大跨度隧道全斷面開挖施工

段杰(山西路橋第一工程有限責任公司)

大跨度隧道全斷面開挖施工

段杰
(山西路橋第一工程有限責任公司)

摘要:通過大瑤山隧道施工，詳細介紹了隧道里程長、斷面大的施工方法。

關鍵詞:隧道;里程長;斷面大;施工

中圖分類號:U445

文獻標識碼:C

文章編號:1008－3383(2015)07－0137－02

收稿日期:2014－11－03

作者簡介:段杰(1980－)，男，山西陽曲人，工程師。

1　工程概況

大瑤山隧道長14.295 km，圍巖Ⅲ－Ⅳ類，開挖斷面80 ～120 m2，針對此隧道里程長、斷面大、工期短，在施工中打破常規應用十項科研關鍵技術成果，做出了許多新的嘗試和突破，發展、改變了近百年來修建隧道的傳統方法。全面應用新奧法原理指導施工;成功地進行了硬巖深孔爆破和軟巖全斷一次成型爆破;首次運用了光電測距導線和光電三角高程控制測量新技術進行隧道控制和豎井投點;成功的進行了27.6 km獨頭巷道的施工通風;第一次大規模的應用帶塑料板的復合襯砌技術，發揮了圍巖的承載能力，創造了大的施工空間，解決了隧道漏水問題;全面采用大型機械化進行全斷面施工，形成了破巖裝運、支護、襯砌三條卓有成效的機械化作業線，創造了較高的施工速度，最高單口月成洞217雙線米，全隧道平均單口月成洞99.2雙線米，通過地質惡劣的長465m的F9斷層帶，單口月平均開挖19.75雙線米;施工中采用各種超前地質預報;多種注漿加固圍巖及堵水;全面進行施工監控量測，信息反饋技術。從而，大大改善隧道施工作業環境，為安全快速施工，提高工程質量提供了技術保證。使該隧道施工技術成為我國隧道建設史上一個新舊方法的轉折，開創了隧道施工采用新方法、新技術、新設備、新工藝的成功模式，并制定了各種施工工藝操作細則及標準，取得了很好的經濟和社會效益。

2　施工方法

2.1全面應用新奧法原理指導施工

(1)采用五米深孔光面爆破，解決了深孔掏槽、克服管道效應、非電起爆、爆破振動監控量測、周邊預裂光爆等系列技術問題;通過優選爆破器材和選擇合理爆破參數等，使炮眼利用率平均95%以上，炮眼痕跡保存率達70%左右。

(2)監控量測技術、數據處理方法和信息反饋的判斷準則技術用于施工，使一切施工管理、施工方法用數據說話，保證了隧道施工的安全作業。

(3)初始應力場及二次應力場的量測技術，超前15 m聲波探測光譜顯微構造分析，結合洞內素描，赤平極射投影技術，進行了準確的地質預報，其準確率達80%左右。

(4)采用噴錨支護復合襯砌結構，其外層用錨桿噴射混凝土初期支護，內層模注混凝土作二次襯砌，兩層間設置塑料防水層。

(5)大型機械化快速配套施工，成功地建立了鑿巖裝碴運輸、混凝土錨噴支護和二次襯砌三條機械化作業線，使單口開挖月進尺最高達到203 m，平均月進尺187 m，混凝土襯砌施工最高達300 m/月進尺。

(6)隧道長距離(2 763 m)獨頭無軌運輸施工通風的成功，可減少一條平行導坑的工程。

(7)通過F9斷層嚴重地層破碎帶，采用的周邊淺孔預注漿堵水、加固地層技術。

(8)控制精密測量技術，使14.295 km隧道貫通誤差精度橫向17.3 mm(限制±400 mm)，僅為限差的4.4%，高程誤差4.6 mm(限差±50 mm)，僅為限差的9.2%。

(9)隧道做到安全施工，死亡率為0.57人/km。

3　施工要點及注意事項

3.1深孔掏槽技術

(1)隧道掘進深孔爆破主要取決于大直徑深孔掏槽是否成功，本工法采用直眼掏槽，掏槽面積1 100 mm×1 100 mm，掏槽形式有以下幾種。

①單臨空孔掏槽，適用于3.0 m以下淺孔爆破。

②雙臨空孔掏槽，適用于3.0～3.5 m爆破效果最佳。

③三臨空孔掏槽，適用于3.5～5.15 m爆破中應用。

(2)當臨空孔直徑為102 mm，孔間距在70～150 mm掏槽拋擲效果最好，臨空孔與裝藥炮眼間距150～180 mm(裂隙發育時采用250～300 mm)。

(3)裝藥參數:使用大藥卷Ф= 42 mm一號抗水硝銨炸藥或Ф=40 mm乳膠炸藥集中裝藥，掏槽效果良好。

(4)掏槽炮眼起爆的合理間隔時間:在深孔爆破中，掏槽孔起爆間隔50～75 mm，采用段數越多越好，讓每一炮段都單獨順序起爆，槽腔逐漸擴大，一掏到底。

(5)掏槽位置:一般設在隧道中心線偏左或偏右位置。如設在中心線上最理想，但當鉆孔臺車在隧道中間鉆孔時，其左右兩臂工作的界限位置在隧道中心線上，掏槽在隧道橫斷面中間，就需要兩臂共同完成掏槽鉆孔，操作困難，布眼不易準確。

3.2全斷面深孔預裂爆破

(1)Ⅳ～Ⅵ類圍巖5 m預裂爆破中，采用三臨空孔直眼掏槽，臨空直徑ψ102 mm。

(2)周邊眼間距E =45～50 cm，相對距離E/W取0.6－0.7(W為周邊最小抵抗線長度)，裝藥結構用Ф35 mm，長165 mm藥卷，裝藥集中度為0.3～0.35 kg/m，不偶合間隔裝藥，不偶合系數1.37，為克服管道效應可用高爆速(5 000～6 000 m/s)炸藥，并在各卷炸藥間串聯傳爆線，讓藥卷架空于鉆孔中間。另外適當采用底集中裝藥2～4卷，每隔3～5個炮眼布置一個崩落眼集中裝藥。周邊眼起爆時間采用即發雷管或段毫秒雷管首先起爆與段掏槽起爆相配合。

3.3全斷面深孔光面爆破

(1)掏槽眼:采用三臨空孔直眼掏槽，直徑為Ф102 mm。

(2)周邊眼:周邊眼間距50～65 mm，一般按相對距離E/W =0.8，用Ф35 mm小藥卷間隔裝藥，裝藥集中度為0.20 ～0.25 kg/m。

(3)起爆順序:由里向外層層爆破，掏槽眼起爆雷管段，擴槽眼為輔助段，周邊眼為最后起爆段。

3.4全斷面深孔鉆爆作業

(1)鉆孔前，測量中線水平，將拱頂兩側起拱線及軌面

線位置控制準確，將設計炮孔布置在開挖面上。

(2)鉆孔:鉆孔臺車軸線與隧道中線平等，要求精確就位，按設計畫定的位置和炮眼順序進行鉆孔，避免漏鉆和臺車臂互相干擾，鉆孔深度5.15 mm，直徑Ф48 mm，掏槽臨空孔三個Ф102 mm(由Ф48 mm擴大為Ф102 mm，有條件也可一次鉆成直徑Ф102 mm的底孔)。

(3)裝藥爆破。

①備足計劃裝藥量和各種爆破器材，周邊眼在洞外加工好竹片，串裝藥串。

②裝藥前先用高壓風裝孔中巖粉吹凈。

③人工裝藥先上后下，先兩側后中間。每孔裝藥后用炮泥堵好，炮泥長不少于20 cm。

④連線起爆:整個掌子面導爆管分六束，分別捆綁于同段雷管上(為保險起見每束安兩個同段雷管最好)，最后再把六束導爆管并聯捆扎在一個雷管上，留足導爆索長度，檢查好安全再行起爆。

(4)通風找頂。

①當隧道進出口采用無軌運輸，初期階段(掘進1 370 m)用兩臺MFA100P－SC型風機分散串聯在Ф1 200 mm鐵風管上進行壓入式通風，后期增加一根Ф1 200 mm鐵風管至模板臺車處，同時向洞內壓風。

②在有平導地段，用巷道式通風(平導進風，正洞出風)。平導以后地段仍然采用風管壓入式通風。

③斜、豎井到達井底后，采用上半斷面開挖，有軌運輸，可用壓入式混合式通風，風管直徑Ф1 000 mm鐵皮風管。

④通風管理。

a當施工方法發生改變或兩工區之間貫通，對原通風布局及時進行調整、改進。

b當風管有效范圍達不到掘進工作面時，應按長風管，使掌子面一帶通風良好。

c襯砌臺車移動前，拆除前后風管，移動后及時接通前后風管。

d維護好風管，處理漏風，保養、維修風機，定期進行通風檢測。可用現場實測方法查明炸藥在雙線隧道中爆破時的拋擲長度，CO發生量及沿隧道縱向分布規律，測定無軌運輸柴油機廢氣的分布規律和無軌運輸時通風量指標。

⑤爆破后先通風，掌子面基本沒有炮煙，人員才能進入掌子面把危石撬掉，再用高壓水沖選開挖面除塵。

(5)噴混凝土支護:隧道噴射混凝土采用雙水環噴頭國產PH－30型或轉子型噴射機，人工對開挖面拱部進行一次噴射混凝土。RODOT－75噴射機械手和B1.5－4.0噴射三聯機配套用于出碴后，拱部二次復噴和邊墻的混凝土噴射作業。

(6)用側卸式2.6～2.8 m3斗的裝載機裝碴，12～20 t自卸汽車運輸出碴。

3.5二次混凝土襯砌施工

(1)要求混凝土工廠和混凝土輸送車的輸送能力與混凝土泵的灌注能力相匹配。

(2)混凝土自進入攪拌輸送車至卸料時間不超過初凝時間，混凝土輸送過程中要保證不發生離析，若運至灌注地點的混凝土有離析現象時，在灌注前須進行二次攪拌。

(3)模板臺車每次移位前，在準備襯砌部位的兩側邊墻下方須預先灌注墻基混凝土，高度為700 mm，并沿隧道方向每隔1 500 mm，預埋地腳螺栓，以便固定鋼模板的最低邊緣。實施中常因預埋地腳螺栓位置偏移，很難與模板最下邊緣孔對好，為防模板走動用加設橫撐辦法解決。

(4)隧道襯砌封頂采用鋼管壓注法，選擇合適的混凝土塌落度，仍從拱部的灌注口壓注封頂。

(5)混凝土脫模強度必須達到2.5 MPa，一般情況下需養擴17 h以上方準拆模。

3.6量測項目的確定和布置

(1)監測項目見表1。

表1　監測項目

(2)量測布點見表2。

表2　量測布點

(3)量測頻率見表3。

表3　量測頻率

(4)圍巖穩定性判別。

①根據實測位移值或預測最終位移來判別，見表4。

表4　

②根據位移變化速率判別:當凈空變化速率大于10 mm/d時，需加強支護系統，當凈空變化速率小于0.2 mm/d時，則認為基本穩定。

③根據位移－時間曲線的形態判斷:當圍巖變化速率下降時，圍巖趨于穩定。若變化速率保持不變時，應加強支護系統。當變形速率不斷上升時，表示已進入危險狀態，必須立即加強支護系統。

3.7控制測量

(1)光電測距精密導線網取代傳統的三角網作為洞內外的平面控制。

(2)沿導線點采用光電測距三角高程方法控制隧道高程。

(3)在豎井聯系測量中，利用光學投點，光電測距儀導入高程和運用GAK－I型陀螺經緯儀測量井上下聯系邊的空間投影，幾何平面角傳遞坐標方位。

(4)用數理統計處理觀測數據。

4　結論

大瑤山隧道的施工模式，合理選擇支護結構參數和型式，適用不同地質條件的施工方法、施工工藝和施工設備的選型配套等，已形成一套工法。這套工法已在類似隧道中全面推廣應用。