长大瓦斯隧道施工技术总结

1、PAGE PAGE 13南山隧道施工技术中铁十二局集团第二工程有限公司 余金凯摘 要 南山隧道是重庆万开高速公路的重点工程和控制工程，该隧道的最大特点是属长大瓦斯隧道、围岩变化频繁、涌水量较大。隧道施工目前已取得很大进展，文章就此隧道施工中的技术问题作一总结。关键词 南山隧道 施工技术 施工问题 解决办法 工程概况及工程特点1.1 工程概况万开高速公路南山隧道是万开高速公路的重点工程和控制工程。隧道位于高速公路ZK2+256ZK7+084、YK2+237YK7+110处。隧道为上下行分离式隧道，左线长4828m，右线长4873m，左右线测量轴线间距30m，隧道净宽9.25m，全隧位于直线段上。

2、我公司承建的B3合同段为右线出口段，长2410m，其中设计类围岩205m，占8.51，类围岩1225m，占50.83，类围岩980m，占40.66。技术标准：公路等级：高速公路。隧道设计行车速度：60km/h。隧道建筑限界：净宽9.25m，行车道23.5m，限高5.0m；隧道路面横坡：单向坡2%。设计交通量：预测2026年年平均日双向交通量为20171辆中型车。1.2 工程特点影响较大。南山隧道是万开高速公路的控制工程，能否按时完工直接关系到万开高速公路能否按时通车，该隧道开工之初居西南地区在建高速公路最长隧道之冠，其工程质量和施工进度受到重庆市上下的关注，影响较大。地质复杂。隧址区域内多处含

3、煤层煤线，并且受构造裂隙发育影响较大。施工机械化程度高。该隧道独头掘进距离长，又是瓦斯隧道，通风排烟难度较大。施工难度大。围岩变化频繁，设计围岩类别与实际严重不符。隧道因地质原因涉及变更长度达1358 m，占设计的56.35%。地下水丰富，隧道日涌水量为188956300m3。2. 施工条件2.1 气候隧址区属亚热带季风气候区，具有春早、夏热、秋雨绵、冬暖多雾，无霜期长，雨量充沛的特点。年平均气温16.618.7，最低温度-4.5，最高温度42。年平均降雨量1149.31213.5ml，多集中在59月。2.2 交通交通较为方便，由业主提供了赵家镇至工地的施工便道，至开县、万州的交通比较便利。2

4、.3 供电由业主提供的隧道施工专线满足隧道施工的用电要求。 2.4 外部干扰隧址区位于重庆市开县赵家镇蔡家村，该村人员较多，耕地少，业主提供的施工便道贯穿于整个村庄，给施工带来的外部干扰较多。3. 施工进展情况自隧道中标之日起，紧紧抓住安全、快速和优质这三个原则，全面展开生产。3.1 工程进度自2003年3月8日进洞以来，至2004年12月10日，隧道掘进及初期支护完成2450 m，衬砌完成1970 m。（2004年11月24日，已掘进至合同分界点，为早日实现隧道贯通，业主指定增加60 m施工任务）3.2 取得的成绩 工程质量。隧道光面爆破效果明显，轮廓圆顺，较好地控制了超欠挖；初期支护严格按

5、设计施作，喷射混凝土圆顺平整；钢筋绑扎标准规范；二次衬砌内实外美，无渗漏水。隧道多次按受了业主、质监站、监理部的检查，各项指标均达到优良。安全。隧道开工至今未出现伤亡事故和重大事故，特别是爆炸物品管理规范，多次接受了当地公安机关、集团公司的安全检查，均受一致好评。在业主组织的三次全线综合评比中，工程进度、质量、安全及其他各项工作均名列前茅，共获得了两个第一名的好成绩。创造了良好的社会信誉，树立了良好的企业形象。4. 主要施工方法针对南山隧道工期短，地质复杂的特点，隧道施工方法主要突出“安全、优质、快速”的原则。 4.1 总体安排南山隧道虽然工期只有短短24个月，经过认真研究和现场勘测，认为独头

6、掘进完全可以满足工期要求。 4.2 开挖掘进根据不同围岩类别制订出不同的施工方法，充分的体现“岩变我变”的原则。、类围岩采用短台阶法，类围岩采用大半断面或全断面法。钻眼采用风枪，运渣采用奔驰自卸汽车，装渣采用320挖掘机。4.2.1 类围岩施工类围岩采用超前小导管注浆支护，开挖采用上、中、下三台阶七步流水作业法。开挖采用YT-28凿岩机钻眼，塑料导爆管非电毫秒微差有序起爆系统。每循环进尺控制在0.81.6m。开挖顺序如图1所示。上弧导开挖前，测量人员用光电仪沿开挖面测出开挖轮廓线，开挖面尽可能保持垂直。测量完毕后，开挖工班沿测设轮廓开挖出拱部轮廓，再将预先加工好的格栅拱架镶嵌于垂直开挖面，拱架

7、与系统锚杆连为一体，最后进行网喷混凝土封闭。封闭完成，按要求沿拱架外缘施作小导管超前支护。开挖时要注意预留核心土尺寸，核心土距拱顶不得大于1.0m，宽度不能太窄，满足安装拱架即可。依靠核心土的作用支撑掌子面岩层，尽量减少围岩收缩变形，每一循环开挖结束后，要及时封闭开挖面，严禁超挖。中导施工至少与掌子面保持1525m的距离，确保上导与中导互不干扰；中导左右马口开挖不能对开，左、右保持510m距离，随挖随护，禁止长时间暴露；中导施工注意拱脚预留平台，宽度至少1.5m，避免侧避出现滑塌。下导开挖优先采用侧避导坑法，一侧开挖1530m后，再进行另一侧开挖。下导开挖与仰拱开挖保持20m左右的距离，这样才

8、不影响掌子面的作业，仰拱施工与下导作业互不干扰。类围岩施工应注意以下几点：开挖要尽量采用弱爆破，进尺控制在0.81.6m。核心土一定要留，否则极易发生坍塌。施作超前小导管时，一是要把握好仰角，仰角太大会出现超挖，仰角太小会侵限。另外小导管搭接长度也要符合设计要求。类围岩要加快施工速度。一是要确保支护质量，确保不出现塌方；二是要严格控制超欠挖，减少喷锚时间；三是要确保安装拱架与出渣同时进行，立拱架不占用整个工序循环时间。具体作法是放炮后首先用挖掘机把上导的渣扒到中下导，然后立拱架与出渣同时进行。4.2.2 类围岩施工类围岩段开挖同样分三个台阶，与类围岩不同之处是取消预留核心上。开挖顺序如图2所示

9、。类围岩采用YT-28凿岩机钻眼，塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。每循环进尺控制在2.02.5m，每次放炮后上导扒到中下导，然后安装拱架与出渣同时进行。4.2.3 类围岩类围岩石质较好，可以采用大半断面或全断面开挖掘进。针对南山隧道地质变化频繁的特点，采用的是大半断面施工。因为隧道大半断面在突发情况下可以确保施工安全。开挖顺序如图3所示。大半断面施工优点是：掘进简易台车高度降低，增加了台车灵活性；遇到围岩突然变差，可及时采取措施变换施工方法，由上下台阶变为三台阶施工，调换工序极为方便。4.3 初期支护4.3.1 类围岩类围岩的初期支护主要有42超前小导管、22钢筋格栅拱架、25中空注

10、浆锚杆、6.5钢筋网和喷射20号混凝土。初期支护的施作紧跟掘进施工。施工时首先施作42超前小导管，小导管主要在拱部布设，环向间距40cm，L=4m，=15，注浆采用水泥浆。拱架、6.5钢筋网及25中空锚杆在开挖后及时施作，施作完成后喷射20号混凝土20cm。拱架间距80cm，拱架安装时，在上、中、下导拱架每个底脚设4根锁脚锚杆，锚杆与拱架连为一体，确保开挖马口接拱架时的安全。4.3.2 类围岩类围岩的初期支护主要有：格栅钢架（类格型衬砌断面设计有格栅钢架，普通类设计没有）、25中空注浆锚杆、6.5钢筋网和20号喷射混凝土，局部破碎地段增设42超前小导管。类格型初期支护的施作与类围岩类似。拱架间

11、距100cm。普通类初期支护的施作视围岩情况分段进行，如围岩较差，开挖后及时施作，围岩较好几个循环进行一次施作。这样可以缩短循环时间，加快施工进度。4.3.3 类围岩类围岩初期支护为22砂浆锚杆、6.5钢筋网和喷射20号混凝土。类围岩的初期支护与普通类围岩类似。4.4 出渣、类围岩三台阶法施工，采用320挖掘机配合自卸汽车出渣。320挖掘机既可扒渣，而且上下台阶灵活，还可扒净拱脚，以利安装拱架。类围岩大半断面施工，考虑到只有一个隧道口，同时类围岩的长度只占设计40.66%，为减少机械投入，降低施工成本，出渣同、类围岩。4.5 衬砌施工衬砌采用全断面钢模液压衬砌台车，长12 m。混凝土搅拌采用自

12、动计量拌合站，拌合站设2台JS1200拌合机，输送罐车运输混凝土，灌注采用输送泵。4.6 防排水设施施工南山隧道的防水设施主要有EVA复合式防水板和橡胶止水条，排水设施主要有50mm环向软式透水管、宽50cm橡胶排水板盲沟、100mm纵向、横向排水管和中央排水沟。防排水设施设置如图4所示。4.6.1 防水板施工防水板采用EVA复合式防水板，该防水板由土工布和EVA两层组成，具有抗拉强度大、抗水性强的特点，广泛用于隧道防水。防水板的施工方法如下：防水板张挂前，将初期支护表面外露的锚杆头、钢筋头齐根切除，并抹砂浆将其覆盖。将初期支护表面凸凹不平的部位进行修凿抹平。防水板从台车顶沿隧道轮廓展开，并且

13、保持松紧适度，幅与幅之间的搭接长度不小于10cm。用穿有塑料焊垫的水泥钉沿隧道轮廓从上向下钉，钉子要钉在土工布上，切忌钉在外层防水板上。开启TH一双轮自动爬焊机，调试好温度及爬行速度，把防水板搭接部分焊接起来。防水板施工应注意以下几点：固定防水板时，应视初期支护的平整度将防水板预留一定的富余量，以防过紧防水板被混凝土挤破。防水板尽量从拱顶一直铺到拱脚，施工缝环向设置，尽量避免横向施工缝，如必须横向连接时，下层防水板要压在上层防水板上进行焊接。防水板焊接完成后，要认真检查防水板是否有破损和虚焊，发现要及时补焊。衬砌钢筋安装、各种预埋件设置、挡头模板安装，以及泵送混凝土等工序作业中要防止破坏防水板

14、。防水板是防止隧道衬砌渗漏水的主要设施，必须认真施作，严格检查，确保防水板的防水作用。4.6.2 环向排水管施工当初期支护喷射砼表面有股状流水时设置，管端宜直接与股状流水处相接。环向排水管采用50mm软式透水管，透水管设置在初期支护与防水板之间，沿隧道环向布置，下端与100纵向排水管连在一起，保证水从环向排水管流入纵向排水管。4.6.3 环向橡胶排水板盲沟施工当初期支护喷射砼表面渗水较大影响防水板施工时，可在渗水部位沿隧道环向铺设橡胶排水板遮挡，将渗水引至边墙底部纵向排水管。4.6.4 纵向排水管施工纵向排水管采用100mm有孔波纹管，设置在拱脚初期支护与防水板之间，沿隧道纵向布设，左右各一道

15、。环向排水管的水排入纵向排水管后，再由纵向排水管经由100mm横向排水管排入中央排水沟内。 4.6.5 横向排水管施工横向排水管采用100mm无孔波纹管，设置在仰拱回填中，把纵向排水管中的水引入中央排水沟内，横向排水管设置间距为10m/道。 4.6.6 中央排水沟中央排水沟设置在隧道中间，是隧道内的主要排水通道。施工时先浇筑30cm的10号混凝土基座，基座上放50cm的25号钢筋混凝土排水管，排水管接头用沥青麻絮填塞，排水管上铺59cm厚35cm碎石，碎石上铺一层PVC板，最后在PVC板上浇筑10号混凝土。4.6.7 橡胶止水条橡胶止水条设置在衬砌的环向施工缝处和衬砌与仰拱的纵向施工缝处。5.

16、 施工中重大技术问题的解决处理办法南山隧道作为西南地区在建长大公路隧道这一，具有煤层瓦斯、围岩变化频繁、涌水量较大等特点，施工中的技术工作也必须紧紧围绕隧道的特点进行。以下就两个重大问题进行详述。5.1 隧道涌水渗水问题的解决5.1.1 隧道涌水情况隧道自2003年11月进入K5+820K5+760(类围岩段)、K5+760K5+439.56（类围岩段）施工以来，隧道拱部出现股状（直径10cm）流水和大面积淋水，底部出现渗水和冒水。经现场技术人员会同监理工程师对隧道内涌水量共进行了多次跟踪测量计算，其最大涌水量为18895m3/d，最小涌水为6300 m3/d，现隧道涌水量基本趋于稳定，保持在

17、8500 m3/d左右。在丰富地下水作用下，围岩的自稳能力较差。由于涌水量增大，其施工处于非正常施工状态，经业主、监理、地勘单位、承包单位以及设计院等有关人员现场查看和共同研究，决定对隧道已开挖的、暴露的、涌水量大的地段采用周边径向注浆方式注浆堵水和加固围岩。5.1.2 周边径向注浆止水施工从K5+780开始，待地下水压力下降稳定后，进行初期支护施工网喷砼厚15 cm，作为初期支护止浆墙，再进行周边径向注浆堵水施工。沿隧道纵环向间距3m布点钻孔，孔眼直径50mm，孔深500cm，梅花型布置，可根据裂隙涌水的实际情况略作调整，当涌水量相对较大时可适当加密。安设 42mm小钢管，钢管长100 cm

18、，钢管尾部距离隧道初期支护表面20 cm，钢管与孔壁缝隙用快凝性水泥填塞；其钢管在洞外加工间加工，其具体加工图见图5。注浆机具采用YZB型双液注浆机，注浆材料根据隧道涌水情况采用水泥水玻璃双液浆。浆液压送方式见图6：浆液压送方式图。水泥水玻璃双液浆：水泥浆水灰比为1：1，水泥浆与水玻璃体积比为1：0.8，水玻璃波美度根据现场实际注浆效果可进行调整，水玻璃波美度由实验室专人进行测试控制。注浆应自上而下逐孔进行，相邻孔不得同时注浆，注浆压力控制在12Mpa。逐孔注浆，先根据注浆孔涌水量的大小，可采用先注清水，然后注水泥净浆，最后注水泥-水玻璃双液浆。同时可根据注浆过程中涌水量的大小适时加大水玻璃波

19、美度，用以缩短注浆凝结时间。注浆结束标准：注浆终压应控制在1.0 Mpa左右，单孔进浆量应小于10 L/min。注浆效果检查：检查孔涌水量一般地段应小于0.2 L/min. m；或者进行压水实验：在1.0 Mpa压力下检查孔进水量应小于0.02 L/min. m，否则应加密钻孔注浆。股状水的集中引排对隧道涌水相对较为集中且注浆后难以达到止水效果的股状水，可考虑采取在隧道洞身凿槽埋设100 mm有孔波纹管、多根50 mm弹簧透水软管和橡胶排水板盲沟，将涌水直接引至隧道洞身排水系统排走，施工时要注意将管端直接与股状流水处相接。5.1.3 注浆堵水效果及体会南山隧道于2004年2月5日开始进行周边径

20、向注浆堵水施工，到2004年5月17日结束，历时102天，根据隧道实际涌水情况，注浆施工实际里程为K5+780K5+672段，计108米，经统计，共钻孔342个，注浆孔342个，消耗水泥273.85吨，水玻璃134.206吨。水玻璃波美度为390410。周边径向注浆堵水，使得隧道内大面积淋水和小股状流水被有效遏制，但对大股状有压水流效果不大明显，因此，根据实际情况，对大股状有压水流进行了一定的引排处理。通过注浆前后涌水量的比较，此次注浆堵水施工，效果非常明显。在注浆施工前，测得其洞内涌水量为11000 m3/d（2004年2月5日测，），注浆堵水施工后，测得其洞内总涌水量为9000 m3/d（

21、2004年7月5日测），扣除因隧道继续掘进而增加的涌水量6000 m3/d（2004年7月5日测），此注浆堵水施工段的涌水量由施工前的11000 m3/d减小到施工后的3000 m3/d（自隧道洞口到注浆堵水面所有涌水），注浆材料每延米用量分别为：水泥2.536tm；水玻璃1.243tm。总结此次注浆堵水施工，主要有以下几点体会：周边径向注浆堵水施工，针对隧道大面积淋水和小股状流水，非常有效。注浆施工时要严格按配合比要求配料，计量准确；注浆施工时要做好现场记录，勤于总结，每段注浆结束后检查其注浆效果，对达不到要求的要及时重新补注；为以后相似条件下的施工积累了宝贵经验。此次注浆堵水施工，效果明显

22、，达到了预期的目的，为业主节省了大量投资，同时为施工单位赢得了宝贵的时间，确保了工期。5.2 煤层瓦斯问题的解决在煤层中修建隧道的实际施工过程中，安全隐患较大，其中煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸或引起煤尘爆炸以及煤层坍塌，不仅危及施工及结构安全，而且影响隧道施工进度。根据地质勘测资料，南山隧道煤层的瓦斯含量和压力较小，隧道穿过煤层时不会有较大瓦斯涌出，正常情况下瓦斯涌出量为0.0820.484m3/min，均小于0.5m3/min，根据铁路瓦斯隧道技术规范确定为低瓦斯隧道工区。因此，在制定了多套应急预案的前提下，决定采用常规施工方法。在施工中主要采取的措施有以下三点。5.2.1 加强通风施工通风是防瓦

23、斯的重要技术环节，加强通风是瓦斯防治中最主要、最有效的方法，因本隧道采用无轨运输，同时煤系地层距洞口900 m，距离较长，根据以往的施工经验，采用洞外压入式通风。此外，在揭煤地段加强通风管理，成立直接受指挥部领导的通风小组，确保百米漏风率低于2%，保证通风效果。为保证施工安全，施工通风十分重要。根据“煤规”，风流中瓦斯浓度不得超过1%。采用压入式进行通风，选用1台SFD-NO.12.5型变频轴流式通风机（功率2110KW，风量16002850m3/min），通风管选用1400mm的大直径软管，洞内选用1台SFS-NO.6.30型射流通风机（功率215KW），将其悬挂在防水板作业台车的下方，出风

24、口对准衬砌台车，使其产生的高速风流加大衬砌台车附近的风速，在大风量的稀释下，使瓦斯不可能再产生积聚，解决瓦斯积聚问题，满足洞内无轨运输。压入式通风时，风筒距掌子面的距离应根据L=（46）A m计算。L=（46）A=（46）96.18=39.258.8 m其中：A为隧道开挖断面面积，取最大开挖断面面积为：96.18 m2。本隧道通风时，风筒出口距掌子面基本控制在35 m以内。隧道通风排烟与风机风量、风筒风阻、隧道长度、隧道断面、外境气温、气压等有直接关系，掌子面污风与新鲜风流混合后，经新鲜风流不断压入，污风逐渐向洞口移动，在移动过程中。受外境（洞外）气温、气压影响较大，外部气温低，污风则沿拱顶排

25、出洞，外部气温高，污风则贴近地面，移动缓慢，为防止掌子面后方、特别是衬砌台车附近，瓦斯集聚，施工时采用高压风充散，在台车附近、横通道、洞室等瓦斯易聚积地点，每隔34小时用高压风吹1020分钟。5.2.2 加强隧道揭煤段施工监测为了保证安全揭煤，在揭煤施工时，开展多项施工监测，瓦斯浓度监测指标见表1，在监测部位的显眼位置挂牌，并及时将监测结果登记上牌。监测仪器采用GQJ-IB光干涉式甲烷测定器，其检测方法为：通风15min后，在距隧道拱顶30cm，离炮眼20cm的位置测定三次，取其最大值。 隧道瓦斯监测部位及容许浓度 表1监测部位频 率瓦斯容许深度（%）掌子面开挖钻眼前、钻眼中，放炮前、放炮后、

26、出碴中1.0人行横洞次/24小时0.5车行横洞次/24小时0.5衬砌台车放炮前、放炮后、出碴中，焊接施工前0.5紧急停车带次/24小时0.55.2.3 隧道揭煤安全保障技术为了安全揭穿煤层和过煤地段，在实际施工中采用了以下安全技术措施。加强通风管理，工作面供风量不得少于1500m3/min，确保工作面瓦斯浓度不得大于1%，距工作面后方20m回风流中的瓦斯浓度不得大于0.5%，整个隧道中不得有瓦斯积聚。加强瓦斯管理，工作面及隧道中各个作业环节及工作范围，配备专职和兼职瓦斯检查员认真负责工作环境瓦斯检测，若瓦斯浓度超限（工作面瓦斯尝试限值为1%，回风限值为0.75%），应立即停止工作，向调度室汇报

27、，及时采取措施。待瓦斯浓度不超限时，再进行施工。加强隧道内所有电器设备和照明线路及灯具管理，随时由专人检查维护，不得失误。加强揭煤地段（从隧道工作面距煤层前10m开始，至过煤后30m止）约40m长的巷道放炮管理，特别是揭煤爆破作业专门设计，采用洞内全部撤人。洞口设岗，洞外放炮，其揭煤放炮要一次性揭开所规定的全部岩柱。揭煤前的保安岩柱定为2m（垂距），在刷斜坡后，应准确无误地按设计炮眼深度布置及装药量，以防止误穿或提前揭煤。放炮前工作面不装药的钻眼（废眼）要用黄泥全孔长堵塞。加强揭煤地段作业时矿山救护工作制度及工地安全制度，瓦检员值班制度，做到“一炮三检”，并巡查隧道风流中瓦斯浓度是否有瓦斯局部积聚，观察突出预兆，一旦发现异常及时报告处理，并做到现场交接班，不得漏检。放炮揭煤40分钟后，洞口负责人与瓦斯检测员首先进入工作面，经检查无异常时，由负责人下达恢复供电、供风指令。在工作面及回风流瓦斯浓度既不超限，又无其它异常时，仍由负责人下达指令，方可恢复施工作业。加强揭煤地段特别是隧道与煤层交替处的支护工作。经测试鉴定区内煤尘具有爆炸性，在隧道穿越煤系地层施工时，应预防煤尘爆炸，主要措施为：喷雾洒水，注意在产生煤尘