卵石土地段隧道快速施工工法1.前言山岭隧道的修建由于其地质条件复杂，隧道经常穿过不同地质情况的岩体，针对不同的围岩情况，合理制定一套切实可行的施工工法，可以有效地保证施工的安全，控制施工质量，遇到类似围岩情况，可以推动隧道的施工。中铁隧道集团有限公司施工的山西中南部铁路通道隰县隧道1#斜井施工正洞为单洞双线隧道，隧道围岩主要以卵石土为主。针对大断面的通过卵石土地层，如何保证安全地快速施工，在施工技术及施工组织方面相当困难。针对卵石土隧道快速施工的难点，组织开展技术攻关，现场采用了多套施工方案进行比选。经过分析，最终确定较优的施工方案。单口开挖支护月进度指标达90米。施工期间隧道的安全质量得到了有效的控制，对类似工程有很好的借鉴作用。2.工法特点2.1 利用合理的施工组织及施工方案，大幅度提高双线铁路隧道断面安全、快速、高效通过特殊地质的施工能力。2.2通过快速施工，可以及时地封闭开挖作业面，减少围岩曝露时间，使岩体在较短时间内即可稳定。2.3 在不增加支护参数及特种设备的情况下，加快了掘进速度，提高了机械设备的效率，减少了成本投入。3.适用范围卵石土段双线铁路隧道及类似公路隧道工程施工。4.工艺原理采用三台阶法（上台阶预留核心土）对拱墙进行开挖支护施工，仰拱紧跟的施工方法。充分利用双线铁路隧道的断面尺寸及台阶法的优势，在施工工序不减少的情况下，多安排平行工序施工，在同一时间段内完成多个工序的施作，从而减少作业面的单工序施工，有效地缩短循环时间。拱部遇到较厚的卵石土时，通过加快开挖面的支护封闭速度、缩短施工进尺、施作双层超前小导管加密承托拱部卵石土的支护密度、初支背后注浆加固等措施，防止卵石土大面积剥落、坍塌，并且进行全过程的监控量测，监视土体及结构的稳定，需要时调整支护参数，确保主体结构能安全通过。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程（见图5.1-1）施工准备上台阶扒碴中台阶扒碴下台阶出碴下台阶架立钢架及下循环司钻喷射混凝土爆破作业下台阶出碴上台阶架立钢架及下循环司钻中台阶架立钢架及下循环司钻喷射机就位并从上台阶开始施喷图5.1-1施工工艺流程5.2操作要点5.2.1施工准备 掌子面喷射混凝土未完前，部分准备工作应先开展。用于下循环的支护钢架及材料等装运至作业面待用，领工员级织施工人员检修设备及工具。作业面喷混凝土结束后，撤离掌子面的所有机具及各种管路。5.2.2爆破施工1、喷射混凝土结束后，负责爆破的人员开始检查已打好的炮孔成孔状况，对不满足要求的炮孔进行清孔或从新补打。待机具、管路和无关人员全部撤离，开始装药并实施爆破。2、采用光面爆破技术施工，掏槽采用楔形掏槽，控制拱部周边眼间距，视围岩的变化作适当调整。根据隧道的岩质情况，光面爆破参数按表5.2.1进行选择。表5.2.1 光面爆破参数表岩石类别周边眼间距E（cm）周边眼抵抗线W（cm）相对距离E/W周边眼装药集中度q(kg/m)软岩355045600.50.80.070.123、施工中通过检查爆破效果，以及地质变化情况，适当的调整爆破参数，以达到安全、经济和最佳的爆破效果。4、周边围岩较软时，周边眼可不装药，只装掏槽眼和辅助眼，以减少对周边围岩的扰动，局部欠挖采取人工打风镐进行处理。5.2.3出碴作业 隧道出碴作业采用挖掘机扒碴，装载机装运至自卸汽车上拉出洞外。5.2.4支护施工支护的施作要与扒碴作业紧密的衔接，上台阶扒完碴即刻展开钢架的架立、锚杆施作等支护施工，与中下台阶的扒碴作业平行施工。以此类推，中台阶扒完碴也同时开始支护施工，使各台阶的工序都能衔接上。施工中要控制好各工序的节点时间，隧道洞碴出完，掌子面至少有一个台阶的钢架、锚杆等支护施工完，可以开始喷混凝土施工，而且其它台阶的钢支撑等工序要及时完成，保证喷混凝土作业的连续性，施工中的控制要点有如下几点：1、严格控制隧道线路精度，特别是高程，斜井坡度较徒，前后视高差大，尽量采用精度较高的仪器向正洞引测高程控制点。2、控制开挖进尺，每循环开挖一榀钢架，严格一次开挖多榀进尺，上台阶预留核心土，台阶长度控制在46米间。3、当拱部遇到卵石土或卵石土较厚时，适当缩短开挖进尺，减少卵石土的临空面积，防止大面积塌落。4、台阶底板为卵石土时，可以适度调整台阶高度，尽量使底板落在较稳定的岩层上，有利于初支的稳定。5、严格控制钢支撑的定位精度，使钢架的中线、拱部标高、左右侧拱脚标高、钢架左右侧里程同步、垂直度等满足要求，钢架的安装允许误差见表5.2.2。表5.2.2 钢架安装允许误差表检查项目中线高程垂直度左、右侧钢架里程同步允许误差2cm5cm210cm 6、钢架的定位锚杆要焊接牢固，纵向连接筋、钢筋网与钢架要紧密连接，钢架间的联接螺杆要上齐拧紧，当个别螺杆不能对接时，要采用螺纹钢帮焊。5.2.5洞内排水施工斜井进入隧道正洞后往进口方向为下坡施工，反坡排水，往出口方向为上坡施工顺坡排水。主要采取的方案是：在正洞处选一个距斜井井底不远的洞室，设置一个过滤式集水井及泵房，在正洞两侧各开挖一条排水沟，将正洞及斜井渗水引到集水井内，通过水泵抽到洞外进行排放。5.2.6快速施工开挖掘进循环作业一般情况下是喷混凝土结束后进行钻眼爆破，为单工序作业，影响循环时间；掌子面支护与出碴作业不能平行施工。根据双线铁路隧道台阶法施工的特点，可采用以下组织技术措施缩短循环时间，加快施工进度。1、多工序平行施工双线铁路隧道断面大，台阶法施工时台阶间施工相互干扰少，可多工序平行作业，减少单工序施工。由上至下顺序进行，上台阶洞碴清理后即可安排支护施作，中、下台阶可继续出碴。同一台阶可同时开展钢支撑安装、锚杆施作、下循环开挖司钻等工序。2、纵向连接筋采用套管安装钢架在制作过程中，在连接筋的安装位置预先安装一套管，连接筋加工成“U”字型，钢架拼接好后，将连接筋装入套管即可将两榀钢架连接牢固。套管连接较焊接方便快捷，可靠性高，套管连接如下图5.2.6-1所示。 图5.2.6-1 钢架套管连接图3、提高出碴效率合理安排出碴时机及出碴设备的搭配，能有效地提高出碴效率。挖掘机开始扒上台阶洞碴时，装载机及运输车跟进，在不影响挖掘机扒碴及安全的前提下，装运部分洞碴出隧道（如图5.2.6-2）。待中台阶洞碴扒完后，采用两台装载机同时装碴，运输车居中，装载机分列左、右侧。图5.2.6-2 作业面出碴设备布置图5.2.7信息化施工由于隧道的围岩状况极差，因此掌子面前方围岩信息的收集及支护稳定性的分析相当重要。它是确保隧道安全、快速施工重要环节，同时也是制定切实可行的施工方案的依据。为施工提供的信息主要有以下两项：1、采用TSP203超前地质预报、超前钻探、地质素描等技术措施，预报掌子面前方围岩状况。准确的围岩状况预报可以为下一步的施工提前做好准备，也是安全施工的重要保障。2、监控量测数据的分析反馈，是确保作业面施工安全的重要依据。及时地测量支护稳定情况，并反馈指导施工。主要监测内容见表5.2.3。表5.2.3 主要监测项目表序号监测项目监测仪器监测频率监测目的1拱顶下沉全站仪初期:12次/天， 后期:12次/3天掌握隧道施工过程中的支护结构位移情况及规律2结构收敛数显收敛计3地表下沉精密水准仪铟钢尺初期:12次/天， 后期:12次/3天了解隧道的施工对周边环境的影响程度5.3劳动力组织合理组织开挖支护施工的劳动力是快速施工的关键，采用本工法施工时，单个工作面需要配备的劳动力见表5.3。表5.3 劳动力组织情况表序号工种或班组需要人数备注1管理人员42技术人员53开挖班46两个班4喷混凝土班36两个班5运输班106排水人员37电工3合 计1076.材料与设备 本工法无需特别说明的材料，针对单个作业面采用的主要机具设备见表6。表6 主要机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1挖掘机PC220台1出碴2装载机ZLC-50C台2出碴3自卸汽车EQ3208G台6出碴4电动空压机P950E台3驱动设备5混凝土喷射机台3喷射混凝土6风钻YT28台12开挖7风镐把3开挖8抽水泵55KW台1排水9抽水泵SG50-30台2排水10测量仪器套1钢架定位7.质量控制7.1隧道支护质量控制标准隧道施工质量控制执行铁路隧道工程施工质量验收标准，施工误差按表7.1执行。表7.1 隧道施工允许误差表序号项目允许误差检查频率检验方法1中线2cm每榀钢架用尺量2高程5cm水平仪测3垂直度2吊锤球、尺量4钢架间距10cm用尺量7.2质量保证措施1、严格按照技术交底施工，遵守施工规范，掌握施工技术标准、质量检查及验收标准。不符合要求时返工并追究负责人的责任。2、控制好台阶间连接处施工质量，控制超挖量，杜绝欠挖现象。3、严格执行现场值班制度，及时解决施工中发生的问题。4、锚喷支护做到喷浆料随拌随用，存放时间不超过规定，厚度较大时分层喷射，严格掌握水压、风压和喷射距离，做到厚度符合设计和安全要求，表面平顺。5、钢架施工时做到加工正确，架立间距、倾斜度和垂直度符合要求。钢架的拱脚必须落在稳定的基础。接头板密贴，连接螺栓上齐拧紧，连接牢固。6、确保结构尺寸要符合设计要求，由值班人员、测量工程师及质检工程师负责。8.安全措施8.1施工前对全部员工进行施工安全教育，针对工种进行安全技术交底。并且根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，并制定应对各种情况的应急预案。8.2爆破物品的管理和使用，符合爆破安全规程的有关规定和要求。爆破用品在使用前根据规定要求，严格进行质量检验。每炮使用的引线长度根据燃烧速度决定。燃烧速度分批分卷进行试验，引线与雷管的连接，根据当时所需数量在加工房或指定地点进行。连接时必须使用雷管钳，严禁用牙咬。8.3爆破必须有专人指挥，事先设立警戒范围，规定警戒时间、信号标志，并派出警戒人员；起爆前要进行检查，必须待施工人员、车辆全部撤入安全地点后才能起爆，警报解除后方可放行。8.4具体爆破安全要求，执行开挖技术交底内爆破安全要求，严格按照爆破方案进行施工。8.5进行扒碴及出碴时，由领工员或工班长负责指挥调度，机械作业时，禁止人员靠近。机械设备严禁碰撞已施工的支护。8.6作业面内必须有足够的照明设施，保证有良好的视线，照明用电采用安全电压。8.7运输车进洞前作业前，必须对车辆进行检查及保养，保证车况良好。洞内装满洞碴后，经装载机鸣笛后才可起动。8.8非专业人员不得私自接电，必须由专业电工接电；施工现场的配电箱或开关箱至少设置两极漏电保护器；所有的用