特长隧道施工技术难点和解决措施

特长隧道施工技术难点和解决措施叶俊豪摘要：随着社会发展，隧道施工技术不断更新，如何在特长隧道施工中快速施工，防止涌水、塌方、爆炸等恶性事故发生，就特长隧道施工技术难点和解决措施进行阐述。关键词：特长隧道施工，技术难点，措施一、 引言 随着国家基础设施建设的不断深入，高速公路建设重心已由沿海发达地区向西、北部，平原地带向山岭重丘地带转移，这就意味着高速公路建设隧道密集程度的加大，出现的特长隧道越来越多，且地质条件越来越复杂，可能出现的地质灾害越来越多。在此，以我单位承建的中条山隧道为例，中条山特长隧道是运城至灵宝高速公路的一部分，隧道全长9670米，左右分离式路基，复合式衬砌结构，地质设计上以级围岩为主，但施工过程中围岩变化复杂，各类型围岩交替出现，地质条件较为复杂，因此以中条山隧道施工为例，对于熟悉掌握特长隧道施工要点，如何确保特长隧道施工安全，防止涌水、塌方、岩爆等恶性群死群伤事故的发生，又获得应有的经济效益，值得深入思考。二、 特长隧道的突出技术难点1、隧道长，地质更加复杂，施工通风更加困难，通风方案的选择成为控制安全及进度关键技术。2、特长隧道施工中，工期往往成为关键，进度压力通常较大。3、岩爆 特长隧道由于贯穿山体比较长，因此埋深普遍较深，可能存在岩爆，岩爆的发生主要由地应力和岩性两个决定因素，在埋深大于200米的地段，在混合麻岩段，极其容易形成岩爆，岩爆对施工人员的安全威胁较大，其中爆炸抛射型岩爆对机械和施工人员的安全威胁较大，对隧道的破坏也有一定的影响。4、塌方这是任何隧道施工中，在不良地质段极其容易发生的施工，造成的群死群伤的事故教训的比较多。5、涌水特长隧道在施工过程中可能存在涌水现象，对施工人员安全威胁较大。6、车辆伤害 因特长隧道施工作业面路线长且集中，施工车辆较多，且因路线过长驾驶员极容易形成视觉疲劳，对其他在洞内施工的人员容易造成车辆伤害。三、 解决措施 1、通风措施 1.1、对于长隧道机械通风成为控制进度的关键技术，机械通风及时到位。但首先我们要对通风量参数进行计算，这在特长隧道中尤为重要。1.1.1施工人员所需风量按式 VpvpmK进行计算。式中： Vp-施工人员所需风量，m3/min； vp- 施工人员每人所需新鲜风量，取3 m3/min； m-洞内同时施工作业的人数，取150人进行计算； K-风量储备系数，取1.2。则施工人员所需风量为： Vp=31501.2=540（m3/min）1.1.2 爆破散烟所需风量按下列两式进行计算并取大值进入总风量的计算。按瑞典大断面隧道通风估算式： Vb=36Vq/t=361601.2/20=345.6（m3/min） 式中： Vb-爆破散烟所需风量，m3/min； V-爆破体体积，m3；取爆破进尺3m计160 m3； q-炸药单耗，Kg/ m3；取1.2 Kg/ m3； t-通风时间，min，取t=20min。1.1.3 使用柴油机通风量计算由于在使用柴油机通风量计算上尚无标准公式，采用以下通量计算公式： Vg= VoN=2.8610=1708 (m3/min)式中： Vg-使用柴油机时的通风量，m3/min；Vo-单位功率需风量指标，一般取2.88.1 m3/Kw.min，计算取2.8m3/Kw.min；N-同时在洞内使用的柴油机的总额定功率，Kw，计算时取 610Kw。1.1.4 维持洞内最小风速所需风量 Vd= 60VminSmax=600.5050=1500（m3/min）式中：Vd-洞内最小风速所需风量，m3/min；Vmin-洞内最小风速，m/min；取0.50 m/min；Smax-隧道断面积，m2；取50 m2。1.1.5 洞内需要的最大风量根据以上计算，可知洞内需要的最大供风量由内燃装碴、运输设备控制，取其最大供风量为1708 m3/min。1.2 通风机工作风量 Vl= (1+PL/100)V=(1+1%2670/100)1708= 2164 (m3/min)式中： Vl-通风机工作风量，m3/min； P-100m风管漏风量， PVC风筒漏风量取1%； L-风管长度，m；取2670m； V-工作面需要的有效风量，m3/min；取1708 m3/min。1.3通风方案的选择根据以上计算，特长隧道在进洞1500m后即采用三级混合式通风，将一台SDF(C)NO12.5 2110型压风机安设在离洞口20m处，并连接150风筒布至掌子面附近，掌子面炮响后开始送风。通风10分钟后，掌子面100m范围内空气即可置换完毕； 将一台SDF(A)NO60 222型风机安设在1号衬砌台车上，掌子面炮响10分钟后开机工作，将浊烟吸入排向洞口； 将一台SDF(A)NO60 222型风机架设在距掌子面500m处，随掌子面的推进适时前移，连接60的风筒布至洞口，将浊气抽出。通风机开关由调度室专人负责，除爆破通风外，钻眼、出渣等仍保持经常性通风，确保机械通风经常化。这样才能保证在十分钟之内机械可到掌子面运渣，太太缩短通风等待时间。2、特长隧道加快进度措施2.1、首先合理组织，使设备与劳动力有机组合，特长隧道施工机械化配套是重头戏。必须满足工期需要，必须成龙配套。能力必须有储备（储备系数1.2），形成几条机械化作业线（掘进、出碴、支护、衬砌与仰拱、后配套）。既要舍得投入，又要合理投入。原则为：一是开挖能力大于施组要求能力；二是装碴能力大于开挖能力；三是运输能力大于装碴能力；四是设备配置的富余系数不宜过大，以避免造成部分设备能力的浪费。2.2、用足时间，环环相扣；高效调度指挥；工序衔接紧凑，合理安排每道工序，压缩衔接时间。2.3、选用长药卷，可以节省时间。2.4、加强炮眼堵塞，使用光面爆破，控制超欠挖，可以提高爆破效果。2.5、多工作面开挖；多工序平行作业（开挖、衬砌、铺底等）；启动一切能够启动的工序；对特殊断面，要最大限度地利用隧道空间。多分部、同步开挖。2.6、出碴期间洞内排除一切阻路干扰。整平层浇筑、防水板供料等影响道路通畅的作业，出碴期间统统避开。2.7、分工明确、责任到人、考核到位。掌子面钻爆开挖分立三个班组，每个班组施工时分区、定人，钻眼、装药、联线一体化，即每个部位的作业人员基本固定，钻眼作业者同时负责所钻孔的装药联线。每月底根据爆破质量、循环进尺及综合进尺对班组及个人同时进行考核评比。 2.8、机械车辆保养及时到位。每循环出碴结束后，司机配合专职修理工对各自机械车辆进行仔细检修，检修完成后并将燃油料加好，做好日常检查保养，避免运输过程中损毁趴窝。 3、岩爆防护措施：3.1、岩爆段开挖前，仔细核对相关地质资料，根据上述判断方法进行判断、分析，提前做好岩爆防治的技术准备和施工准备工作。3.2、给施工人员配备钢盔、防弹背心，主要防治弹射型岩爆伤人。在支护区设专职安全员，同时通过视频监控，随时观察围岩状态，如发现险情，通过人员识别卡及时向作业班组负责人警示，作到及时支护或组织人、机暂时躲避。3.3、在岩爆地段，开挖后及时向掌子面及洞壁进行喷洒高压水，降温除尘，润湿岩面，调高围岩的塑性，这在一定程度可以减轻岩爆的强烈程度。3.4、对施工打眼台车进行改造，在台车上方及侧面设立柔性双层钢绳防护网。在进行钻眼施工时必要情况下需在掌子面处也设立钢绳防护网，以确保施工人员安全。3.5、加强光面爆破，保证开挖洞室轮廓圆顺，避免造成局部应力集中而加剧岩爆，在中等岩爆、强烈岩爆地段采取短进尺、多循环、弱爆破措施。3.6、针对岩爆类型及大小，在岩爆段洞壁上提前打应力释放孔、爆破减震孔或施作超前摩擦锚杆支护，超前卸压、释放高地应力，减弱岩爆强度。3.7、改变开挖方式，预留岩爆层。在强雷岩爆段，容易造成大量超挖，处理困难。施工中采用短进尺2m循环，预留2m厚的岩爆处理层，岩爆过后再进行二次扩挖爆破、支护。强雷岩爆对施工人员及施工设备的威胁最大，必要时进行避让，等岩爆强度基本平静下再进行支护，对强雷岩爆区域必须进行钢供架支撑、锚喷挂钢筋网进行支护，钢供架1榀m，与锚喷网形成联合支护体系。4、塌方的治理 4.1预报先行，心中有数。切实要做好必要的超前地质预报。必须有预案，打有准备之战。施工材料的准备；开挖断面的提前改变；队伍的技术交底；跟进工序的调整（衬砌、仰拱作业的安排）；安全预案。4.2选择合理开挖工法。大跨隧道辅助工法有全断面法、CD、CRD法、双侧壁导坑法、弧形导坑法、台阶法等。CD 、CRD都要求用临时仰拱封闭断面。在CD和CRD法中一个关键技术是中壁的拆除工艺。在中壁拆除作业的施工管理中，最重要的问题是判定中壁拆除时间和中壁拆除后的安全性。一般说，在隧道施工中维护断面的稳定基本上是用拱顶下沉和净空收敛来判定的。因此，在中壁法中，中壁拆除时间的判定和作业的安全性基准，也是以这种方法为依据的。一般在拱顶下沉7天内增量在2mm以下，作为拆除中壁的基准。同时，要计算中壁拆除后的下沉增量，根据拱顶下沉的增量，作为中壁拆除的管理基准。一般单线铁路隧道宜采用短台阶。必须抛弃长台阶法等不合理开挖方法。只有短，才能封闭及时；只有短，才能衬砌适时跟进；只有短，才能预防“大变形”。在不良地质中采用长台阶，上部已开挖断面，一旦变形，常常不可收拾。这就是规范取消长台阶的重要考虑。越是不良地质，越需要“全断面”，超短台阶来实现。临时横撑虽然简单，却十分有效。对于变形收敛速度慢的不良地质段，除了加强支护外，在下台阶开挖前，主动在上台阶支护拱脚加一道横撑，限制变形是十分有效的。下半断面闭合后，再拆除临时横撑。也可以理解为这是CRD法的变通。 4.3 加强围岩的排险及进行开挖面的观察。在每次开挖后进行开挖面用挖机排险，排险包括拱顶及掌子面，并对开挖面进行观察：岩层种类和分布情况，岩层强度、风化和变质情况；节理裂隙发育程度和方向性、填充物的形态；断层的位置、走向和破碎程度；开挖面稳定状态，拱部有无围岩剥落和坍塌现象；当发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施。4.4控制爆破。限制单响药量。合理断面,才有合理爆破。狂轰乱炸是安全、效益的罪魁祸首，控制爆破的临界震动速度。4.5断面及时封闭。在软弱围岩中，断面及时闭合是成功的关键。许多工程实践都充分地证实了这一点。我们在这方面的教训也是深刻的。在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。这就是常说的“鸡蛋壳理论”。4.6选择合理的支护手段。目前锚喷支护已发展为一种复合支护形式，以锚杆和喷射混凝土为基础，与金属网、钢架等支护构件组合出现了锚喷网、锚喷架、锚喷架网等多种组合形式，适用于不同的地质、断面和施工条件。锚喷支护与传统支护形式相比较具有多方面的技术优势，在隧道支护实践中应对其技术特点有清晰的了解，因地制宜、灵活、正确地运用这些特性，采取符合具体工程特点的支护方案，实现基本维持围岩原始状态、发挥围岩自承能力并最终实现围岩稳定的目的。4.7选择合理衬砌时机。按新奥法设计隧道衬砌，根据新奥法原理在初期支护完成后适时进行。二次模注衬砌时间应在围岩量测净空变化速率小于0.2mm/d,变形量已达到预计总量的80%以上,且变形速率有明显减缓趋势时方可进行，适时衬砌。在不良地质段、浅埋地段，需要特别强调衬砌紧跟，及时衬砌。按整体式衬砌设计的隧道，一般要求衬砌紧跟。在不良地质段，衬砌离掌子面约20米左右，围岩条件较好时，衬砌离掌子面约150米左右，根据施工机械活动空间灵活掌握。4.8必须重视监控量测。建立量测体系，实现信息反馈，是指导动态设计、指导施工的关键。虽然你可能嫌麻烦，但是在不良地质隧道、特殊地段、特殊结构隧道施工中，量测尤为重要，不可小视。可采用超前钻孔并辅以地质雷达、地质素描等物探手段进行超前地质预报，探明前方的陷穴、塌滑，针对不同的情况采用相应的技术措施，稳扎稳打，步步为营，确保隧道质量和施工安全。4.9仰拱先行。现代隧道施工的实践证实：隧道的失稳，通常是从底部开始。在软质围岩中，使全断面尽早封闭，以发挥围岩和支护结构的功能，维护隧道的整体稳定，是一个重要原则。关于仰拱，由试验得知，仰拱位移均比拱顶位移为大。从有无仰拱的情况看,有仰拱时位移减小很多，尤其是仰拱处的位移。这充分说明：底部结构控制位移的作用是很明显的。从毛洞和有仰拱的情况看，毛洞的最大位移不是发生在拱顶，而是在仰拱顶。其次是边墙处。而设置仰拱后，最大位移多转移到边墙。也就是说，仰拱不仅控制了位移的发展，也改善了位移的分布。这是极为重要的。试验说明：在1的条件下，修筑仰拱是必要的。隧道的破坏或失稳，常常是从底部开始的。由此，影响到两侧壁，从而造成整个隧道崩塌。这是普遍性规律。5、隧道涌水的防治如掘进前方有大型隐伏含水体地段（需要结合施工开挖揭示的地质情况、水文地质勘察资料、地质探水钻孔及超前地质预报手段综合判定，查明前方地质构造及地下水的分布状态及水量大小，根据涌水量大小、出水点、水压等实际情况合理确定帷幕注浆堵水方案（全断面预注浆堵水或局部