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摘 要： 对于硬质岩长大隧道来说，确定合理的钻爆设计方案、合理的出碴设备及合理的综合保障技术是硬质岩快速施工的关键。本文结合力皮峰隧道硬质岩施工中的关键技术进行分析，总结了一套以钻、挖、装、运、喷等机械化施工作业线，为同类隧道快速施工提供了经验。
关键词：力皮峰隧道；硬质岩；钻爆方案；快速施工技术
1.工程概况
1.1工程简介
甬台温客专铁路北起浙江省宁波市，南至温州市，总长280Km，是国家铁路网规划“八纵八横”沿海通道快速客运网中重要组成部分。我部施工的力皮峰隧道全长5025米，起讫里程为DK78+952～DK83+977，位于宁波市所辖的宁海县。其中Ⅱ级围岩4415m，占总长的87.86%。硬质围岩地段为紫灰色，灰色含角砾凝灰岩，凝灰质砂岩夹紫红色砂岩，块状构造，弱风化，节理发育，地下水为裂隙水，不发育。隧道双头掘进，2006年2月20日开工，2008年3月19日贯通。
1.2工程特点
工程特点主要表现为三大特点：硬质岩所占比例大、开挖宽度大、开挖断面面积大，比普通双线铁路开挖断面大45%左右，每循环开挖岩石松方量达到620m3左右。因此，有利于采用光面爆破设计及大型设备上场。
2.总体施工方案
Ⅱ级围岩采用全断面光面爆破法施工，优化钻爆掏槽与光面爆破设计，提高掏槽与光爆效果，采用钻孔作业台车钻孔，CAT320挖掘机配合ZL50C侧卸式装载机装碴，无轨运输出碴，开挖过程中及时、合理调整开挖工序，形成“钻孔、装药、爆破、装碴、运输”机械化一条龙作业；初期支护采用湿喷工艺，喷射机械手配合湿喷机喷混凝土；底板施工采用3座12m栈桥过渡，跳槽开挖，避免工序之间相互干扰；防水层采用移动式工作平台铺设复合防水板；衬砌采用全断面液压钢模整体衬砌台车，混凝土拌和站集中拌和，罐车运输，泵送混凝土灌注施工。
各工序形成超前钻探、开挖、支护、底板、防排水、二次衬砌等均衡生产、整体推进的有序施工格局；施工中做好深埋硬质岩的防岩爆措施，确保施工安全。隧道供风、供电、供水、通风、排水、通信调度等综合辅助保障工作，确保施工进度。
3.硬质岩快速施工的关键技术
硬质岩快速施工与钻爆设计、施工人员素质、机械设备配套配置、现场施工管理、综合保障等等多种因素有关，但关键在于钻爆设计、机械设备配套配置及综合保障。
3.1确定合理的钻爆设计方案
合理的钻爆设计方案是保证快速施工的前提，首先要设计合理的钻爆方案，其次合理配置配套施工机械、确保综合保障。
根据总体施工方案，Ⅱ级围岩钻爆技术采用全断面光爆法施工，每循环开挖长度3.5m左右，钻孔采用轮式自制作业钻孔平台，布置27台YT28型凿岩机钻孔。作业面各部位凿岩机分布见图1。
图1 掌子面凿岩机分布图
利用深孔爆破增加循环进尺，控制周边眼间距及角度，以改善光面爆破效果，控制超欠挖。光面爆破设计参数：周边眼间距拱部0.5m，边墙0.60m，深度4.0m，锥形掏槽眼深度5.0m，每断面钻孔224个，其中掏槽眼36个，辅助眼130个，周边眼58个。
为快速施工，硬质围岩地段宜加大进尺。掏槽眼应尽量深钻，同时采用较大的炸药单耗量和装药系数，以增大爆破粉碎区，为周边眼爆破增加临空面。力皮峰隧道的掏槽眼深5.0m，装药集中度为0.2Kg/m，周边眼沿设计轮廓线均匀布置，深4.0m，间距E在0.4～0.5m间，外插角的斜率在0.04左右，辅助眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，其眼底在同一垂直面上。最小抵抗线W在50cm～90cm之间，采用非电毫秒雷管微差起爆。起爆顺序为掏槽眼-辅助眼-周边眼-底板眼。采用YT28型凿岩机钻孔。炮眼直径42mm。
按照上述参数施工，力皮峰隧道爆破开挖时间平均在4.5h，每次进尺平均在3.6m。出碴时间平均为5h，通风0.5h，测量0.5h，初期支护干扰0.5 h，每循环作业时间为11h，每天2.2个作业循环，掘进7.9m，每个工作面每月开挖进度为237m。
3.2合理配置出碴设备
隧道出碴每个作业面配置CAT320C挖掘机1台，临工953侧卸式装载机1台，厦工ZL50正铲装载机1台，出碴设备为15m3矿山自卸车。作业面出碴设备分布见图2。临工953侧卸式装载机负责装车斗前方，每次装碴3m3；厦工ZL50正铲装载机负责装车斗后方，每次装碴3m3；CAT320C挖掘机负责填补车斗前后处空缺部位，每次装碴1m3。装满一车辆出碴车需临工 953侧卸式装载机、厦工ZL50正铲装载机、CAT320C挖掘机各两斗。装一车碴需4.2min，车辆交换需0.5min，每趟出碴车的间隔时间为4.7min。
Ⅱ级围岩全断面面积S=119.33m2，开挖进尺3.7m/循环，每循环出碴数量：3.7×119.36×1.4（松方系数）=618.3m3。矿山自卸车装碴方量为14m3，出完每循环的碴体需要：618/14=44车，每趟车的间隔时间为4.7min，装碴需要时间为44×4.7=207min。
图2 掌子面出碴设备分布图
出碴车辆数量的配置按全断面出碴，距离最远时配置，计算如下：单口掘进最长距离2.65Km，洞口距弃碴场的最远距离为1.2Km，洞内出碴车速度为15Km/h，洞外重车出碴车速度为20Km/h，洞外空车出碴车速度为25Km/h。装碴车往返一趟时间为2.65÷15×2+1.2÷20+1.2÷25=46min，46/4.3=11辆车即可满足出碴需要，综合考虑配置15m3矿山自卸车12辆，出碴车辆根据掘进长度逐步上场。
3.3初支及二衬快速施工控制
为实现均衡生产，同时确保围岩安全，初期支护、二衬施工必须紧跟开挖。在力皮峰隧道硬质围岩施工中，锚杆设计为3根/m，长2.5m。喷射混凝土厚5cm。因锚杆数量少，为快速施工，锚杆可与钻孔同步施工。因硬质围岩稳定性较好，喷射混凝土距掌子面可保持适当距离，一般控制在30m左右，这样喷射混凝土施工也可与钻孔爆破同步进行，初期支护施工基本不单独占用时间。
二衬施工采用整体式全断面液压钢模板台车，台车长9m，台车两侧设作业窗口，便于混凝土捣固。力皮峰隧道进出口各有2台二衬台车，施工人员配备时，必须达到流水作业的要求。按照此原侧，防水板施工5人，二衬台车就位加固6人，浇筑混凝土5人，防水板施工至少超前10m，不得影响二衬施工，不占用二衬施工时间。二衬施工中，拆模时间5h，移行就位时间2h，端头模板安装时间4h，加固4h，浇筑混凝土10h。二衬混凝土强度达到8.0Mpa以上才能拆模，而高性能混凝土需要30h左右才能達到8.0Mpa，因此，混凝土浇筑至拆模时间为30h。这样，二衬每循环时间为55h，即2.3天。每月13个循环，每个台车施工二衬117m，2台二衬台车月进度234m，基本和开挖进度一致，实现了均衡生产目的。
3.4合理的综合保障技术
合理的综合保障技术主要包括施工测量、施工供风、供电、供水、通风、排水、通讯调度等。
3.4.1施工测量
安排测量人员2～3名，测量仪器采用精度高、自动化程度高，无棱镜测量的瑞士徕卡TCR802全站仪，并在拱顶安设激光指向仪便于钻孔控制方向。
3.4.2施工供风
洞外设置空压机房，配置空压机数量为6台20m3/min和1台10m3/min的空压机，配置总风量为130m3/min。施工供风按作业面27台凿岩机同时施工，另外4台凿岩机同时施作系统锚杆和仰拱。考虑力皮峰隧道单头掘进长度超过2500m，风量损失较大，现场配置风量为最大用风量的1.4倍。高压风管直径为Φ200mm，洞内每1000m设置一个调压风包。
3.4.3施工供电
隧道进度大于1000m后，设置高压进洞。高压进洞采用电缆线，设置1台250KVA移动式变压器。根据洞内混凝土施工、抽水及照明和洞外混凝土施工要求，设置1台250Kw发电机和1台120Kw发电机作为备用电源。
3.4.4施工供水
在洞口附近建50m3水池一座，采用变频增压水泵供水至洞内，供水管路采用φ150mm无缝钢管。
3.4.5施工通风
采用单管路独头压入式通风方式，SDF-NO10轴流通风机双机串联，为增加隧道内的通风要求，在每台衬砌台车布设一台DS112K-4P-45型射流风机来卷吸升压，提高风速，引导通风方向。通风管为直径1.6m拉链软风管。
3.4.6施工排水
根据开挖情况隧道大部分均为顺坡排水，只需在洞身两侧挖排水沟，利用自然坡度排水至洞外污水处理池，经过处理达标后排放。
隧道反坡施工中则采用反坡排水方式，在洞内一侧每隔200m左右布置一个集水坑，集水坑之间水泵接力抽水，洞内集水坑的抽水采用多台WQ-15-3型潜水泵，直至排到洞外污水净化池达标后排放。
3.4.7 通讯调度
由当地电信部门在距离洞口500m处设置一处小灵通基站，保障洞内洞外通讯通畅，集中调度。
4 总结
硬质岩隧道的快速施工关键在于确定合理的钻爆设计方案、合理配置出碴设备及合理的综合保障技术。力皮峰隧道施工中，通过不断优化钻爆施工，配备满足现场需要的施工机械及良好的供风、供水、供电等环境，在硬质围岩地段较好地实现了快速施工。力皮峰隧道硬质围岩地段的快速施工技术，为今后类似隧道施工积累了经验，并对其它隧道有一定的参考意义。
参考文献
[1]张京等主编. 隧道施工新技术手册[上、下] .北京：长征出版社.2003年5月
[2]朱永全，赖涤泉 .铁路客运专线施工技术 .中国铁道工程建设协会 .石家庄铁道学院.
作者简介：
李晓雷，中铁十二局第三工程公司。120%120%
关键词：力皮峰隧道；硬质岩；钻爆方案；快速施工技术
1.工程概况
1.1工程简介
甬台温客专铁路北起浙江省宁波市，南至温州市，总长280Km，是国家铁路网规划“八纵八横”沿海通道快速客运网中重要组成部分。我部施工的力皮峰隧道全长5025米，起讫里程为DK78+952～DK83+977，位于宁波市所辖的宁海县。其中Ⅱ级围岩4415m，占总长的87.86%。硬质围岩地段为紫灰色，灰色含角砾凝灰岩，凝灰质砂岩夹紫红色砂岩，块状构造，弱风化，节理发育，地下水为裂隙水，不发育。隧道双头掘进，2006年2月20日开工，2008年3月19日贯通。
1.2工程特点
工程特点主要表现为三大特点：硬质岩所占比例大、开挖宽度大、开挖断面面积大，比普通双线铁路开挖断面大45%左右，每循环开挖岩石松方量达到620m3左右。因此，有利于采用光面爆破设计及大型设备上场。
2.总体施工方案
Ⅱ级围岩采用全断面光面爆破法施工，优化钻爆掏槽与光面爆破设计，提高掏槽与光爆效果，采用钻孔作业台车钻孔，CAT320挖掘机配合ZL50C侧卸式装载机装碴，无轨运输出碴，开挖过程中及时、合理调整开挖工序，形成“钻孔、装药、爆破、装碴、运输”机械化一条龙作业；初期支护采用湿喷工艺，喷射机械手配合湿喷机喷混凝土；底板施工采用3座12m栈桥过渡，跳槽开挖，避免工序之间相互干扰；防水层采用移动式工作平台铺设复合防水板；衬砌采用全断面液压钢模整体衬砌台车，混凝土拌和站集中拌和，罐车运输，泵送混凝土灌注施工。
各工序形成超前钻探、开挖、支护、底板、防排水、二次衬砌等均衡生产、整体推进的有序施工格局；施工中做好深埋硬质岩的防岩爆措施，确保施工安全。隧道供风、供电、供水、通风、排水、通信调度等综合辅助保障工作，确保施工进度。
3.硬质岩快速施工的关键技术
硬质岩快速施工与钻爆设计、施工人员素质、机械设备配套配置、现场施工管理、综合保障等等多种因素有关，但关键在于钻爆设计、机械设备配套配置及综合保障。
3.1确定合理的钻爆设计方案
合理的钻爆设计方案是保证快速施工的前提，首先要设计合理的钻爆方案，其次合理配置配套施工机械、确保综合保障。
根据总体施工方案，Ⅱ级围岩钻爆技术采用全断面光爆法施工，每循环开挖长度3.5m左右，钻孔采用轮式自制作业钻孔平台，布置27台YT28型凿岩机钻孔。作业面各部位凿岩机分布见图1。
图1 掌子面凿岩机分布图
利用深孔爆破增加循环进尺，控制周边眼间距及角度，以改善光面爆破效果，控制超欠挖。光面爆破设计参数：周边眼间距拱部0.5m，边墙0.60m，深度4.0m，锥形掏槽眼深度5.0m，每断面钻孔224个，其中掏槽眼36个，辅助眼130个，周边眼58个。
为快速施工，硬质围岩地段宜加大进尺。掏槽眼应尽量深钻，同时采用较大的炸药单耗量和装药系数，以增大爆破粉碎区，为周边眼爆破增加临空面。力皮峰隧道的掏槽眼深5.0m，装药集中度为0.2Kg/m，周边眼沿设计轮廓线均匀布置，深4.0m，间距E在0.4～0.5m间，外插角的斜率在0.04左右，辅助眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，其眼底在同一垂直面上。最小抵抗线W在50cm～90cm之间，采用非电毫秒雷管微差起爆。起爆顺序为掏槽眼-辅助眼-周边眼-底板眼。采用YT28型凿岩机钻孔。炮眼直径42mm。
按照上述参数施工，力皮峰隧道爆破开挖时间平均在4.5h，每次进尺平均在3.6m。出碴时间平均为5h，通风0.5h，测量0.5h，初期支护干扰0.5 h，每循环作业时间为11h，每天2.2个作业循环，掘进7.9m，每个工作面每月开挖进度为237m。
3.2合理配置出碴设备
隧道出碴每个作业面配置CAT320C挖掘机1台，临工953侧卸式装载机1台，厦工ZL50正铲装载机1台，出碴设备为15m3矿山自卸车。作业面出碴设备分布见图2。临工953侧卸式装载机负责装车斗前方，每次装碴3m3；厦工ZL50正铲装载机负责装车斗后方，每次装碴3m3；CAT320C挖掘机负责填补车斗前后处空缺部位，每次装碴1m3。装满一车辆出碴车需临工 953侧卸式装载机、厦工ZL50正铲装载机、CAT320C挖掘机各两斗。装一车碴需4.2min，车辆交换需0.5min，每趟出碴车的间隔时间为4.7min。
Ⅱ级围岩全断面面积S=119.33m2，开挖进尺3.7m/循环，每循环出碴数量：3.7×119.36×1.4（松方系数）=618.3m3。矿山自卸车装碴方量为14m3，出完每循环的碴体需要：618/14=44车，每趟车的间隔时间为4.7min，装碴需要时间为44×4.7=207min。
图2 掌子面出碴设备分布图
出碴车辆数量的配置按全断面出碴，距离最远时配置，计算如下：单口掘进最长距离2.65Km，洞口距弃碴场的最远距离为1.2Km，洞内出碴车速度为15Km/h，洞外重车出碴车速度为20Km/h，洞外空车出碴车速度为25Km/h。装碴车往返一趟时间为2.65÷15×2+1.2÷20+1.2÷25=46min，46/4.3=11辆车即可满足出碴需要，综合考虑配置15m3矿山自卸车12辆，出碴车辆根据掘进长度逐步上场。
3.3初支及二衬快速施工控制
为实现均衡生产，同时确保围岩安全，初期支护、二衬施工必须紧跟开挖。在力皮峰隧道硬质围岩施工中，锚杆设计为3根/m，长2.5m。喷射混凝土厚5cm。因锚杆数量少，为快速施工，锚杆可与钻孔同步施工。因硬质围岩稳定性较好，喷射混凝土距掌子面可保持适当距离，一般控制在30m左右，这样喷射混凝土施工也可与钻孔爆破同步进行，初期支护施工基本不单独占用时间。
二衬施工采用整体式全断面液压钢模板台车，台车长9m，台车两侧设作业窗口，便于混凝土捣固。力皮峰隧道进出口各有2台二衬台车，施工人员配备时，必须达到流水作业的要求。按照此原侧，防水板施工5人，二衬台车就位加固6人，浇筑混凝土5人，防水板施工至少超前10m，不得影响二衬施工，不占用二衬施工时间。二衬施工中，拆模时间5h，移行就位时间2h，端头模板安装时间4h，加固4h，浇筑混凝土10h。二衬混凝土强度达到8.0Mpa以上才能拆模，而高性能混凝土需要30h左右才能達到8.0Mpa，因此，混凝土浇筑至拆模时间为30h。这样，二衬每循环时间为55h，即2.3天。每月13个循环，每个台车施工二衬117m，2台二衬台车月进度234m，基本和开挖进度一致，实现了均衡生产目的。
3.4合理的综合保障技术
合理的综合保障技术主要包括施工测量、施工供风、供电、供水、通风、排水、通讯调度等。
3.4.1施工测量
安排测量人员2～3名，测量仪器采用精度高、自动化程度高，无棱镜测量的瑞士徕卡TCR802全站仪，并在拱顶安设激光指向仪便于钻孔控制方向。
3.4.2施工供风
洞外设置空压机房，配置空压机数量为6台20m3/min和1台10m3/min的空压机，配置总风量为130m3/min。施工供风按作业面27台凿岩机同时施工，另外4台凿岩机同时施作系统锚杆和仰拱。考虑力皮峰隧道单头掘进长度超过2500m，风量损失较大，现场配置风量为最大用风量的1.4倍。高压风管直径为Φ200mm，洞内每1000m设置一个调压风包。
3.4.3施工供电
隧道进度大于1000m后，设置高压进洞。高压进洞采用电缆线，设置1台250KVA移动式变压器。根据洞内混凝土施工、抽水及照明和洞外混凝土施工要求，设置1台250Kw发电机和1台120Kw发电机作为备用电源。
3.4.4施工供水
在洞口附近建50m3水池一座，采用变频增压水泵供水至洞内，供水管路采用φ150mm无缝钢管。
3.4.5施工通风
采用单管路独头压入式通风方式，SDF-NO10轴流通风机双机串联，为增加隧道内的通风要求，在每台衬砌台车布设一台DS112K-4P-45型射流风机来卷吸升压，提高风速，引导通风方向。通风管为直径1.6m拉链软风管。
3.4.6施工排水
根据开挖情况隧道大部分均为顺坡排水，只需在洞身两侧挖排水沟，利用自然坡度排水至洞外污水处理池，经过处理达标后排放。
隧道反坡施工中则采用反坡排水方式，在洞内一侧每隔200m左右布置一个集水坑，集水坑之间水泵接力抽水，洞内集水坑的抽水采用多台WQ-15-3型潜水泵，直至排到洞外污水净化池达标后排放。
3.4.7 通讯调度
由当地电信部门在距离洞口500m处设置一处小灵通基站，保障洞内洞外通讯通畅，集中调度。
4 总结
硬质岩隧道的快速施工关键在于确定合理的钻爆设计方案、合理配置出碴设备及合理的综合保障技术。力皮峰隧道施工中，通过不断优化钻爆施工，配备满足现场需要的施工机械及良好的供风、供水、供电等环境，在硬质围岩地段较好地实现了快速施工。力皮峰隧道硬质围岩地段的快速施工技术，为今后类似隧道施工积累了经验，并对其它隧道有一定的参考意义。
参考文献
[1]张京等主编. 隧道施工新技术手册[上、下] .北京：长征出版社.2003年5月
[2]朱永全，赖涤泉 .铁路客运专线施工技术 .中国铁道工程建设协会 .石家庄铁道学院.
作者简介：
李晓雷，中铁十二局第三工程公司。120%120%