風(fēng)機(jī)，在炮響10 min 后正式開機(jī)工作，將濁煙及時(shí)排向洞口[3]。

3）在距離掌子面500 m 處架設(shè)同樣型號(hào)的風(fēng)機(jī)，連接60 mm 的風(fēng)筒布，直接通向洞口，以便將濁氣直接排除。所有通風(fēng)機(jī)設(shè)備調(diào)度需要由專人專項(xiàng)負(fù)責(zé)，除了在爆破工作后開展通風(fēng)工作外，在出渣、鉆眼及其他環(huán)節(jié)要經(jīng)常性地保持通風(fēng)，這樣才能滿足隧道的通風(fēng)需求，為隧道工程后續(xù)施工活動(dòng)的順利開展奠定基礎(chǔ)。

4.2 塌方治理

針對(duì)隧道塌方問題，施工單位需做好以下幾點(diǎn)：

1）重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，做到心中有數(shù)，從隧道施工材料準(zhǔn)備到施工隊(duì)伍技術(shù)交底、襯砌、仰拱作業(yè)等工序調(diào)整及安全預(yù)案，都需要充分考慮項(xiàng)目實(shí)況，對(duì)隧道中極有可能發(fā)生塌方事故的區(qū)域提前制訂方案進(jìn)行防治，以便將塌方事故的影響最小化。

2）需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)況，選擇合理的開挖工法，針對(duì)特長隧道，常用的開挖工法有臺(tái)階法、弧形導(dǎo)坑法、全斷面法、中隔壁法（CD）和交叉中隔墻法（CRD）法。在本工程項(xiàng)目中，選擇CD和CRD 法。需注意，中臂的拆除是關(guān)鍵技術(shù)，施工單位需要對(duì)中壁的拆除時(shí)間以及拆除后的安全性進(jìn)行分析[4]。通常情況下，在隧道工程施工中，基本上都是靠凈空收斂與拱頂下沉維護(hù)斷面穩(wěn)定。因此，施工單位一旦發(fā)現(xiàn)隧道開挖過程中7 d內(nèi)拱頂下沉增量在2 mm 以內(nèi)，那么可以將此作為拆除中壁的基準(zhǔn)，保障后續(xù)開挖工作順利開展，防止出現(xiàn)塌方事故。

3）做好臨時(shí)支撐工作。臨時(shí)支撐雖然簡(jiǎn)單，但是十分有效，針對(duì)隧道施工過程中的不良地質(zhì)區(qū)域，除了要加強(qiáng)支護(hù)，做好安全預(yù)案，還需結(jié)合實(shí)際情況做好臨時(shí)支撐工作，防止支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。等到施工活動(dòng)進(jìn)行到下半斷面閉合后，再將臨時(shí)橫撐拆除。

4）加強(qiáng)圍巖排險(xiǎn)工作，對(duì)工作開挖面全面觀察。在開挖過程中，需要借助挖機(jī)設(shè)備排險(xiǎn)，排險(xiǎn)內(nèi)容包括掌子面、拱頂，并且工作人員還要對(duì)開挖面進(jìn)行全面觀察。巖層強(qiáng)度、種類、變質(zhì)情況、分布情況，以及斷層的走向、位置，圍巖是否存在坍塌現(xiàn)象等，都需要進(jìn)行勘測(cè)，做好排險(xiǎn)工作，充分掌握工作面情況，若在監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)不良現(xiàn)象，需采取針對(duì)性措施及時(shí)治理，為塌方治理工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。

4.3 巖爆治理

1）做好施工準(zhǔn)備工作。（1）對(duì)于易發(fā)生巖爆現(xiàn)象的地段，在開挖前需全面審核相關(guān)地質(zhì)資料，以審核結(jié)果為依據(jù)，對(duì)該地段情況進(jìn)行判斷分析，提前做好巖爆防治的技術(shù)準(zhǔn)備工作，為保障后續(xù)施工活動(dòng)順利開展奠定基礎(chǔ)；（2）針對(duì)易巖爆區(qū)域的施工人員，還需要配備專業(yè)設(shè)備，如防彈背心、鋼盔等；（3）在隧道支護(hù)區(qū)域還需設(shè)置專職安全員，通過施工視頻監(jiān)控對(duì)圍巖狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，若發(fā)生險(xiǎn)情，立刻警示通知有關(guān)人員，及時(shí)疏散施工人員[5]。

2）做好施工過程中的防控工作。在易巖爆區(qū)域施工過程中，開挖后施工人員要向洞壁以及掌子面及時(shí)噴灑高壓水，潤濕巖面、降溫除塵，以此增強(qiáng)圍巖塑性，在一定程度上可以減輕巖爆發(fā)生時(shí)的劇烈程度。此外，在條件允許的情況下，要對(duì)打眼車進(jìn)行改造，在臺(tái)車上方以及側(cè)面設(shè)置鋼繩防護(hù)網(wǎng)，確保施工人員安全。

3）做好光面爆破工作，保障挖洞室輪廓圓順，避免在后期施工過程中因局部應(yīng)力問題加劇巖爆。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際施工情況，對(duì)巖爆類型與大小進(jìn)行明確，通過在巖爆地段洞壁打孔的方式，提前釋放應(yīng)力；或采用超前摩擦錨桿進(jìn)行支護(hù)，起到卸壓作用，釋放隧道高地應(yīng)力，減弱隧道巖爆強(qiáng)度[6]。

4）有效治理巖爆問題，需結(jié)合施工情況及時(shí)改變開挖方式。對(duì)于易發(fā)生強(qiáng)雷巖爆段，施工單位需預(yù)留2 m 厚的巖爆處理層，采用短進(jìn)尺2 m 循環(huán)，等待巖爆過后，再進(jìn)行二次爆破與支護(hù)。需注意巖爆問題對(duì)于施工人員的生命安全威脅較大，必要情況下需要及時(shí)疏散施工人員進(jìn)行躲避，等待巖爆區(qū)域平靜再進(jìn)入施工。對(duì)于強(qiáng)雷巖爆區(qū)域，必須通過設(shè)置錨噴掛鋼筋網(wǎng)以及鋼拱架進(jìn)行支護(hù)，為施工活動(dòng)的順利開展奠定基礎(chǔ)。

4.4 涌水治理

為有效處理隧道涌水問題，施工單位結(jié)合項(xiàng)目需求，遵循截、堵、排的治理原則，以排為主做好涌水綜合治理工作。在此過程中，施工單位需做好以下幾點(diǎn)：（1）提前做好施工區(qū)域的地質(zhì)勘察工作，掌握施工區(qū)域的水文地質(zhì)環(huán)境，采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等綜合手段，判斷隧道中地下水的分布，掌握隧道涌水量大小[7]；（2）根據(jù)涌水量大小、水壓，借助大功率排水設(shè)備，將涌水及時(shí)排出；（3）合理利用帷幕灌漿技術(shù)有效治理隧道涌水問題。要提高涌水問題治理效果，需在涌水引排、導(dǎo)流的情況下應(yīng)用帷幕灌漿技術(shù)[8]。帷幕灌漿是指通過巖面注漿孔、超前探孔注射水泥、水泥漿等化學(xué)漿液，通過巖石裂縫擠出其間的水，進(jìn)而促使化學(xué)漿液與圍巖裂隙充填密實(shí)，固結(jié)為一體，形成止水帷幕。這一技術(shù)目標(biāo)性強(qiáng)，治理效果明顯。

5 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善的背景下，交通工程規(guī)模逐漸擴(kuò)大，特長隧道工程作為交通工程中的重要組成內(nèi)容，因?yàn)榈刭|(zhì)條件復(fù)雜等因素導(dǎo)致施工難度大。在這種情況下，有關(guān)單位在特長隧道施工過程中，需充分考慮各種施工技術(shù)難點(diǎn)問題，采取針對(duì)性措施進(jìn)行防治，以便減小施工問題帶來的不良影響，保障施工人員生命安全的同時(shí)，在特長隧道施工中不斷探索。