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摘要：随着我国隧道工程的逐步增加，对隧道工程施工技术也提出了更高的要求。本文结合工程实际，对隧道快速施工技术进行探析，以供参考。
关键词：隧道工程；快速施工
1 工程概述
该隧道路线全长2367m，其中隧道里程为K0+135～K1+360，全长1225m。鉴于以下原因，本隧道工程快速施工显得非常迫切：
（1）工程处于市区，场地小，居民多，施工过程中的开挖、支护、排污和噪声对周边市民影响较大，尽快建成是社会各界的愿望，工程工期要求高；
（2）为了减小对周边居民的影响，保证居民休息，采取了夜间停止施工的措施；同时由于施工流程中断，降低了作业效率，加大了管理难度，工程工期矛盾更加突出；
（3）隧道不良地质问题突出，尤其是进出口段埋深浅、地质条件差；
（4）隧道属典型的大跨小间距结构，左右隧道最小净距为4.7m，施工难度大，且国内有很少类似经验供借鉴；施工工序多、左右洞施工相互影响大，工程进度受到限制；
（5）隧道弃碴场离工地远，而且弃碴时间受到限制，快速作业受到限制；
（6）施工场地狭小，储、备料场地受限；
（7）环境保护要求高，尤其是对地面沉降和爆破噪声要求高，作业循环进尺受到限制。
由此可见，工程工期是本工程建设的关键。如何在复杂环境下将快速施工技术成功运用到工程中，减小工期损失，对项目建设和以后类似条件下的隧道施工有着非常现实的意义。
2 隧道施工方案选择
施工方案决定隧道施工组织、机械配置和进度水平，尤其是对本隧道而言，因没有以往类似工程可借鉴，加之大跨小间距的复杂结构和位于市区复杂的环境条件，施工方案的选择更应慎重。稍有疏忽，不但不能加快施工进度，还有可能发生洞口段坍方、山体滑坡、民房及周围构筑物坡坏、岩柱垮塌、隧道坍方、衬砌结构开裂及工期长期拖延、工程投资增大和效益滑坡等一系列问题，甚至会对城市地区修建大跨小间距隧道的设计思路产生怀疑，进而影响这一结构形式的发展。
针对本隧道的特点，确定了基本的施工方案原则是：保证周边环境、施工和结构安全，施工过程规范、连续、稳定，平衡环境与工程进度的关系，尽可能减小对周边环境的影响，工程进度满足工程工期要求。在此原则指导下，经过认真研究，结合围岩类别确定总体施工方案如下：
（1）隧道采用钻爆法掘进、无轨运输、边顶拱整体式模板台车衬砌的作业模式；
（2）隧道进出口段接长明洞以实现“早进晚出”和减小对环境的影響；
（3）隧道左右洞错开施工，错开距离在100m以上，以减小双洞间的影响；
（4）隧道进口采用CRD工法结合超前小导管注浆通过Ⅴ级岩段，出口采用超前管棚结合超前小导管注浆台阶法通过浅埋软岩段；
（5）隧道Ⅲ级围岩段采用上下台阶爆破法、Ⅱ级围岩段采取全断面爆破法组织施工，在Ⅱ级围岩地段，采用开挖、支护和衬砌三条平行作业线，以加快工程进度；
（6）隧道施工过程中，加强监控量测和信息化反馈，主要以爆破振动监测、地表建筑物变形及隧道结构变形监测为主，量化环境影响指标；
（7）通过夜间停止施工、采取低振动低噪声爆破及工地水幕降尘器降尘、集中无轨运输等措施，减小对市区环境的影响；
（8）加强文明施工和宣传工作，和谐生产。
3 机械设备的选型配套
（1）机械设备的外型尺寸与隧道断面匹配，能在隧道净空允许的空间内运转自如，同时应为施工人员通行留下足够的安全空间。本隧道单洞一般地段的宽度为13.4m，高度为10.9m，开挖断面面积为123.25m2，能够满足大中型机械的作业空间。
（2）机械设备生产能力及数量应能满足施工进度和开挖、初期支护和衬砌平行作业内容的要求，生产能力应有25%的储备量，设备数量应有30%的储备量，同时应能适应隧道内作业环境。本工程地处市区，信息和交通发达，机械采购或租赁周期短，可根据工程各阶段需要及时调配。
（3）与工程供电能力相匹配。市区内电力供应有限，为节约用电，尽可能多地采用内燃机械，并减少缺电造成的工期等损失。
（4）选用的机械和设备应能适应隧道施工的环境，并满足噪声、排污、防爆等行业和环保强制性标准。
4 快速施工技术措施
4.1 优化钻爆设计，提高爆破进尺
4.1.1 选择合理的爆破参数
本工程的周边群众较多，所以要做到减震、低噪声控制爆破。根据隧道的地质情况，选取了不同的爆破开挖方式：Ⅲ级、Ⅳ级围岩为上下断面分区爆破开挖，Ⅱ级围岩主要采用全断面爆破的方式，提高了隧道的爆破进尺，满足了结构和周边环境要求。
4.1.2 合理选择循环进尺
炮眼深度不仅影响着每个掘进循环的工作量、各个工序的完成时间，而且影响着爆破的效果和掘进效率。在大型机械装碴运输的条件下，为了提高掘进速度，一般应加大炮眼深度，提高循环进尺，减少循环次数。循环进尺通常与炮眼深度、岩石软硬、隧道断面大小等因素有关，同时还要考虑爆破装药量与爆破振动要求、噪声影响以及大跨小间距隧道结构安全要求等方面的因素。循环进尺还与机械配置状况有关，尤其在软岩地段，适合的挖掘机械比爆破的效率更高。
4.1.3 合理选择掏槽眼和周边眼的形式
“有无进尺看掏槽，有无光面看周边眼”，这揭示了隧道钻爆法施工中掏槽眼和周边眼的重要性。掏槽成功，隧道掘进的进尺就能得到保证，反之就会严重影响进度。若周边眼布置不恰当，则隧道钻爆轮廓就会不圆顺，影响岩面稳定，超欠挖量大，处理时间和费用加大，工程进度和效益受影响。掏槽眼和周边眼形式的选择方法如下。
（1）掏槽眼有直眼掏槽和斜眼掏槽两种形式。直眼掏槽多用于深孔爆破中，对掏槽孔的要求较高，需要有丰富的钻爆经验，需钻凿出相距较近的多个炮孔。斜眼掏槽在循环进尺3.5m以下的洞室爆破中应用较多，节省钻孔数量，但掌子面钻机数量受限。根据本工程特点，选用了斜眼掏槽的形式，取得了较好的效果。 （2）为提高钻爆轮廓圆顺度，周边眼采用间隔装药结构，也取得了较好的效果。
（3）为了减少炸药爆炸生成的高压气体从炮孔逸出，增加爆炸应力波的作用时间，提高炸药爆炸能量的利用率，所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度不小于30cm。
4.2 合理配备装运机械，提高运输效率
“隧道，隧道，出碴进料”，反映了装运能力在快速施工中的决定地位。在研究快速施工中，应将装运机械配置作为重点。经认真计算和现场试验，洞内配置一台挖掘机用于掌子面清理、翻碴和装碴，采用ZL50装载机配大吨位自卸汽车装运。这样在起爆后一边装运岩碴出洞，一边用挖掘机迅速把掌子面清理出来，形成掌子面钻眼与掌子面后方装碴的平行作业状态，提高了作业效率。
4.3 做好平行作业，压缩工序衔接时间
4.3.1 开挖与初期支护平行作业
本隧道在围岩较好地段，左洞超前 100m 施工。开挖后，不需立即进行支护，考虑右洞会进一步影响围岩，仍须进行初期支护（喷锚支护）。综合安全和快速施工的要求，初期支护滞后工作面2～3倍洞径约25m，这样就形成了开挖掘进与初期支护平行作业的状态，大大缩短了工作面作业的时间，提高了掘进速度。
4.3.2 衬砌与开挖支护的平行作业
隧道开挖、初期支护完成后，仰拱作业分两幅交错作业，保持与掌子面50～80m的距离，有利于交通运输和后序作业。
隧道边顶拱衬砌滞后右洞工作面里程约30～50m距离，这样一方面为了减小右洞爆破对浇筑混凝土质量的影响，同时又保持了左洞前后作业面的均衡，为工程总体工期节省了时间。
4.3.3 装碴与钻孔平行作业
在采用台階法开挖段，起爆后先用挖掘机把上台阶的岩碴倒到下台阶，之后上台阶钻眼，下台阶装载机配合自卸汽车装运碴。或者爆破后挖机配合装载机将碴倒到掌子面后方，掌子面前方钻眼，后方装碴。
4.3.4 压缩工序衔接时间，提高进度工序衔接时间在通常生产中占了大部份循环时间，究其主要原因有以下两点。
（1）上道工序工作完成不彻底。如爆破欠挖不能及时处理、找顶不彻底，影响初期支护和出碴作业；出碴时工作面留碴太多，钻眼时又大量翻碴清理掌子面；喷锚支护留下太多锚杆头，在防水层施工前又花大量时间处理锚杆头等。加之不属同一工序，作业内容不同，生产工具不适合，会成倍地浪费时间。
（2）上道工序作业时损坏的设备没得到及时维护，影响下道工序的生产。尤其对风水管电线的毁坏给其他工序带来的影响最大，同时同一工序不同工班间机械设备的不及时报告维护，都会造成大量的时间损失。针对这些问题，要采取技术措施来压缩工序衔接时间，尽可能实现作业面零中断。
4.4 施工配套技术
通风降尘、施工排水、监控量测、不良地质段预测和处理等配套技术是快速施工的重要保证。
（1）通风降尘技术
通风管随开挖随接长，保证在掌子面工作人员的健康。在每个工作面配4～6台水幕降尘器，爆破后和出碴时及时开启，减小扬尘。喷锚支护采用湿喷工艺，减小扬尘污染。
（2）施工排水技术
很多案例反映了这样一个问题，除非隧道施工涌水较大，作业人员都不愿意抽排掌子面积水和不重视路面积水。这样在钻设底板眼时钻眼效率极低，而且装药难度很大；路面积水加快了路面破坏速度，影响了车辆运输速度，当然也不符合文明施工的理念，这都大大降低了施工速度。应及时排除工作面积水和路面积水，以保持良好的作业环境。
（3）监控量测技术
通过监控量测收集施工信息，是保证施工安全、保证周围建（构）筑物安全、控制和解释环境影响指标的重要措施。加强对隧道周围建（构）筑物变形、地表变形、爆破振动、爆破噪声、中间岩柱变形、洞内净空变化、结构受力状况及锚杆受力状态等的综合监控，并建立完整的反馈体系，把信息及时反馈到施工。
（4）超前地质预报技术和不良地质段处理技术鉴于地下工程设计阶段勘察精度有限，以及本隧道大跨小间距的特点，隧道坍垮后对结构安全影响很大，施工阶段的超前地质预报和不良地质的妥善处理显得尤为重要。
结合钻爆与初期支护平行作业的安全要求，在每循环钻爆中及时将钻眼过程中的异常情况告给工程地质人员，作为超前地质预报的一个重要手段。
根据初期支护滞后距离的需要，把隧道地质素描放在重要位置，工程地质人员在每循环掘进后，及时进行隧道地质素描，通过地质素描评价毛洞稳定性、预测前方地质状况、决定支护滞后距离和不良地质体的施工预案。
工程地质人员的工作时间与隧道断面测量同步进行，通过地质预报和及时合理的不良地质处理，保证了隧道施工安全和掘进与初期支护平行作业的顺利实施。
5 快速掘进效果
采用以上的快速施工技术措施后，沈应线隧道的进度有了很大的提高，在实施快速施工技术前，每月Ⅲ级围岩的施工进度平均在80～100m左右，在重新调整施工组织和设计，将施工的各方面因素进行优化后，在夜间不能施工的情况下，月进尺都在150m左右，而且未发生安全事故，爆破对周边环境的影响也在规范允许的范围内，取得了很好的社会效益和经济效益。
6 结语
工程进度在很多时候都会被重视，因为生产效率的提高，在一定程度上等同于利润的提高。通过对本工程快速施工技术的研究，可以看出影响制约施工的因素有很多，诸如地质条件、周边环境、机械设备、人员配备、施工组织等。在本工程施工中，尽量做到平行作业，互不干扰，互相促进，加快隧道施工的进度。
关键词：隧道工程；快速施工
1 工程概述
该隧道路线全长2367m，其中隧道里程为K0+135～K1+360，全长1225m。鉴于以下原因，本隧道工程快速施工显得非常迫切：
（1）工程处于市区，场地小，居民多，施工过程中的开挖、支护、排污和噪声对周边市民影响较大，尽快建成是社会各界的愿望，工程工期要求高；
（2）为了减小对周边居民的影响，保证居民休息，采取了夜间停止施工的措施；同时由于施工流程中断，降低了作业效率，加大了管理难度，工程工期矛盾更加突出；
（3）隧道不良地质问题突出，尤其是进出口段埋深浅、地质条件差；
（4）隧道属典型的大跨小间距结构，左右隧道最小净距为4.7m，施工难度大，且国内有很少类似经验供借鉴；施工工序多、左右洞施工相互影响大，工程进度受到限制；
（5）隧道弃碴场离工地远，而且弃碴时间受到限制，快速作业受到限制；
（6）施工场地狭小，储、备料场地受限；
（7）环境保护要求高，尤其是对地面沉降和爆破噪声要求高，作业循环进尺受到限制。
由此可见，工程工期是本工程建设的关键。如何在复杂环境下将快速施工技术成功运用到工程中，减小工期损失，对项目建设和以后类似条件下的隧道施工有着非常现实的意义。
2 隧道施工方案选择
施工方案决定隧道施工组织、机械配置和进度水平，尤其是对本隧道而言，因没有以往类似工程可借鉴，加之大跨小间距的复杂结构和位于市区复杂的环境条件，施工方案的选择更应慎重。稍有疏忽，不但不能加快施工进度，还有可能发生洞口段坍方、山体滑坡、民房及周围构筑物坡坏、岩柱垮塌、隧道坍方、衬砌结构开裂及工期长期拖延、工程投资增大和效益滑坡等一系列问题，甚至会对城市地区修建大跨小间距隧道的设计思路产生怀疑，进而影响这一结构形式的发展。
针对本隧道的特点，确定了基本的施工方案原则是：保证周边环境、施工和结构安全，施工过程规范、连续、稳定，平衡环境与工程进度的关系，尽可能减小对周边环境的影响，工程进度满足工程工期要求。在此原则指导下，经过认真研究，结合围岩类别确定总体施工方案如下：
（1）隧道采用钻爆法掘进、无轨运输、边顶拱整体式模板台车衬砌的作业模式；
（2）隧道进出口段接长明洞以实现“早进晚出”和减小对环境的影響；
（3）隧道左右洞错开施工，错开距离在100m以上，以减小双洞间的影响；
（4）隧道进口采用CRD工法结合超前小导管注浆通过Ⅴ级岩段，出口采用超前管棚结合超前小导管注浆台阶法通过浅埋软岩段；
（5）隧道Ⅲ级围岩段采用上下台阶爆破法、Ⅱ级围岩段采取全断面爆破法组织施工，在Ⅱ级围岩地段，采用开挖、支护和衬砌三条平行作业线，以加快工程进度；
（6）隧道施工过程中，加强监控量测和信息化反馈，主要以爆破振动监测、地表建筑物变形及隧道结构变形监测为主，量化环境影响指标；
（7）通过夜间停止施工、采取低振动低噪声爆破及工地水幕降尘器降尘、集中无轨运输等措施，减小对市区环境的影响；
（8）加强文明施工和宣传工作，和谐生产。
3 机械设备的选型配套
（1）机械设备的外型尺寸与隧道断面匹配，能在隧道净空允许的空间内运转自如，同时应为施工人员通行留下足够的安全空间。本隧道单洞一般地段的宽度为13.4m，高度为10.9m，开挖断面面积为123.25m2，能够满足大中型机械的作业空间。
（2）机械设备生产能力及数量应能满足施工进度和开挖、初期支护和衬砌平行作业内容的要求，生产能力应有25%的储备量，设备数量应有30%的储备量，同时应能适应隧道内作业环境。本工程地处市区，信息和交通发达，机械采购或租赁周期短，可根据工程各阶段需要及时调配。
（3）与工程供电能力相匹配。市区内电力供应有限，为节约用电，尽可能多地采用内燃机械，并减少缺电造成的工期等损失。
（4）选用的机械和设备应能适应隧道施工的环境，并满足噪声、排污、防爆等行业和环保强制性标准。
4 快速施工技术措施
4.1 优化钻爆设计，提高爆破进尺
4.1.1 选择合理的爆破参数
本工程的周边群众较多，所以要做到减震、低噪声控制爆破。根据隧道的地质情况，选取了不同的爆破开挖方式：Ⅲ级、Ⅳ级围岩为上下断面分区爆破开挖，Ⅱ级围岩主要采用全断面爆破的方式，提高了隧道的爆破进尺，满足了结构和周边环境要求。
4.1.2 合理选择循环进尺
炮眼深度不仅影响着每个掘进循环的工作量、各个工序的完成时间，而且影响着爆破的效果和掘进效率。在大型机械装碴运输的条件下，为了提高掘进速度，一般应加大炮眼深度，提高循环进尺，减少循环次数。循环进尺通常与炮眼深度、岩石软硬、隧道断面大小等因素有关，同时还要考虑爆破装药量与爆破振动要求、噪声影响以及大跨小间距隧道结构安全要求等方面的因素。循环进尺还与机械配置状况有关，尤其在软岩地段，适合的挖掘机械比爆破的效率更高。
4.1.3 合理选择掏槽眼和周边眼的形式
“有无进尺看掏槽，有无光面看周边眼”，这揭示了隧道钻爆法施工中掏槽眼和周边眼的重要性。掏槽成功，隧道掘进的进尺就能得到保证，反之就会严重影响进度。若周边眼布置不恰当，则隧道钻爆轮廓就会不圆顺，影响岩面稳定，超欠挖量大，处理时间和费用加大，工程进度和效益受影响。掏槽眼和周边眼形式的选择方法如下。
（1）掏槽眼有直眼掏槽和斜眼掏槽两种形式。直眼掏槽多用于深孔爆破中，对掏槽孔的要求较高，需要有丰富的钻爆经验，需钻凿出相距较近的多个炮孔。斜眼掏槽在循环进尺3.5m以下的洞室爆破中应用较多，节省钻孔数量，但掌子面钻机数量受限。根据本工程特点，选用了斜眼掏槽的形式，取得了较好的效果。 （2）为提高钻爆轮廓圆顺度，周边眼采用间隔装药结构，也取得了较好的效果。
（3）为了减少炸药爆炸生成的高压气体从炮孔逸出，增加爆炸应力波的作用时间，提高炸药爆炸能量的利用率，所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度不小于30cm。
4.2 合理配备装运机械，提高运输效率
“隧道，隧道，出碴进料”，反映了装运能力在快速施工中的决定地位。在研究快速施工中，应将装运机械配置作为重点。经认真计算和现场试验，洞内配置一台挖掘机用于掌子面清理、翻碴和装碴，采用ZL50装载机配大吨位自卸汽车装运。这样在起爆后一边装运岩碴出洞，一边用挖掘机迅速把掌子面清理出来，形成掌子面钻眼与掌子面后方装碴的平行作业状态，提高了作业效率。
4.3 做好平行作业，压缩工序衔接时间
4.3.1 开挖与初期支护平行作业
本隧道在围岩较好地段，左洞超前 100m 施工。开挖后，不需立即进行支护，考虑右洞会进一步影响围岩，仍须进行初期支护（喷锚支护）。综合安全和快速施工的要求，初期支护滞后工作面2～3倍洞径约25m，这样就形成了开挖掘进与初期支护平行作业的状态，大大缩短了工作面作业的时间，提高了掘进速度。
4.3.2 衬砌与开挖支护的平行作业
隧道开挖、初期支护完成后，仰拱作业分两幅交错作业，保持与掌子面50～80m的距离，有利于交通运输和后序作业。
隧道边顶拱衬砌滞后右洞工作面里程约30～50m距离，这样一方面为了减小右洞爆破对浇筑混凝土质量的影响，同时又保持了左洞前后作业面的均衡，为工程总体工期节省了时间。
4.3.3 装碴与钻孔平行作业
在采用台階法开挖段，起爆后先用挖掘机把上台阶的岩碴倒到下台阶，之后上台阶钻眼，下台阶装载机配合自卸汽车装运碴。或者爆破后挖机配合装载机将碴倒到掌子面后方，掌子面前方钻眼，后方装碴。
4.3.4 压缩工序衔接时间，提高进度工序衔接时间在通常生产中占了大部份循环时间，究其主要原因有以下两点。
（1）上道工序工作完成不彻底。如爆破欠挖不能及时处理、找顶不彻底，影响初期支护和出碴作业；出碴时工作面留碴太多，钻眼时又大量翻碴清理掌子面；喷锚支护留下太多锚杆头，在防水层施工前又花大量时间处理锚杆头等。加之不属同一工序，作业内容不同，生产工具不适合，会成倍地浪费时间。
（2）上道工序作业时损坏的设备没得到及时维护，影响下道工序的生产。尤其对风水管电线的毁坏给其他工序带来的影响最大，同时同一工序不同工班间机械设备的不及时报告维护，都会造成大量的时间损失。针对这些问题，要采取技术措施来压缩工序衔接时间，尽可能实现作业面零中断。
4.4 施工配套技术
通风降尘、施工排水、监控量测、不良地质段预测和处理等配套技术是快速施工的重要保证。
（1）通风降尘技术
通风管随开挖随接长，保证在掌子面工作人员的健康。在每个工作面配4～6台水幕降尘器，爆破后和出碴时及时开启，减小扬尘。喷锚支护采用湿喷工艺，减小扬尘污染。
（2）施工排水技术
很多案例反映了这样一个问题，除非隧道施工涌水较大，作业人员都不愿意抽排掌子面积水和不重视路面积水。这样在钻设底板眼时钻眼效率极低，而且装药难度很大；路面积水加快了路面破坏速度，影响了车辆运输速度，当然也不符合文明施工的理念，这都大大降低了施工速度。应及时排除工作面积水和路面积水，以保持良好的作业环境。
（3）监控量测技术
通过监控量测收集施工信息，是保证施工安全、保证周围建（构）筑物安全、控制和解释环境影响指标的重要措施。加强对隧道周围建（构）筑物变形、地表变形、爆破振动、爆破噪声、中间岩柱变形、洞内净空变化、结构受力状况及锚杆受力状态等的综合监控，并建立完整的反馈体系，把信息及时反馈到施工。
（4）超前地质预报技术和不良地质段处理技术鉴于地下工程设计阶段勘察精度有限，以及本隧道大跨小间距的特点，隧道坍垮后对结构安全影响很大，施工阶段的超前地质预报和不良地质的妥善处理显得尤为重要。
结合钻爆与初期支护平行作业的安全要求，在每循环钻爆中及时将钻眼过程中的异常情况告给工程地质人员，作为超前地质预报的一个重要手段。
根据初期支护滞后距离的需要，把隧道地质素描放在重要位置，工程地质人员在每循环掘进后，及时进行隧道地质素描，通过地质素描评价毛洞稳定性、预测前方地质状况、决定支护滞后距离和不良地质体的施工预案。
工程地质人员的工作时间与隧道断面测量同步进行，通过地质预报和及时合理的不良地质处理，保证了隧道施工安全和掘进与初期支护平行作业的顺利实施。
5 快速掘进效果
采用以上的快速施工技术措施后，沈应线隧道的进度有了很大的提高，在实施快速施工技术前，每月Ⅲ级围岩的施工进度平均在80～100m左右，在重新调整施工组织和设计，将施工的各方面因素进行优化后，在夜间不能施工的情况下，月进尺都在150m左右，而且未发生安全事故，爆破对周边环境的影响也在规范允许的范围内，取得了很好的社会效益和经济效益。
6 结语
工程进度在很多时候都会被重视，因为生产效率的提高，在一定程度上等同于利润的提高。通过对本工程快速施工技术的研究，可以看出影响制约施工的因素有很多，诸如地质条件、周边环境、机械设备、人员配备、施工组织等。在本工程施工中，尽量做到平行作业，互不干扰，互相促进，加快隧道施工的进度。