中铁二局工程有限公司京福铁路客专闽赣Ⅷ标项目经理部 四川成都 610000
摘要：闽侯隧道出口自2010年10月下旬开工以来单口掘进3650米,创造了连续8个月单月开挖260米进尺的好成绩(Ⅱ级围岩每循环平均进尺约3.8米，平均用时约10h≈施工准备测量放线50 min+钻孔、装药、爆破250 min+通风、机械找顶、出渣270 min+初喷30mi n)。其主要快速施工的核心技术就是“结合项目自身的特点，解决设备配套，精心组织施工，以超前地质预报为先导，以开挖为主线,其余工序紧跟其后依次平行作业,Ⅱ、Ⅲ级围岩主攻光面爆破技术,开挖进尺长,初喷效率高，为二次衬砌及防水施工提供了有利条件，配备专业的机械、通风维护团队,从而整体提高效率，达到快速施工目的”。
关键词：长大隧道 光面爆破 隧道通风 快速施工
1、工程概况
新建合福铁路客运专线，经合蚌客运专线连接京沪高速铁路至北京，构成京福快速客运通道，设计速度目标值为300公里/小时，正线数目为双线。闽侯隧道起讫里程为：DK785+655～DK793+588，全长7933米，DK785+655～DK792+500为8.468‰的上坡，DK792+500～DK793+588为16.702‰的下坡，隧道内设综合洞室31处沿隧道两侧交错布置。唐山塔斜井位于线路前进方向右侧，斜井与线路左线相交于DK789+500处，与线路小里程方向夹角为57°，斜井长918米，综合纵坡8.77%。主线隧道以Ⅱ级为主，占隧道长度80.4%，其次Ⅲ级围岩，占隧道长度12.8%，Ⅳ级围岩占隧道长度0.5%，Ⅴ级围岩占隧道长度6.3%。隧道暗洞均采用复合式衬砌，明洞采用整体式结构，暗挖隧道采用曲墙复合式衬砌。Ⅳ～Ⅴ级围岩采用曲墙带仰拱衬砌结构形式，Ⅱ～Ⅲ级围岩采用曲墙带钢筋混凝土底板及曲墙带仰拱两种衬砌结构形式。
隧道围岩总体坚硬分布稳定，以凝灰熔岩、花岗斑岩、花岗闪长岩为主，无其它不良地质和特殊岩土、总体工程地质条件较好。
2、工程特点及重难点
闽侯隧道施工工期27.5个月。工期紧、标准高是本工程基本特点，如何安全快速组织施工成为了本工程的重难点。本隧道安排3个隧道作业队，分别负责隧道进口、斜井和出口的施工。闽侯隧道出口承担了3650米的施工任务，快速施工主要以闽侯隧道出口进行分析。
3、主要机械配置
隧道出口主要配置了1台全断面开挖台架，2台防水施工台架，1台钢筋施工台架， 1台仰拱栈桥，1台湿喷机，1台砼输送泵，2台衬砌台车，1台反铲挖掘机，2台装载机，10台自卸车等机械设备。成立专门的机械设备维护队伍，负责机械维护、保养，确保机械正常运转。
4、隧道快速施工技术
隧道施工的主要的工序有：开挖、出碴、初期支护、仰拱及填充、防排水工程、二次衬砌、路面、水沟电缆槽、洞门等。要保证快速施工，必须使每道工序作业时间最短，同时使工序间衔接时间最短。本文主要围绕开挖、出碴、初期支护、仰拱及填充、二次衬砌等工序进行施工技术说明。
4.1光面爆破开挖技术
光面爆破是隧道快速施工的关键技术之一，爆破效果直接关系到工程质量的好坏、施工进度的快慢和施工成本的高低。保证开挖轮廓线和超挖限值,得到好的光爆效果,必须优化光爆设计,严格按爆破设计进行施工。
在隧道开挖前，须组织工程技术人员现场观察工程地质条件、围岩性质，讨论、拟定各项爆破参数。为获得最佳的光面爆破效果，通过合理的炮眼布置，调整炮眼孔距、角度、装药方式，进行不同开挖进尺的试验性爆破，不断调整、优化爆破参数；对周边眼的爆破进行现场试验，根据现场围岩不同确定周边眼最佳抵抗线。通过多次的试验爆破和参数的调整，最后确定科学合理的光面爆破设计方案。
(1)光爆控制要点
①严格控制开挖轮廓线的划线精度
每次全断面爆破前，要精确测定出开挖轮廓线，并根据轮廓线画出各类炮眼位置。炮眼的布置根据各类围岩不同而相对应的炮眼间距不同，视现场围岩整体性和软硬程度而定。
②严格控制钻眼和清孔的质量
根据隧道的开挖断面尺寸，开眼的位置要求不偏离设计炮眼位，周边眼不得偏离5cm，向外角度不大于1～3°，钻眼过程技术人员须现场指导，对不符合要求的坚决不能使用，必须重新钻眼，以确保钻眼的位置和角度符合爆破设计的要求。炮眼钻好后，用高压风进行清孔，将炮眼中的钻碴与小石碴清除干净，以确保装药顺利进行。
③严格控制装药质量
合理选用引爆器材，装药时分片分组，由专人负责，严格按设计装药量装药和装雷管，自上而下，依次进行，注意雷管“对号入座”，周边眼用导爆索引爆，导爆索从拱部向两边依次并联在一起，在两底边各与一个毫秒雷管绑在一起。引爆起爆网络采用复式网络，保证起爆准确性与可靠性，联结导爆管时，注意不能打结和拉细现象，联结好后，爆破技术人员负责检查，经检验合格后，尽快撤离人员和机械，最后引爆。
(2)施工操作要求
①优化光面爆破设计是保证隧道质量的基本前提。通过对隧道现场光面爆破的试验，不断调整爆破设计，使光面爆破设计更符合实际情况，施工过程中要严格操作规程。
②周边眼采用导爆索引爆，实现周边眼空气间隔装药，提高围岩自身的自稳能力。
③加强钻眼的现场管理。工程技术人员负责指导监督，保证钻眼的深度、方向、角度、间距按光面爆破设计的要求实施，特别对周边眼应严格控制，保证断面不欠挖，尽可能减少超挖。清碴时，准确控制好标高，使下一循环放样、钻孔准确无误。为提高钻孔效率和孔眼准确度，将31名开挖工(3名辅助工)，28台钻机，按定人、定点、定量、定责任的原则布设,每台钻机最多钻8个炮眼。
④对隧道光面爆破进行动态管理。预测掌子面前方的地质变化，根据不同地段围岩的性质，随时调整光面爆破的各项设计参数，争取最佳的爆破效果。
(3)超欠挖控制
钻爆法开挖是否经济、高效，关键是控制好超欠挖，钻爆施工中将采取如下措施：
① 提高画线、钻眼精度，尤其是周边眼的精度，是直接影响超欠挖的主要因素，因此要准确画出开挖轮廓线，提高装药质量，杜绝随意性, 防止雷管混装。
②断面轮廓检查及信息反馈：了解开挖后断面各点的超欠挖情况，分析超欠挖原因，及时更改爆破设计参数，减少误差，配专职测量工检查开挖断面，超挖量（平均线性超挖）应控制在10cm（眼深3m）和13cm（眼深5m）以内。
闽侯隧道出口Ⅱ、Ⅲ级围岩全断面开挖钻爆时间控制在4小时左右，每循坏进尺3.4～3.8m满足了快速施工要求。
图1 光爆效果
4.2通风技术
长大隧道通风也是保证进度的关键因素之一，达到管线顺直、各作业面空气清新、照明良好、物料堆放有序、排水畅通,场地无杂物,为工人创造良好的施工环境，为提高施工效率提高了有利条件。但由于洞内的各种作业台架、模板台车等机械形成通风障碍，这些地方造成了相当大的通风阻力和漏风，使得新鲜空气还没送到工作面时已在中途漏掉了，因此如何合理的安排隧道通风，也是加快隧道施工进度的重点。
4.2.1通风方式
闽侯隧道为长大隧道，施工中通风的布置、管理尤为重要，本隧道采用压入式机械通风方式，主风机设在洞口外上风侧压入，以改善施工作业面工作环境。
4.2.2风量计算及设备选择
根据隧规及其条文说明，风量计算主要从四个方面予以考虑，即按洞内最多工作人员数所需的新鲜空气，计算出所需风量Q1；按在规定时间内，稀释一次性爆破使用最多炸药量所产生的有害气体到允许的浓度，计算出所需风量Q2；根据不同的施工方法，按坑道内规定的最小风速，计算出所需风量Q3；当隧道内采用内燃机械施工时，还须按内燃设备的总功率（kw），计算出所需风量Q4；通过上述计算，取Qmax=Max（Q1，Q2，Q3，Q4），再考虑风管的损失率（百米漏风率β），即确定洞内所需的总供风量Q机，从而确定风机的功率和风管的直径。
(1)计算参数的确定
一次开挖断面：S=130m2(全断面）
一次爆破耗药量：G=442kg（每炮开挖长度约4m）
通风距离：L=3700m（以出口施工长度计算）
洞内最多作业人数：m=100人
爆破后通风排烟时间：t≤30min
通风管直径：φ=1800mm
管道百米漏风率：β=1.2%
(2)风量计算
①按洞内最多同时100人工作所需的新鲜空气，计算:
Q1=3?k?m=3×1.25×100=375 m3/min
②按全断面开挖，30分钟内稀释一次性爆破使用最多炸药量所产生的有害气体到允许的浓度，计算： Q2=V1－(K?V1t+1/ V2)1/t=V1 [1－(k?V1/ V2)1/t] =1106 m3/min
③按洞内允许最低风速，全断面开挖时取值0.15m/s，计算：Q3=60?V?S=60×0.15×130=1170 m3/min
④ 按稀释内燃机废气计算风量：考虑在洞内同时有2台ZL50型装载机（功率162kw）,1台PC220挖掘机（功率110kw）和3辆T815自卸车（功率110kw）作业，总功率602kw，取机械设备的平均利用率为70%，按隧规1kw需供风量不小于3m3/min，算得：Q4=602×0.70×3=1265 m3/min
设备供风能力取Qmax=Max（Q1，Q2，Q3，Q4）=1265m3/min。
对于长大隧道，管道的漏风现象造成入口处与出口处的风量差别很大，按百米漏风率（取β=1.2%）计算洞口风机风量：
Q机= Qmax/(1-β)L/100=1265/(1－1.2%)3700/100=1433 m3/min。
(3)风压计算
通风机应有足够的风压以克服管道系统阻力，即h＞h阻，按下式计算：h阻=∑h动+∑h沿+∑h局=3061pa
(4)设备选择
根据计算所需风量1433m3/min，风压3061pa，闽侯隧道出口方向选择1台2×132轴流风机，风管直径1.8m，供风量2250 m3/min，全压4650～6500pa，能够满足要求。
4.2.3布置方案
隧道出口通风设置一台2×132KW的轴流式通风机，风管采用φ1800mm，主风机设在洞口外上风侧压入，压入风管的出风口距工作面15～20m，通风管的安装做到平顺，接头牢固严密，避免转小于135°急弯，弯道半径不小于管径的3倍。
4.2.4通风管理
(1)加强环境意识，重视通风工作，成立专门的通风队伍，负责通风机、通风管安装，维护，承担通风效果的责任。
(2)通风监测是搞好通风除尘的首要工作，通风技术人员负责日常的有害气体浓度，放射性物质监测，根据浓度调整风量，合理供风。
(3)风机由专业人员管理，并记录电机的工作电流和电压及U型管压力。U型管安装在风机出口的10～20m处，U型压力管可粗略了解风机的工作压力，以免造成风阻过载而烧毁电机。
4.3出渣运输
隧道出渣运输是影响施工速度的又一个主要因素。为达到快速转运的目的，使用一台反铲挖掘机配合两台装载机同时作业，这样大大的提高了装渣速度。装渣自卸车采用10台15t自卸汽车运输洞碴至弃碴场。闽侯隧道出口Ⅱ、Ⅲ级围岩出渣时间一般控制在4-5小时左右，满足了快速施工要求。
图2 通风效果
4.4初期支护施工技术
小型湿喷机施工进度慢，不仅有机械自身因素，也包含了人为因素，不稳定性因素较多。引进湿喷机械手，一方面减少了人为不稳定因素，也减少了人员薪资。机械手最大喷射速度为30m3/h，小型湿喷机最大喷射速度为6m3/h，机械手相当于5台小型湿喷浆机同时作业，大幅度的提高了初期支护进度。
4.5仰拱、底板、底板找平层施工技术
隧道Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩底端设置仰拱。由于客运专线技术标准要求，隧道的仰拱及填充环向必须一次性浇筑完成，不得左右幅施工。为保证仰拱质量要求，同时解决开挖运输作业要求，需配置仰拱栈桥。解决了仰拱与开挖平行作业问题，提高了施工效率。
4.6二衬施工
二次衬砌在初期支护收敛变形趋于稳定后施作，采用HBT60型砼输送泵配合12m自行式液压模板台车进行全断面衬砌施工，混凝土洞外拌合站拌合，采用容量为9m3砼罐车运输，HBT60输送泵泵送砼对称分层灌注，入模倾落自由高度不超过2.0m，配置两台以上振捣器进行捣固。为加快施工进度，衬砌前的防排水系统、衬砌钢筋等应安排专人负责，原则上不得影响二衬施工。
衬砌台车钢模定位固定好后测量工程师复核，复核无误后立即清理基底杂物、积水和浮碴；装设钢制挡头模板；施工缝按设计要求进行处理，并自检防水系统布置情况，及检查衬砌厚度和隧道净空尺寸。自检合格后报请监理工程师检查，经监理工程师签证同意后灌注砼。
根据二次衬砌长度铺设2根25m轨道，交替前移。本隧道出口模筑衬砌采用2台12m长的全断面液压衬砌台车，砼由拌合站集中拌制，对称泵送入模，每次浇注长度12m，施工时间根据现场的实际情况和观测确定。衬砌砼根据不同地段承压要求分别达到设计强度的70%、100%、并不少于2.5MPa以上方可拆模。砼拆模后连续养护至少14天以上，采用饮用水进行喷雾养护，确保混凝土表面湿润。
台车就位一般控制在2小时内，安装端头模及中央止水带控制在4小时内，泵送混凝土控制在11小时内，养护试件控制在12～14小时，一个循环控制在30 小时左右，满足了快速施工要求。
5、结语
随着铁路客运专线的建设扩大，铁路长大隧道的修建也将增多。怎样快速建成长大隧道往往是实现全线总工期的关键。针对客运专线隧道开挖断面大、质量要求高、施工工艺复杂的特点，要做到快速施工，必须强化施工组织和施工技术管理,实现均衡有序生产。隧道施工各项工序须紧紧围绕开挖这条主线,合理安排工、料、机等资源配套,减小工序之间的相互干扰，实现施工全过程的流程化是关键；坚持超前地质预报，做好各种防治措施；坚持文明施工,创造良好的施工环境；建立有效的激励机制,从而实现隧道快速施工的效果。
论文作者:黄太平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/20
标签：隧道论文; 围岩论文; 闽侯论文; 风量论文; 断面论文; 光面论文; 炮眼论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;