六盤山特長隧道3#斜井改線施工技術探討

摘 要:在建天平鐵路六盤山小斷面特長隧道全長16690m，為天平鐵路全線第一特長隧道，是整個鐵路線的控制性重難點工程。隧道穿越六盤山山脈中段，隧址地形、地貌復雜，Ⅳ、Ⅴ級圍巖占69%，F4、F4-1、F5斷層及影響帶共長1580m，地下水豐富，施工難度大。為加快施工進度，全隧采用長隧短打施工，共設置4座施工斜井，其中，2號和3號斜井本身及其間主洞施工為控制工期的關鍵線路，是本項目的重中之重。在3#斜井的施工中，隧道穿越了大段的礫巖和白云質灰巖的透水交接面，導致隧道塌方。為快速、安全通過該透水交接地段，在綜合考慮隧道工程地質和施工技術基礎上，采取了繞行通過技術。論文詳細介紹了六盤山特長隧道3#斜井改線施工技術，探討了隧道施工安全保障技術，指導了六盤山隧道的施工。

關鍵詞:隧道工程斜井繞行施工技術

中圖分類號:U455.4文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0046-03

1 概述

新建鐵路天水至平涼線工程TP-TJ2標段內六盤山特長隧道(DIK83+500～DIK100＋190)為新建天平鐵路第一特長越嶺隧道，位于甘肅省平涼市華亭縣六盤山山脈中山區。隧道起訖里程為D13IK83+500～D13IK100+190，全長16690m。隧道為下坡，分別為5.0‰/2750m、13.0‰/13550m、6.0‰/390m;進口端574m為蓮花臺車站雙線隧道。本區域年平均氣溫7.8℃，最熱月(7月)平均18.9℃，最冷月(1月)平均-4.4℃，年平均降雨量586.6mm，最大季節凍土深度75cm。六盤山隧道共通過3條斷裂帶，2條不整合接觸帶。巖體工程性質較差，主要圍巖等級為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級。其中Ⅲ級圍巖5280m，占31.0%;Ⅳ級圍巖9000m，占54.0%;Ⅴ級圍巖2410m，占15.0%。隧道區地下水主要有風化裂隙水，構造裂隙水及巖溶水。根據設計單位勘測，全隧道正常涌水量約1.58萬m3/d·km，最大涌水量約為5.1789萬m3/d·km，屬水害嚴重隧道。施工中可能出現的地質災害為圍巖失穩、突水突泥、有毒有害氣體溢出。概括起來六盤山特長隧道工程具有以下“七大特點”:(1)隧道特長:天平全線第一特長隧道，控制性重難點工程。(2)地質復雜:Ⅳ、Ⅴ級圍巖占69%，F4、F4-1、F5斷層及影響帶共長1580米，地下水豐富，施工難度大。(3)環境較差:新建與改擴建施工便道長達48公里;進口段山高林密，地形復雜(關山林業局)，交通運輸不便;出口段村莊密集，地方干擾多;單線隧道，斷面較小，工序多、干擾大，不利于大型機械化施工作業。(4)通風困難:2號斜井獨頭掘進預計4.14km，通風困難，施工條件較差。(5)地材匱乏:隧道施工所需地材均需要遠運。(6)工期緊張:2號、3號斜井及其主洞施工為控制工期的關鍵線路，施工進度強度大。(7)風險巨大:工期、安全、環保、成本等管理均存在巨大風險。

在3#斜井的施工中，在斜1+58掌子面施工中，隧道發生了大塌方。為快速、安全通過該透水交接地段，在綜合考慮隧道工程地質和施工技術基礎上，采取了繞行通過技術。論文詳細介紹了六盤山特長隧道3#斜井改線施工技術，探討了隧道施工安全保障技術，指導了六盤山隧道的施工。

2 六盤山隧道3#斜井塌方繞行施工方案

2.1 3#斜井塌方情況

六盤山隧道2號、3號斜井本身及其間主洞施工為控制工期的關鍵線路，是本項目的重中之重。根據蘭州鐵道設計院有限公司《新建鐵路天水至平涼線施工圖六盤山隧道設計圖》第一冊(圖號天平施隧20)，六盤山隧道設有四座單車道無軌運輸斜井和一個橫通道(見圖1所示)，分別是:進口橫通道(長205m，綜合坡度0.5%)、趙家山斜井(長1332m，綜合坡度10.5%)、灣灣河斜井(長2177m，綜合坡度11.6%)、磨坪斜井(長1280m，綜合坡度11.8%)、山王溝斜井(長729m，綜合坡度9.4%)。

六盤山隧道3#斜井掌子面斜1+57此段施工設計為Ⅲ級圍巖，因巖體破碎，呈碎塊狀，調整為Ⅴ級圍巖，支護措施按Ⅴ級支護。2010年10月20日晚21時左右，掌子面斜1+57在進行支護施工時，邊墻，拱頂、掌子面前方巖層掉塊嚴重、發生坍塌。根據現場坍塌情況判斷，掌子面前方坍塌約3m，掌子面上方坍塌約3～4m。該處地層為壓碎巖夾斷層角礫，黑灰色，原巖以白云巖為主，受構造擠壓嚴重，原巖結構被嚴重破壞，巖體呈塊狀、碎塊狀，巖石敲擊易碎，巖石表面具鏡面、擦痕，掌子面未見基巖裂隙水。因此斜1+57前方8m經業主、設計、施工和監理四方現場確認，處理掉塊、坍塌時按Ⅴ級加強支護措施實施。該段處理措施如下:

(1)在掌子面塌方處，左則邊墻和拱頂施做φ42超前小導管，小導管間距40cm，長度5m;小導管施工完成后進行注漿加固。

(2)注漿穩定后，對裸露巖面進行混凝土初噴。

(3)斜1+57～斜1+49段初期支護參數按照V級采用I16型鋼，間距為1m，噴射砼厚度按20cm施做。

(4)對于坍塌空腔用混凝土回填。

(5)待處理完畢后續支護參數需四方確認后實施。

2.2 3#斜井塌方繞行方案

在按以上方案進行施工中，在完成超前小導管和注漿施工后，在進行掌子面移出鉆爆臺架和準備開挖作業時，大方量的滑塌碎石隨即從掌子面涌出。為阻止塌方的進一步發展，在距離掌子面約9m的位置，用垂直中線的鋼管做成簡單的擋砟墻，擋砟墻做到掌子面最后一榀拱架后，開始沿著拱架環向施做1.5m長注漿小導管，改為上下臺階法開挖，拱架間距調為30cm至50cm，但是在進行開挖時仍有小碎石坍塌。基于以上原因，決定在磨坪斜井內進行改線。自掌子面斜1+57至斜1+95段由于圍巖地質條件不好，施工中增設了I16型鋼拱架。斜1+95至斜2+39由于圍巖差，在拱頂增加了φ22鋼筋拱圈。斜2+39至斜2+60由于圍巖差，施工中增設了I16型鋼拱架。高壓進洞后在斜2+70至斜2+85處增加了變壓器洞室。斜2+90至斜3+35為一個大的斜向切面，且拱頂施工時增加了φ22鋼筋拱圈。改線自斜3+60里程開始，改線線路與正洞相交里程改為DIK93+040，自斜360直線與DIK93+040相交，則線路與主線和斜井間的距離及夾角見圖1所示。改線長度為324.36m。考慮到改線后的中線與已開挖的斜井和正線相交的角度較小，不利于三角區的支護，且坡度過大，不利于出碴，因此改線方案中改線后縱坡調整為30m5%、270.95m11.09%、50m12.5%三個坡度，改線總長為350.95m。

改線開挖斷面采用斜井施工斷面(6.5m×6.9m)，由于線路縱坡較大，首先采用12.5%縱坡進行降坡，降坡施工長度50m，然后采用11.09%的坡度施工，在距離正洞交點30m距離將坡度改為5%，以便車輛掉頭和會車。

3 3#斜井塌方繞行施工技術

3.1 施工準備

技術準備，包括熟悉、審查改線圖紙及相關改線參數。施工現場準備包括做好測量放樣、供水、供電等工作，安裝現場照明設備。勞動組織準備。隧道三隊的施工管理、操作人員已準備就緒，項目部已做好施工人員的安全、質量、文明施工等培訓教育工作。材料準備主要是現場所需的各種材料都已進場，并且考慮到當地的交通運輸條件，所有材料現場都有一定的儲備，以備雨、雪期間能夠保證現場的正常施工。

3.2 改線斜井開挖技術

為保證工期，實現快速施工。改線段Ⅳ、Ⅴ級級圍巖全部采用全斷面法開挖，光面爆破施工，采用無軌運輸。施工時及時采用物探技術對圍巖地質情況進行超前探測，堅持“光面爆破、噴錨緊跟、監控量測、及時反饋和修正”的原則。積極應用隧道施工的新技術、新工藝，機械設備配套施工，形成開挖、出碴、噴錨支護相配合的流水作業。施工時堅持“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、緊襯砌、快封閉”的原則，開挖作業加強掏槽爆破，控制周邊光爆，合理進尺，加快施工進度。

開挖進尺情況:Ⅲ級圍巖每循環鉆眼深度3.5m，進尺為3.2m，Ⅳ級圍巖每循環鉆眼深度3m，進尺為2.5m，Ⅴ級圍巖每循環鉆眼深度2m，進尺為1.8m。在開挖支護過程中加強圍巖監控量測，做到安全第一。

施工工藝流程:超前地質預報→測量放線→鉆孔→裝藥起爆→通風排煙→清危排險→出碴→錨噴支護→進入下一循環。

改線斜井接近正洞段施工。3#斜井進入主洞后，天水和平涼兩個方向都為主攻方向，在斜井距離正洞10m，斜井斷面寬度增加至10m。以利于洞內的交通運輸。圖2為3#斜井與正洞交叉口段剖面圖。

3.3 斜井與正洞交叉段施工方案

鑒于斜井接近正洞口處與正洞交叉處的岔口銳部交角偏小，而且正洞斷面寬度無法會車，在斜井接近正洞段落沿軸線方向10m斜井斷面寬度增加到10m。同時為確保岔口三角區的穩定性，在斜井距正洞5m處平行于正洞軸線進行護邊加固。加固方案如下:

(1)斜井開挖采用“短進尺、弱爆破、快支護”的原則;開挖施工采用光面爆破，每循環進尺控制在2m以內。

(2)靠近正洞側5m范圍內施作錨桿、網噴;錨桿采用Φ22兩端脹緊錨桿，錨桿長度3.0m，間距1.0m×1.0m，梅花型布置。網片采用Φ8鋼筋，網格間距20cm×20cm，單片1m2，兩片搭接長度不小于10cm。

(3)靠近正洞側5m范圍內采用I16工字鋼拱架，間距50cm，采用25cm厚C25噴射混凝土支護。其余加寬地段采用I16工字鋼拱架，間距1.2m，采用25cm厚C25噴射混凝土支護。

(4)及時施作二次襯砌。

斜井進入正洞后，按斜井寬度上挑開挖至正洞拱頂位置;斷面開挖采用兩臺階法，每循環進尺控制在2m以內;錨桿網噴支護。開挖至正洞遠斜井側邊墻，按正洞支護參數進行支護。方案如下:

開挖采用“短進尺、弱爆破、快支護”的原則;采用光面爆破，兩臺階法開挖，上臺階上挑至正洞洞頂。上臺階開挖至正洞遠斜井側邊墻后，進行下臺階開挖。

支護采用Φ22砂漿錨桿，錨桿長度3.0m，間距1.0m×1.0m，梅花型布置。網片采用Φ8鋼筋，網格間距20cm×20cm，單片1m2，兩片搭接長度不小于10cm。

正洞銳角區5m范圍內采用I16工字鋼拱架，間距80cm，25cm厚C25噴射混凝土支護。

正洞施工堅持“管超前、嚴注漿、短開挖、勤量測、強支護、早封閉”的原則，在超前支護完成后進行開挖，嚴格控制開挖進尺，及時支立型鋼拱架，并做好拱腳支墊、連接鋼筋焊接和鎖腳錨桿的固定，嚴格控制各作業面之間的距離，做到及時封閉，以監控量測數據指導施工，以便調整初期支護參數和確定二次襯砌施作時間。

3.4 正洞段施工安排和機械配置

在斜井進入正洞開挖、支護完成后，自交界處向小里程進行施工，正洞開挖采用全斷面法開挖。向小里程施工45m后封閉掌子面，在該段組裝襯砌臺車，襯砌臺車組裝完成后由斜井與正洞交界處向小里程進行襯砌。從目前斜井與正洞相交處，小斷面施工人員配置，施工作業面每道工序各安排兩組開挖工班，每工班14人，兩組安裝拱架工班，小斷面每工班7人;兩組噴混凝土工班，每工班7人共計56人。正洞施工人員配置， 每個施工作業面每道工序各安排兩組開挖工班每工班14人，兩組安裝拱架工班，每工班6人;兩組噴混凝土工班，每工班6人，共計52人。每個施工作業面每個24小時不停的施工。以便能夠保證業主要求的總工期的實現。

施工機械配置如下:挖掘機2臺，裝載機3臺，自卸車6臺，1000L混凝土攪拌機2臺，YT28風動鑿巖機30臺，混凝土噴射機11臺，8m3混凝土攪拌運輸車3臺，注漿機2臺，20m3水冷式空壓機6臺，630KVA變壓器1臺，315KVA變壓器1臺，交流電焊機6臺，彎筋機1臺，切筋機1臺，彎拱機1臺，直筋機1臺，200KW發電機2臺。

3.5 改線斜井處的通風和排水

由于改線斜井在不到400m的長度內，連續有4個彎道，因此進入主洞后通風和排水存在很大困難。通風采用常規風管壓入式通風的風壓損失較大，無法保證工作面供風需求量。因此在彎道處采用外套鋼管以減少風阻，風管穿越襯砌臺車時，盡量減少縮徑變化，管路出現破損漏風時及時修補或更換。當隧道過長，一臺風機無法滿足通風需要時，考慮采用串聯風機進行接力通風，在1000～1500m之間，增設一臺風機串聯接力供風。為加快隧道內混濁氣體的順利排出，降低隧道內風壓，在隧道主洞及斜井內布設射流風機。根據磨坪(3#)斜井已施工段揭示地質，六盤山隧道地質復雜，巖性多變;隧道地處六盤山山脈地區富水，隧道已開挖洞段多處出水，且涌水量較大。在接近正洞30m的緩坡平臺處增設大型汲水泵站，并配備備用泵站。

3.6 安全保障措施

(1)安全監測技術:在斜井施工過程中，加強監控量測，通過監控量測了解各施工階段地層與支護結構的動態變化，把握施工過程中結構所處的安全狀態，判斷圍巖穩定性，支護、襯砌可靠性。通過對量測數據的分析處理，掌握地層穩定性變化規律，預見事故和險情，以保證施工安全和隧道結構穩定。

(2)施工安全保證措施:施工過程中加強斜井內的安全巡查，發現有掉塊和噴層裂縫的地方及時進行反饋，并及時采取加強措施，以保證安全。在靠近掌子面的安全區域內存放能保證工班應急10天的食品，并且食品每天由專人更換。施工過程中加強斜井的圍巖量測，通過監控量測及時了解各施工時段地層與支護結構的動態變化，把握施工過程中結構所處的安全狀態，判斷圍巖穩定性和支護可靠性。通過對量測數據的分析處理，掌握地層穩定性變化規律，預見事故和險情，以保證施工安全。施工過程中加強安全質量控制，實施安全包保責任制。安全包保責任制由項目部安全總監主管，安質部長和主管工程師主抓安全，施工隊隊長為安全管理第一責任人。施工過程中，現場質檢人員確保初期支護按支護參數進行施工，對于圍巖破碎地段，在支立拱架時，確保鎖腳錨管按設計和規范要求施做。同時保證拱架的拱腳置于基巖上，如拱腳懸空，則必須對懸空的拱腳施做混凝土護腳，并確保拱腳底部回填密實。

（3)文明施工保證措施。將嚴格堅持“集中施工、快速施工、文明施工”的方針，并利用在其他項目施工中的經驗，精心組織，科學安排，規范作業，文明施工。

4 結論

新建鐵路天水至平涼線工程TP-TJ2標段內六盤山特長隧道(DIK83+500～DIK100＋190)為新建天平鐵路第一特長越嶺隧道，六盤山隧道共通過3條斷裂帶，2條不整合接觸帶。巖體工程性質較差，主要圍巖等級為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級。其中Ⅲ級圍巖5280m，占31.0%;Ⅳ級圍巖9000m，占54.0%;Ⅴ級圍巖2410m，占15.0%。隧道區地下水主要有風化裂隙水，構造裂隙水及巖溶水。根據設計單位勘測，全隧道正常涌水量約1.58萬m3/d·km，最大涌水量約為5.1789萬m3/d·km，屬水害嚴重隧道。為加快工程的施工，隧道采取了長隧短打的施工技術，其中2號、3號斜井及其主洞施工為控制工期的關鍵線路，施工進度強度大。工期、安全、環保、成本等管理均存在巨大風險。在3#斜井的施工中，在斜1+58掌子面施工中，隧道發生了大塌方。為快速、安全通過該透水交接地段，在綜合考慮隧道工程地質和施工技術基礎上，采取了繞行通過技術。論文詳細介紹了六盤山特長隧道3#斜井改線施工技術，探討了隧道施工安全保障技術，指導了六盤山隧道的施工。2011年2月，改線繞行后的隧道施工順利進入正洞施工，改線繞行順利完成，確保了隧道的施工安全，加快了施工進度。

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