單線特長隧道快速施工技術(shù)研究范文
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1橫洞位置調(diào)整
隧道原設(shè)計4座輔助坑道洞口位置均不太理想，尤其是2#、4#橫洞，設(shè)計位置位于雅江峽谷高邊坡處，坡度在60°以上，與對岸公路高差達70m左右，大多數(shù)地方為巖石，需爆破施工，便道施工難度極大且無臨建場地。進場后項目部組織人員多次進行現(xiàn)場踏勘，經(jīng)多次論證，對洞口位置進行優(yōu)化，調(diào)整至雅江左岸平臺上。根據(jù)與設(shè)計溝通，2#、4#橫洞作為永久通風(fēng)坑道，橫洞位置的調(diào)整亦能滿足運營通風(fēng)需要，設(shè)計同意進行變更。通過洞口位置的優(yōu)化，解決了臨建場地問題，合理劃分了施工段落;減少了一座便橋的修建，節(jié)約了投資。僅便道一項，比原設(shè)計洞口位置需修建的便道節(jié)約工期2個月，且減少了費用及對環(huán)境的破壞。在2#、3#橫洞間平臺修建碎石場，破碎隧道棄碴，經(jīng)檢驗合格，供拌和站使用，既解決了棄碴占地問題，又降低了地材成本，為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。
2進尺及工序循環(huán)改進
特長隧道的快速施工是確保工期及效益的關(guān)鍵因素。隧道掘進進度關(guān)鍵在于開挖進尺及循環(huán)工序銜接。在對盆因拉隧道各工點圍巖情況進行仔細分析研究后，確定合理的爆破方案，并在施工中不斷改進，使每循環(huán)進尺由原來的2m左右提高到2．8m以上。在抓好爆破方案，提高每循環(huán)進尺的同時，重點是施工工序的銜接問題。一方面，保證配備足夠的施工人員及機械設(shè)備，做好后勤保障工作;另一方面抓好開挖與其他工序間的協(xié)調(diào)工作。單線隧道，工序循環(huán)這道特殊“工序”非常關(guān)鍵。車輛調(diào)度、臺車行走、管線鋪設(shè)、通風(fēng)排煙各道工序間相互制約，必須準(zhǔn)確合理安排作業(yè)時間，如出碴過程中，其余工序基本停滯，只有在開挖鉆孔的4．5h內(nèi)可以進行仰拱開挖澆筑、鋪掛防水板、行走臺車、封堵頭模板等工序。每月考慮有2d影響因素(超前地質(zhì)預(yù)報、圍巖量測等)，按每月實際工作28d計算，每4個開挖循環(huán)進行一次初支(12h)，即平均每循環(huán)為12×5/4=15h;在初支施工期間安排二襯澆筑作業(yè)。開挖每循環(huán)進尺按2．8m計算，月進尺為:2．8×24×28/15=125．4m。施工中采用水壓爆破等工藝，控制好光爆，確保圍巖安全、不掉塊，否則在施工中必須及時調(diào)整方案，對破碎圍巖及時進行支護。
3單線隧道運輸方案
3.1機械及洞室尺寸受隧道斷面凈空限制，出碴時恰好僅能同時容納1臺裝載機和1臺自卸車并排作業(yè)，襯砌完地段僅能容納1臺車輛通行，無法錯車，且無法掉頭，若單趟運輸，時間太長，必需在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置會車帶，確保自卸車能相互錯車。考慮本隧道綜合洞室較多，單側(cè)60m有一小避車洞，每單側(cè)420m、雙側(cè)210m有一大避車洞，全隧道有錨段8處，風(fēng)機段3處。其中風(fēng)機段和未襯砌的錨段可以直接利用作為會車帶，風(fēng)機段可作為機械會車、調(diào)頭地帶。另外，為減少倒車長度，間隔110m將小避車洞改為擴大的大避車洞，此法雖然增加了一些開挖及襯砌成本，但有效地降低了車輛倒車?yán)щy及燃油浪費，出碴時間減少，有效提高了工作效率，經(jīng)濟比選是可行的。根據(jù)以上尺寸計算，大避車洞寬度能滿足要求，但高度及深度不夠，利用大避車洞室會車調(diào)頭需采取一些措施:(1)將大避車洞加深至6．0m，二襯后凈寬調(diào)整為5m，開挖高度增加0．5m;(2)大避車洞室開挖底應(yīng)與仰拱填充面(內(nèi)軌頂下51．5cm)高度一致;(3)大避車洞洞室鋪底及襯砌最后施作，一般在距掌子面500m左右后可以利用第二部臺車施工二襯時同時施作;(4)靠近洞室側(cè)的風(fēng)管、水管埋在仰拱填充砼中，在施工時應(yīng)在風(fēng)水管接頭處采用土工布包裹，避免砼漿液流入風(fēng)水管中，堵塞風(fēng)水管;(5)通風(fēng)帶必須懸掛在隧道拱頂。
3.2出碴行車調(diào)度方案出碴作業(yè)時，按4臺自卸車考慮。1#自卸車在掌子面裝碴，2#自卸車停放在二襯與掌子面之間的擴大洞室處，或停靠在會車洞室內(nèi)，3#車在洞口待命，4#車去往棄渣場的路上。
3.3襯砌施工調(diào)度方案二襯砼罐車則選用就近的會車洞室進行會車掉頭，具體方案類似出碴調(diào)度。將泵車放置于大避車洞另一側(cè)，緊靠邊墻，砼罐車可以在此大避車洞內(nèi)掉頭，并在此澆筑混凝土。泵車位置可以200m不移動，待二襯施工至下一個避車洞位置時，再將泵車移至該處。盆因拉隧道各口施工段落較長(一般大于1000m)，受施工干擾影響，二襯滯后較多，但受安全步距要求影響，二襯必須及時跟進，這就需要跳襯，隧道內(nèi)一般為2部臺車，第1部臺車施工時將大避車洞處二襯空出1～2板長度，由第2部臺車進行施工。施工段落較短時，一般不影響總工期，跳襯段落在緊跟掌子面開挖施工完成后返回施工空缺段落。
4隧道施工通風(fēng)方案
盆因拉隧道屬高原特長隧道，各施工洞口掘進距離均較長，施工通風(fēng)較復(fù)雜，通過與蘭州交通大學(xué)合作，將高原特長隧道通風(fēng)作為專項課題進行研究，改進了通風(fēng)方案，確保了隧道內(nèi)的通風(fēng)效果。在隧道施工過程中，由于鉆眼、爆破、裝碴、噴射混凝土、運輸車尾氣以及開挖時地層釋放出的有害氣體等因素，使得隧道內(nèi)空氣十分污濁，嚴(yán)重影響人體的健康［1］。由于海拔高度影響及隧道斷面對導(dǎo)風(fēng)筒的限制，依據(jù)隧道長度對新鮮空氣的要求，考慮高原氣壓影響，通過對風(fēng)量、風(fēng)機風(fēng)壓、風(fēng)機功率等的計算，選用"旋式通風(fēng)機SDF-NO13/132kW×2風(fēng)機，該風(fēng)機有3個檔位，分別為:低速2×22kW，中速2×45kW，高速2×132kW，可以隨著隧道進尺情況逐步提高檔位。配套直徑為1．5m的PVC增強維綸布制成的柔性送壓式導(dǎo)風(fēng)筒，結(jié)構(gòu)采用完全封閉形式，連接風(fēng)機段30m采用鋼制寬邊篷圈，篷圈間距為0．3mm。風(fēng)管節(jié)長20～50m，減少接頭個數(shù)，保證風(fēng)管，降低漏風(fēng)量和總阻力。風(fēng)機放置在距洞口20m處，以避免從洞口排出的廢氣進入通風(fēng)機形成“循環(huán)風(fēng)”。(1)1#斜井安裝1臺風(fēng)機壓入使用，污染氣體自然排出。進口較短，只有237m，進口貫通后污染氣體可以從進口直接排出。(2)3座橫洞在橫洞段施工過程中安裝1臺風(fēng)機壓入使用，根據(jù)進度不斷加長導(dǎo)風(fēng)筒，在橫洞段只需壓入新鮮空氣即可滿足施工要求;當(dāng)掘進到正洞向兩個方向施工時，在橫洞口增加1臺通風(fēng)機，2臺風(fēng)機配套2條導(dǎo)風(fēng)筒向兩個施工面送風(fēng)。如果污染氣體改變流動方向(正洞與橫洞轉(zhuǎn)彎處)，而流速緩慢時，主洞內(nèi)二襯臺車掌子面方向端及靠近掌子面附近處各安裝1臺射流風(fēng)機，二襯臺車洞口方向端間隔500m安裝1臺射流風(fēng)機，選用接力方式強迫和加大流動速度，排出污染氣體。射流風(fēng)機采用SDSNo10/30kW型，其流量為27m3/s，風(fēng)速30m/s，掘進主洞風(fēng)機可完成壓入長度1335m+2084m(即橫洞長+主洞施工長度)。(3)出口安裝1臺風(fēng)機，壓入使用即可，長度大于1000m時，通風(fēng)能力降低，間隔300～500m增加射流風(fēng)機輔助排煙。現(xiàn)場試驗顯示，采用該方案后，隧道內(nèi)目前采用的通風(fēng)方式基本能滿足當(dāng)前掘進長度通風(fēng)要求，各項指標(biāo)均符合《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》(TZ204－2008)［2］15．1．1條等相關(guān)職業(yè)健康及安全標(biāo)準(zhǔn)要求。盆因拉隧道采用大功率風(fēng)機，配合射流風(fēng)機接力通風(fēng)，取得了較好的效果。
5總結(jié)
盆因拉隧道作為高原特長單線隧道，受各種不利因素影響，其施工技術(shù)難度及組織管理難度較內(nèi)地一般隧道大很多，通過施工人員的努力，盆因拉隧道各工區(qū)施工正常，單工作面月掘進最快達160m，創(chuàng)造了高原單線隧道施工進度新的紀(jì)錄。單線隧道的施工關(guān)鍵在于合理的施工組織和有效的管理，通過方案優(yōu)化，節(jié)約不必要的施工投入，通過加強工序管理，提高掘進速度。通過對高原特殊環(huán)境隧道施工的前期準(zhǔn)備、施工技術(shù)、管理等方面的實踐，針對高原單線隧道施工中遇到的技術(shù)問題在現(xiàn)場施工中得出以下一些體會，可為今后類似工程的施工提供一些經(jīng)驗。(1)進場前期做好現(xiàn)場踏勘工作，對沿線的道路、水、電、通訊、地材等信息進行掌握;對施工圖紙所示的結(jié)構(gòu)物位置現(xiàn)場標(biāo)注，對施工前期需要修建的便道、駐地臨建位置進行統(tǒng)籌安排，確定最佳方案。(2)大膽合理地向設(shè)計提出方案優(yōu)化改進意見，對圖紙中可以優(yōu)化或不合理的設(shè)計部分可以通過正常的程序向監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主提出改進意見和方案，在得到審批后積極組織安排施工。(3)合理安排工序及縮短工序銜接時間。單線隧道快速施工，必須抓好工序的管理。(4)安排好隧道內(nèi)行車調(diào)度，達到事半功倍的效果。(5)隧道通風(fēng)是關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，受低氣壓及缺氧影響，隧道內(nèi)內(nèi)燃機械燃燒不充分，排出的廢氣量要比平原地區(qū)偏高，且風(fēng)機風(fēng)壓受阻，風(fēng)損較大，有效送風(fēng)長度大打折扣，風(fēng)機的選配非常關(guān)鍵。(6)高原地區(qū)受氣候影響，人工、機械工效下降，在人員配備上，需要考慮人員身體條件及容易產(chǎn)生的精神壓力，做到“以人為本，關(guān)心職工”，切實做好人員穩(wěn)定工作［3］。機械配置上，必須優(yōu)先考慮使用高原型設(shè)備，并且在數(shù)量上比內(nèi)地類似工程配置有所增加。
作者：祁賢單位：中鐵二十一局集團有限公司