云中山隧道從橫洞增辟工作面施工技術探析

張 凱

（山西省交通建設工程監理總公司，山西 太原 030012）

0 引言

云中山特長隧道隧道全長5 575m，位于山西省忻州市云中山隆起帶。地質條件復雜，地下水豐沛，巖體較破碎，呈碎石狀壓碎結構。隧道右線在施工中曾發生多次坍塌涌水等突發事件，導致右線較之左線整體工程進度落后。開工23個月后施工進度已落后左線500m。幾經研議后，工程單位決定從開挖進度較快的左線LK43+551處向右線施做橫洞增辟工作面（如圖1所示），橫洞之貫通為右線增辟2處工作面。歷經3個多月的施工，新增工作面總共開挖長度為251m ，對整體工程進度之提升及右線通風改善助益頗大。橫洞長度約28m，不僅施工期間人員、機具、材料之進出及出渣作業等皆需通過橫洞到左線；且工作面所需之通風、輸氣及排水等管線均經由橫洞通往左線；橫洞與右線銜接處節理裂隙發育，圍巖較破碎，巖層表面潮濕，極易發生隧道塌方、異常涌水等突發事故。本工程在橫洞增辟工作面施工過程中所采取的施工技術亦值得類似工程參考。

圖1 隧道新增工作面平面示意圖

1 隧道新增作業面施工工藝

隧道左洞掘進至LK43+511處左洞正洞與增加的橫洞開挖、支護平行作業→橫洞貫通→隧道右線與橫洞交叉樁號前方15～20m上臺階施工→隧道右線與橫洞交叉樁號后方15m上臺階施工→右線與橫洞交叉樁號前15～20m、后15m下臺階施工→右線與橫洞交叉樁號前方15～20m以后全斷面光爆施工→初期支護施工→右線正洞與新增工作面貫通→二襯、防排水、路面及其他施工（如圖2所示）。

圖2 施工順序：（1）→（2）→（3）→（4）

2 變更橫洞施工方法

云中山隧道LK43+511變更橫洞，采用全斷面開挖法施工。施工支護采用噴砼、掛鋼筋網及有壓注漿錨桿，工序同一般隧道施工斷面。

2.1 開挖方式

洞身開挖采用多功能臺車人工手持風鉆鉆眼，全斷面光面爆破一次開挖成型。開挖時，前三排炮應遵循“短開挖、多打眼、少裝藥、勤量測”的原則，周邊眼間距30cm，隔眼裝藥。第一排炮進尺控制在1.5m內，第二排炮控制在2.0m內，第三排炮控制在2.5m內，以防爆破危及正洞邊墻。

2.2 出碴

采用無軌運輸方案，使用1臺側卸式裝載機裝碴、1臺挖機，3臺自卸汽車出碴運輸。

2.3 支護

橫洞拱部掛Φ6鋼筋網，間距20×20cm，噴射C25早強混凝土8cm。

2.4 襯砌

襯砌厚度為C25模筑混凝土40cm，使用建筑鋼模板立模，木模擋頭板封堵，泵送混凝土澆筑，振動棒振搗。

3 右洞與橫洞交叉樁號前15～20m、后15m范圍施工方案

3.1 施工工藝

橫洞施工完后，先進行橫洞與右洞交叉樁號前方15～20m范圍的施工，采用上、下臺階開挖法，先進行上臺階施工，配以小型的作業臺架輔助風動鑿巖鉆機鉆孔爆破開挖，施工完成后再進行交叉樁號后方15m上臺階施工，最后進行交叉樁號前15～20m、后15m范圍下臺階施工。整個施工過程采用臺階法開挖施工。施工支護采用噴混凝土、掛鋼筋網及有壓注漿錨桿，工序同一般隧道臺階法施工。

3.2 出渣及廢棄土處理

橫洞及右線與橫洞交叉樁號前、后方15～20m處開炸完成后的石渣先以大型輪胎裝土機運至左線正洞K43+511處臨時堆渣處，待開挖面之渣料清理完成后，再以裝土機搭配傾卸車將臨時堆渣處之渣料運至洞外棄砸場，右線與橫洞交叉樁號前方15～20m開始全斷面光爆施工后直接用裝土機搭配傾卸車將渣料通過橫洞直接運至洞外棄砸場。

4 施工測量

根據本標段工程量及工程分布特點配測量班完成測量工作。測量班依據工作內容配置測量儀器。施工測量主要搞好現階段正在施工的橫洞及右線新增工作面洞身測量，測量作業程序流程見圖3。

圖3 測量作業程序流程圖

根據左洞洞內測量控制點測出右洞新增工作面左邊線，根據左邊線進行右洞洞身測量。洞身施工測量根據隧道設計文件，采用斷面支距法準確劃出設計輪廓線，嚴格控制超欠挖，右洞新增工作面與右洞主線開挖貫通后，立即進行貫通測量，并將測量結果報監理工程師審核批準，貫通誤差的測定及調整和測設，嚴格按照隧道施工規范進行。

5 施工通風

云中山隧道為特長隧道通風是關鍵，通過橫洞增辟的右洞工作面通風的重要性尤為突出，必須制定好合理的通風方案，要作專題研究。加強通風主要是合理選擇風機的功率大小及通風方式，加強通風管理，保證有足夠的風量及風速，以便稀釋和加速廢氣的排出。

5.1 通風方案的選擇

根據隧道獨頭掘進長、斷面尺寸大等特點，掘進長度已超過2 000m，主機通風不能夠保證隧道通風要求時，選用混合式通風方式，應設置局部通風，風機間隔串聯。

5.2 通風機的選擇及布置

入口采用排出式通風，洞口設一臺管徑為Φ1.5m的主風機，主風機通過風帶采用最大風量送風，主風機均安裝在洞外距洞口20m外，以保證壓入洞內的空氣新鮮，防止洞內排出的污濁空氣被再次壓入洞內。

洞內采用吸入式通風，采用管徑為Φ1m、110kW通風機，在橫洞與主洞交叉口加“三通”，橫洞中心位置安放65kW小風機，風機間隔串聯，利用該橫洞，使上下行隧道通風形成一個體系。風管末端距工作面的距離不能大于15m，把新鮮空氣送到開挖工作面。排出式通風與吸入式通風的風管搭接距離為20m。

6 污水處理

云中山隧道地下水量豐沛，從左線橫洞所增辟之工作面以及右洞施工中涌水和廢水須抽排至洞外排放。左線因系上坡（坡度2.15%），橫洞排水方式系采用重力式排水排到左洞通過左洞洞內排水系統排到洞外，右洞施工涌水和廢水先排至右洞污水沉淀池，經沉淀后的水以2部φ50mm、排水能力18m3/h、全揚程為30m的排污泵，經由兩條耐高壓水管抽排至左洞，通過左洞洞內排水系統排到洞外。

7 遇圍巖情況變化應對措施

施工中采取超前地質預探預報手段，對隧道開挖面前方圍巖特性、軟弱地層段、斷層破碎帶、富水段進行探測和預報，根據結果再決定是否使用超前水平鉆孔探測以上不良地質詳細情況。據此采用不同的措施和合理的施工方法，保證施工正常進行，保證工程質量。

如遇圍巖變化，在易風化、自穩性較差的軟弱圍巖地段，對開挖面及早施作封閉式（噴射砼、錨噴砼、鋼拱架加強支護）防護措施，可以避免圍巖因暴露時間過長而產生風化，降低強度及穩定性，并可以使支護與圍巖進入良好的共同作用工作狀態。

8 結語

云中山特長隧道位于山西省忻州地區云中褶皺帶，隧址區地形條件十分復雜，屬山嶺地形。在長大隧道和不良地質條件下（如斷層破碎帶、基巖裂隙水富集等）縮短施工工期，亦可采取橫洞增辟工作面的開挖方法。實踐證明，云中山隧道在LK43+511處增辟水平坑道工作面后3個月內右洞完成掘進任務251m，平均每天掘進3m，達到快速施工的目的且沒有發生一起輕微傷以上的安全事故，說明使用該施工方案是比較成功的，對整體工程進度之提升助益頗大。同時該隧道所采取施工技術為長大隧道開挖縮短工期提供了一個良好的參考范例。

［1］JTG D70—2004，公路隧道設計規范［S］.

［2］JTG F60—2009，公路隧道施工技術規范［S］.