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摘 要:在建天平铁路六盘山小断面特长隧道全长16690m,为天平铁路全线第一特长隧道,是整个铁路线的控制性重难点工程。隧道穿越六盘山山脉中段,隧址地形、地貌复杂,Ⅳ、Ⅴ级围岩占69%,F4、F4-1、F5断层及影响带共长1580m,地下水丰富,施工难度大。为加快施工进度,全隧采用长隧短打施工,共设置4座施工斜井,其中,2号和3号斜井本身及其间主洞施工为控制工期的关键线路,是本项目的重中之重。在3#斜井的施工中,隧道穿越了大段的砾岩和白云质灰岩的透水交接面,导致隧道塌方。为快速、安全通过该透水交接地段,在综合考虑隧道工程地质和施工技术基础上,采取了绕行通过技术。论文详细介绍了六盘山特长隧道3#斜井改线施工技术,探讨了隧道施工安全保障技术,指导了六盤山隧道的施工。
关键词:隧道工程斜井绕行施工技术
中图分类号:U455.4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0046-03
1 概述
新建铁路天水至平凉线工程TP-TJ2标段内六盘山特长隧道(DIK83+500～DIK100＋190)为新建天平铁路第一特长越岭隧道,位于甘肃省平凉市华亭县六盘山山脉中山区。隧道起讫里程为D13IK83+500～D13IK100+190,全长16690m。隧道为下坡,分别为5.0‰/2750m、13.0‰/13550m、6.0‰/390m;进口端574m为莲花台车站双线隧道。本区域年平均气温7.8℃,最热月(7月)平均18.9℃,最冷月(1月)平均-4.4℃,年平均降雨量586.6mm,最大季节冻土深度75cm。六盘山隧道共通过3条断裂带,2条不整合接触带。岩体工程性质较差,主要围岩等级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。其中Ⅲ级围岩5280m,占31.0%;Ⅳ级围岩9000m,占54.0%;Ⅴ级围岩2410m,占15.0%。隧道区地下水主要有风化裂隙水,构造裂隙水及岩溶水。根据设计单位勘测,全隧道正常涌水量约1.58万m3/d·km,最大涌水量约为5.1789万m3/d·km,属水害严重隧道。施工中可能出现的地质灾害为围岩失稳、突水突泥、有毒有害气体溢出。概括起来六盘山特长隧道工程具有以下“七大特点”:(1)隧道特长:天平全线第一特长隧道,控制性重难点工程。(2)地质复杂:Ⅳ、Ⅴ级围岩占69%,F4、F4-1、F5断层及影响带共长1580米,地下水丰富,施工难度大。(3)环境较差:新建与改扩建施工便道长达48公里;进口段山高林密,地形复杂(关山林业局),交通运输不便;出口段村庄密集,地方干扰多;单线隧道,断面较小,工序多、干扰大,不利于大型机械化施工作业。(4)通风困难:2号斜井独头掘进预计4.14km,通风困难,施工条件较差。(5)地材匮乏:隧道施工所需地材均需要远运。(6)工期紧张:2号、3号斜井及其主洞施工为控制工期的关键线路,施工进度强度大。(7)风险巨大:工期、安全、环保、成本等管理均存在巨大风险。
在3#斜井的施工中,在斜1+58掌子面施工中,隧道发生了大塌方。为快速、安全通过该透水交接地段,在综合考虑隧道工程地质和施工技术基础上,采取了绕行通过技术。论文详细介绍了六盘山特长隧道3#斜井改线施工技术,探讨了隧道施工安全保障技术,指导了六盘山隧道的施工。
2 六盘山隧道3#斜井塌方绕行施工方案
2.1 3#斜井塌方情况
六盘山隧道2号、3号斜井本身及其间主洞施工为控制工期的关键线路,是本项目的重中之重。根据兰州铁道设计院有限公司《新建铁路天水至平凉线施工图六盘山隧道设计图》第一册(图号天平施隧20),六盘山隧道设有四座单车道无轨运输斜井和一个横通道(见图1所示),分别是:进口横通道(长205m,综合坡度0.5%)、赵家山斜井(长1332m,综合坡度10.5%)、湾湾河斜井(长2177m,综合坡度11.6%)、磨坪斜井(长1280m,综合坡度11.8%)、山王沟斜井(长729m,综合坡度9.4%)。
六盘山隧道3#斜井掌子面斜1+57此段施工设计为Ⅲ级围岩,因岩体破碎,呈碎块状,调整为Ⅴ级围岩,支护措施按Ⅴ级支护。2010年10月20日晚21时左右,掌子面斜1+57在进行支护施工时,边墙,拱顶、掌子面前方岩层掉块严重、发生坍塌。根据现场坍塌情况判断,掌子面前方坍塌约3m,掌子面上方坍塌约3～4m。该处地层为压碎岩夹断层角砾,黑灰色,原岩以白云岩为主,受构造挤压严重,原岩结构被严重破坏,岩体呈块状、碎块状,岩石敲击易碎,岩石表面具镜面、擦痕,掌子面未见基岩裂隙水。因此斜1+57前方8m经业主、设计、施工和监理四方现场确认,处理掉块、坍塌时按Ⅴ级加强支护措施实施。该段处理措施如下:
(1)在掌子面塌方处,左则边墙和拱顶施做φ42超前小导管,小导管间距40cm,长度5m;小导管施工完成后进行注浆加固。
(2)注浆稳定后,对裸露岩面进行混凝土初喷。
(3)斜1+57～斜1+49段初期支护参数按照V级采用I16型钢,间距为1m,喷射砼厚度按20cm施做。
(4)对于坍塌空腔用混凝土回填。
(5)待处理完毕后续支护参数需四方确认后实施。
2.2 3#斜井塌方绕行方案
在按以上方案进行施工中,在完成超前小导管和注浆施工后,在进行掌子面移出钻爆台架和准备开挖作业时,大方量的滑塌碎石随即从掌子面涌出。为阻止塌方的进一步发展,在距离掌子面约9m的位置,用垂直中线的钢管做成简单的挡砟墙,挡砟墙做到掌子面最后一榀拱架后,开始沿着拱架环向施做1.5m长注浆小导管,改为上下台阶法开挖,拱架间距调为30cm至50cm,但是在进行开挖时仍有小碎石坍塌。基于以上原因,决定在磨坪斜井内进行改线。自掌子面斜1+57至斜1+95段由于围岩地质条件不好,施工中增设了I16型钢拱架。斜1+95至斜2+39由于围岩差,在拱顶增加了φ22钢筋拱圈。斜2+39至斜2+60由于围岩差,施工中增设了I16型钢拱架。高压进洞后在斜2+70至斜2+85处增加了变压器洞室。斜2+90至斜3+35为一个大的斜向切面,且拱顶施工时增加了φ22钢筋拱圈。改线自斜3+60里程开始,改线线路与正洞相交里程改为DIK93+040,自斜360直线与DIK93+040相交,则线路与主线和斜井间的距离及夹角见图1所示。改线长度为324.36m。考虑到改线后的中线与已开挖的斜井和正线相交的角度较小,不利于三角区的支护,且坡度过大,不利于出碴,因此改线方案中改线后纵坡调整为30m5%、270.95m11.09%、50m12.5%三个坡度,改线总长为350.95m。
改线开挖断面采用斜井施工断面(6.5m×6.9m),由于线路纵坡较大,首先采用12.5%纵坡进行降坡,降坡施工长度50m,然后采用11.09%的坡度施工,在距离正洞交点30m距离将坡度改为5%,以便车辆掉头和会车。
3 3#斜井塌方绕行施工技术
3.1 施工准备
技术准备,包括熟悉、审查改线图纸及相关改线参数。施工现场准备包括做好测量放样、供水、供电等工作,安装现场照明设备。劳动组织准备。隧道三队的施工管理、操作人员已准备就绪,项目部已做好施工人员的安全、质量、文明施工等培训教育工作。材料准备主要是现场所需的各种材料都已进场,并且考虑到当地的交通运输条件,所有材料现场都有一定的储备,以备雨、雪期间能够保证现场的正常施工。
3.2 改线斜井开挖技术
为保证工期,实现快速施工。改线段Ⅳ、Ⅴ级级围岩全部采用全断面法开挖,光面爆破施工,采用无轨运输。施工时及时采用物探技术对围岩地质情况进行超前探测,坚持“光面爆破、喷锚紧跟、监控量测、及时反馈和修正”的原则。积极应用隧道施工的新技术、新工艺,机械设备配套施工,形成开挖、出碴、喷锚支护相配合的流水作业。施工时坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌、快封闭”的原则,开挖作业加强掏槽爆破,控制周边光爆,合理进尺,加快施工进度。
开挖进尺情况:Ⅲ级围岩每循环钻眼深度3.5m,进尺为3.2m,Ⅳ级围岩每循环钻眼深度3m,进尺为2.5m,Ⅴ级围岩每循环钻眼深度2m,进尺为1.8m。在开挖支护过程中加强围岩监控量测,做到安全第一。
施工工艺流程:超前地质预报→测量放线→钻孔→装药起爆→通风排烟→清危排险→出碴→锚喷支护→进入下一循環。
改线斜井接近正洞段施工。3#斜井进入主洞后,天水和平凉两个方向都为主攻方向,在斜井距离正洞10m,斜井断面宽度增加至10m。以利于洞内的交通运输。图2为3#斜井与正洞交叉口段剖面图。
3.3 斜井与正洞交叉段施工方案
鉴于斜井接近正洞口处与正洞交叉处的岔口锐部交角偏小,而且正洞断面宽度无法会车,在斜井接近正洞段落沿轴线方向10m斜井断面宽度增加到10m。同时为确保岔口三角区的稳定性,在斜井距正洞5m处平行于正洞轴线进行护边加固。加固方案如下:
(1)斜井开挖采用“短进尺、弱爆破、快支护”的原则;开挖施工采用光面爆破,每循环进尺控制在2m以内。
(2)靠近正洞侧5m范围内施作锚杆、网喷;锚杆采用Φ22两端胀紧锚杆,锚杆长度3.0m,间距1.0m×1.0m,梅花型布置。网片采用Φ8钢筋,网格间距20cm×20cm,单片1m2,两片搭接长度不小于10cm。
(3)靠近正洞侧5m范围内采用I16工字钢拱架,间距50cm,采用25cm厚C25喷射混凝土支护。其余加宽地段采用I16工字钢拱架,间距1.2m,采用25cm厚C25喷射混凝土支护。
(4)及时施作二次衬砌。
斜井进入正洞后,按斜井宽度上挑开挖至正洞拱顶位置;断面开挖采用两台阶法,每循环进尺控制在2m以内;锚杆网喷支护。开挖至正洞远斜井侧边墙,按正洞支护参数进行支护。方案如下:
开挖采用“短进尺、弱爆破、快支护”的原则;采用光面爆破,两台阶法开挖,上台阶上挑至正洞洞顶。上台阶开挖至正洞远斜井侧边墙后,进行下台阶开挖。
支护采用Φ22砂浆锚杆,锚杆长度3.0m,间距1.0m×1.0m,梅花型布置。网片采用Φ8钢筋,网格间距20cm×20cm,单片1m2,两片搭接长度不小于10cm。
正洞锐角区5m范围内采用I16工字钢拱架,间距80cm,25cm厚C25喷射混凝土支护。
正洞施工坚持“管超前、严注浆、短开挖、勤量测、强支护、早封闭”的原则,在超前支护完成后进行开挖,严格控制开挖进尺,及时支立型钢拱架,并做好拱脚支垫、连接钢筋焊接和锁脚锚杆的固定,严格控制各作业面之间的距离,做到及时封闭,以监控量测数据指导施工,以便调整初期支护参数和确定二次衬砌施作时间。
3.4 正洞段施工安排和机械配置
在斜井进入正洞开挖、支护完成后,自交界处向小里程进行施工,正洞开挖采用全断面法开挖。向小里程施工45m后封闭掌子面,在该段组装衬砌台车,衬砌台车组装完成后由斜井与正洞交界处向小里程进行衬砌。从目前斜井与正洞相交处,小断面施工人员配置,施工作业面每道工序各安排两组开挖工班,每工班14人,两组安装拱架工班,小断面每工班7人;两组喷混凝土工班,每工班7人共计56人。正洞施工人员配置, 每个施工作业面每道工序各安排两组开挖工班每工班14人,两组安装拱架工班,每工班6人;两组喷混凝土工班,每工班6人,共计52人。每个施工作业面每个24小时不停的施工。以便能够保证业主要求的总工期的实现。
施工机械配置如下:挖掘机2台,装载机3台,自卸车6台,1000L混凝土搅拌机2台,YT28风动凿岩机30台,混凝土喷射机11台,8m3混凝土搅拌运输车3台,注浆机2台,20m3水冷式空压机6台,630KVA变压器1台,315KVA变压器1台,交流电焊机6台,弯筋机1台,切筋机1台,弯拱机1台,直筋机1台,200KW发电机2台。
3.5 改线斜井处的通风和排水
由于改线斜井在不到400m的长度内,连续有4个弯道,因此进入主洞后通风和排水存在很大困难。通风采用常规风管压入式通风的风压损失较大,无法保证工作面供风需求量。因此在弯道处采用外套钢管以减少风阻,风管穿越衬砌台车时,尽量减少缩径变化,管路出现破损漏风时及时修补或更换。当隧道过长,一台风机无法满足通风需要时,考虑采用串联风机进行接力通风,在1000～1500m之间,增设一台风机串联接力供风。为加快隧道内混浊气体的顺利排出,降低隧道内风压,在隧道主洞及斜井内布设射流风机。根据磨坪(3#)斜井已施工段揭示地质,六盘山隧道地质复杂,岩性多变;隧道地处六盘山山脉地区富水,隧道已开挖洞段多处出水,且涌水量较大。在接近正洞30m的缓坡平台处增设大型汲水泵站,并配备备用泵站。
3.6 安全保障措施
(1)安全监测技术:在斜井施工过程中,加强监控量测,通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化,把握施工过程中结构所处的安全状态,判断围岩稳定性,支护、衬砌可靠性。通过对量测数据的分析处理,掌握地层稳定性变化规律,预见事故和险情,以保证施工安全和隧道结构稳定。
(2)施工安全保证措施:施工过程中加强斜井内的安全巡查,发现有掉块和喷层裂缝的地方及时进行反馈,并及时采取加强措施,以保证安全。在靠近掌子面的安全区域内存放能保证工班应急10天的食品,并且食品每天由专人更换。施工过程中加强斜井的围岩量测,通过监控量测及时了解各施工时段地层与支护结构的动态变化,把握施工过程中结构所处的安全状态,判断围岩稳定性和支护可靠性。通过对量测数据的分析处理,掌握地层稳定性变化规律,预见事故和险情,以保证施工安全。施工过程中加强安全质量控制,实施安全包保责任制。安全包保责任制由项目部安全总监主管,安质部长和主管工程师主抓安全,施工队队长为安全管理第一责任人。施工过程中,现场质检人员确保初期支护按支护参数进行施工,对于围岩破碎地段,在支立拱架时,确保锁脚锚管按设计和规范要求施做。同时保证拱架的拱脚置于基岩上,如拱脚悬空,则必须对悬空的拱脚施做混凝土护脚,并确保拱脚底部回填密实。
（3)文明施工保证措施。将严格坚持“集中施工、快速施工、文明施工”的方针,并利用在其他项目施工中的经验,精心组织,科学安排,规范作业,文明施工。
4 结论
新建铁路天水至平凉线工程TP-TJ2标段内六盘山特长隧道(DIK83+500～DIK100＋190)为新建天平铁路第一特长越岭隧道,六盘山隧道共通过3条断裂带,2条不整合接触带。岩体工程性质较差,主要围岩等级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。其中Ⅲ级围岩5280m,占31.0%;Ⅳ级围岩9000m,占54.0%;Ⅴ级围岩2410m,占15.0%。隧道区地下水主要有风化裂隙水,构造裂隙水及岩溶水。根据设计单位勘测,全隧道正常涌水量约1.58万m3/d·km,最大涌水量约为5.1789万m3/d·km,属水害严重隧道。为加快工程的施工,隧道采取了长隧短打的施工技术,其中2号、3号斜井及其主洞施工为控制工期的关键线路,施工进度强度大。工期、安全、环保、成本等管理均存在巨大风险。在3#斜井的施工中,在斜1+58掌子面施工中,隧道发生了大塌方。为快速、安全通过该透水交接地段,在综合考虑隧道工程地质和施工技术基础上,采取了绕行通过技术。论文详细介绍了六盘山特长隧道3#斜井改线施工技术,探讨了隧道施工安全保障技术,指导了六盘山隧道的施工。2011年2月,改线绕行后的隧道施工顺利进入正洞施工,改线绕行顺利完成,确保了隧道的施工安全,加快了施工进度。
参考文献
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[7] 池春生,宋战平.严寒地区大断面浅埋大断面土质隧道施工方法探讨[J].水利与建筑工程学报,2008,6(3):74～77.
关键词:隧道工程斜井绕行施工技术
中图分类号:U455.4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0046-03
1 概述
新建铁路天水至平凉线工程TP-TJ2标段内六盘山特长隧道(DIK83+500～DIK100＋190)为新建天平铁路第一特长越岭隧道,位于甘肃省平凉市华亭县六盘山山脉中山区。隧道起讫里程为D13IK83+500～D13IK100+190,全长16690m。隧道为下坡,分别为5.0‰/2750m、13.0‰/13550m、6.0‰/390m;进口端574m为莲花台车站双线隧道。本区域年平均气温7.8℃,最热月(7月)平均18.9℃,最冷月(1月)平均-4.4℃,年平均降雨量586.6mm,最大季节冻土深度75cm。六盘山隧道共通过3条断裂带,2条不整合接触带。岩体工程性质较差,主要围岩等级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。其中Ⅲ级围岩5280m,占31.0%;Ⅳ级围岩9000m,占54.0%;Ⅴ级围岩2410m,占15.0%。隧道区地下水主要有风化裂隙水,构造裂隙水及岩溶水。根据设计单位勘测,全隧道正常涌水量约1.58万m3/d·km,最大涌水量约为5.1789万m3/d·km,属水害严重隧道。施工中可能出现的地质灾害为围岩失稳、突水突泥、有毒有害气体溢出。概括起来六盘山特长隧道工程具有以下“七大特点”:(1)隧道特长:天平全线第一特长隧道,控制性重难点工程。(2)地质复杂:Ⅳ、Ⅴ级围岩占69%,F4、F4-1、F5断层及影响带共长1580米,地下水丰富,施工难度大。(3)环境较差:新建与改扩建施工便道长达48公里;进口段山高林密,地形复杂(关山林业局),交通运输不便;出口段村庄密集,地方干扰多;单线隧道,断面较小,工序多、干扰大,不利于大型机械化施工作业。(4)通风困难:2号斜井独头掘进预计4.14km,通风困难,施工条件较差。(5)地材匮乏:隧道施工所需地材均需要远运。(6)工期紧张:2号、3号斜井及其主洞施工为控制工期的关键线路,施工进度强度大。(7)风险巨大:工期、安全、环保、成本等管理均存在巨大风险。
在3#斜井的施工中,在斜1+58掌子面施工中,隧道发生了大塌方。为快速、安全通过该透水交接地段,在综合考虑隧道工程地质和施工技术基础上,采取了绕行通过技术。论文详细介绍了六盘山特长隧道3#斜井改线施工技术,探讨了隧道施工安全保障技术,指导了六盘山隧道的施工。
2 六盘山隧道3#斜井塌方绕行施工方案
2.1 3#斜井塌方情况
六盘山隧道2号、3号斜井本身及其间主洞施工为控制工期的关键线路,是本项目的重中之重。根据兰州铁道设计院有限公司《新建铁路天水至平凉线施工图六盘山隧道设计图》第一册(图号天平施隧20),六盘山隧道设有四座单车道无轨运输斜井和一个横通道(见图1所示),分别是:进口横通道(长205m,综合坡度0.5%)、赵家山斜井(长1332m,综合坡度10.5%)、湾湾河斜井(长2177m,综合坡度11.6%)、磨坪斜井(长1280m,综合坡度11.8%)、山王沟斜井(长729m,综合坡度9.4%)。
六盘山隧道3#斜井掌子面斜1+57此段施工设计为Ⅲ级围岩,因岩体破碎,呈碎块状,调整为Ⅴ级围岩,支护措施按Ⅴ级支护。2010年10月20日晚21时左右,掌子面斜1+57在进行支护施工时,边墙,拱顶、掌子面前方岩层掉块严重、发生坍塌。根据现场坍塌情况判断,掌子面前方坍塌约3m,掌子面上方坍塌约3～4m。该处地层为压碎岩夹断层角砾,黑灰色,原岩以白云岩为主,受构造挤压严重,原岩结构被严重破坏,岩体呈块状、碎块状,岩石敲击易碎,岩石表面具镜面、擦痕,掌子面未见基岩裂隙水。因此斜1+57前方8m经业主、设计、施工和监理四方现场确认,处理掉块、坍塌时按Ⅴ级加强支护措施实施。该段处理措施如下:
(1)在掌子面塌方处,左则边墙和拱顶施做φ42超前小导管,小导管间距40cm,长度5m;小导管施工完成后进行注浆加固。
(2)注浆稳定后,对裸露岩面进行混凝土初喷。
(3)斜1+57～斜1+49段初期支护参数按照V级采用I16型钢,间距为1m,喷射砼厚度按20cm施做。
(4)对于坍塌空腔用混凝土回填。
(5)待处理完毕后续支护参数需四方确认后实施。
2.2 3#斜井塌方绕行方案
在按以上方案进行施工中,在完成超前小导管和注浆施工后,在进行掌子面移出钻爆台架和准备开挖作业时,大方量的滑塌碎石随即从掌子面涌出。为阻止塌方的进一步发展,在距离掌子面约9m的位置,用垂直中线的钢管做成简单的挡砟墙,挡砟墙做到掌子面最后一榀拱架后,开始沿着拱架环向施做1.5m长注浆小导管,改为上下台阶法开挖,拱架间距调为30cm至50cm,但是在进行开挖时仍有小碎石坍塌。基于以上原因,决定在磨坪斜井内进行改线。自掌子面斜1+57至斜1+95段由于围岩地质条件不好,施工中增设了I16型钢拱架。斜1+95至斜2+39由于围岩差,在拱顶增加了φ22钢筋拱圈。斜2+39至斜2+60由于围岩差,施工中增设了I16型钢拱架。高压进洞后在斜2+70至斜2+85处增加了变压器洞室。斜2+90至斜3+35为一个大的斜向切面,且拱顶施工时增加了φ22钢筋拱圈。改线自斜3+60里程开始,改线线路与正洞相交里程改为DIK93+040,自斜360直线与DIK93+040相交,则线路与主线和斜井间的距离及夹角见图1所示。改线长度为324.36m。考虑到改线后的中线与已开挖的斜井和正线相交的角度较小,不利于三角区的支护,且坡度过大,不利于出碴,因此改线方案中改线后纵坡调整为30m5%、270.95m11.09%、50m12.5%三个坡度,改线总长为350.95m。
改线开挖断面采用斜井施工断面(6.5m×6.9m),由于线路纵坡较大,首先采用12.5%纵坡进行降坡,降坡施工长度50m,然后采用11.09%的坡度施工,在距离正洞交点30m距离将坡度改为5%,以便车辆掉头和会车。
3 3#斜井塌方绕行施工技术
3.1 施工准备
技术准备,包括熟悉、审查改线图纸及相关改线参数。施工现场准备包括做好测量放样、供水、供电等工作,安装现场照明设备。劳动组织准备。隧道三队的施工管理、操作人员已准备就绪,项目部已做好施工人员的安全、质量、文明施工等培训教育工作。材料准备主要是现场所需的各种材料都已进场,并且考虑到当地的交通运输条件,所有材料现场都有一定的储备,以备雨、雪期间能够保证现场的正常施工。
3.2 改线斜井开挖技术
为保证工期,实现快速施工。改线段Ⅳ、Ⅴ级级围岩全部采用全断面法开挖,光面爆破施工,采用无轨运输。施工时及时采用物探技术对围岩地质情况进行超前探测,坚持“光面爆破、喷锚紧跟、监控量测、及时反馈和修正”的原则。积极应用隧道施工的新技术、新工艺,机械设备配套施工,形成开挖、出碴、喷锚支护相配合的流水作业。施工时坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌、快封闭”的原则,开挖作业加强掏槽爆破,控制周边光爆,合理进尺,加快施工进度。
开挖进尺情况:Ⅲ级围岩每循环钻眼深度3.5m,进尺为3.2m,Ⅳ级围岩每循环钻眼深度3m,进尺为2.5m,Ⅴ级围岩每循环钻眼深度2m,进尺为1.8m。在开挖支护过程中加强围岩监控量测,做到安全第一。
施工工艺流程:超前地质预报→测量放线→钻孔→装药起爆→通风排烟→清危排险→出碴→锚喷支护→进入下一循環。
改线斜井接近正洞段施工。3#斜井进入主洞后,天水和平凉两个方向都为主攻方向,在斜井距离正洞10m,斜井断面宽度增加至10m。以利于洞内的交通运输。图2为3#斜井与正洞交叉口段剖面图。
3.3 斜井与正洞交叉段施工方案
鉴于斜井接近正洞口处与正洞交叉处的岔口锐部交角偏小,而且正洞断面宽度无法会车,在斜井接近正洞段落沿轴线方向10m斜井断面宽度增加到10m。同时为确保岔口三角区的稳定性,在斜井距正洞5m处平行于正洞轴线进行护边加固。加固方案如下:
(1)斜井开挖采用“短进尺、弱爆破、快支护”的原则;开挖施工采用光面爆破,每循环进尺控制在2m以内。
(2)靠近正洞侧5m范围内施作锚杆、网喷;锚杆采用Φ22两端胀紧锚杆,锚杆长度3.0m,间距1.0m×1.0m,梅花型布置。网片采用Φ8钢筋,网格间距20cm×20cm,单片1m2,两片搭接长度不小于10cm。
(3)靠近正洞侧5m范围内采用I16工字钢拱架,间距50cm,采用25cm厚C25喷射混凝土支护。其余加宽地段采用I16工字钢拱架,间距1.2m,采用25cm厚C25喷射混凝土支护。
(4)及时施作二次衬砌。
斜井进入正洞后,按斜井宽度上挑开挖至正洞拱顶位置;断面开挖采用两台阶法,每循环进尺控制在2m以内;锚杆网喷支护。开挖至正洞远斜井侧边墙,按正洞支护参数进行支护。方案如下:
开挖采用“短进尺、弱爆破、快支护”的原则;采用光面爆破,两台阶法开挖,上台阶上挑至正洞洞顶。上台阶开挖至正洞远斜井侧边墙后,进行下台阶开挖。
支护采用Φ22砂浆锚杆,锚杆长度3.0m,间距1.0m×1.0m,梅花型布置。网片采用Φ8钢筋,网格间距20cm×20cm,单片1m2,两片搭接长度不小于10cm。
正洞锐角区5m范围内采用I16工字钢拱架,间距80cm,25cm厚C25喷射混凝土支护。
正洞施工坚持“管超前、严注浆、短开挖、勤量测、强支护、早封闭”的原则,在超前支护完成后进行开挖,严格控制开挖进尺,及时支立型钢拱架,并做好拱脚支垫、连接钢筋焊接和锁脚锚杆的固定,严格控制各作业面之间的距离,做到及时封闭,以监控量测数据指导施工,以便调整初期支护参数和确定二次衬砌施作时间。
3.4 正洞段施工安排和机械配置
在斜井进入正洞开挖、支护完成后,自交界处向小里程进行施工,正洞开挖采用全断面法开挖。向小里程施工45m后封闭掌子面,在该段组装衬砌台车,衬砌台车组装完成后由斜井与正洞交界处向小里程进行衬砌。从目前斜井与正洞相交处,小断面施工人员配置,施工作业面每道工序各安排两组开挖工班,每工班14人,两组安装拱架工班,小断面每工班7人;两组喷混凝土工班,每工班7人共计56人。正洞施工人员配置, 每个施工作业面每道工序各安排两组开挖工班每工班14人,两组安装拱架工班,每工班6人;两组喷混凝土工班,每工班6人,共计52人。每个施工作业面每个24小时不停的施工。以便能够保证业主要求的总工期的实现。
施工机械配置如下:挖掘机2台,装载机3台,自卸车6台,1000L混凝土搅拌机2台,YT28风动凿岩机30台,混凝土喷射机11台,8m3混凝土搅拌运输车3台,注浆机2台,20m3水冷式空压机6台,630KVA变压器1台,315KVA变压器1台,交流电焊机6台,弯筋机1台,切筋机1台,弯拱机1台,直筋机1台,200KW发电机2台。
3.5 改线斜井处的通风和排水
由于改线斜井在不到400m的长度内,连续有4个弯道,因此进入主洞后通风和排水存在很大困难。通风采用常规风管压入式通风的风压损失较大,无法保证工作面供风需求量。因此在弯道处采用外套钢管以减少风阻,风管穿越衬砌台车时,尽量减少缩径变化,管路出现破损漏风时及时修补或更换。当隧道过长,一台风机无法满足通风需要时,考虑采用串联风机进行接力通风,在1000～1500m之间,增设一台风机串联接力供风。为加快隧道内混浊气体的顺利排出,降低隧道内风压,在隧道主洞及斜井内布设射流风机。根据磨坪(3#)斜井已施工段揭示地质,六盘山隧道地质复杂,岩性多变;隧道地处六盘山山脉地区富水,隧道已开挖洞段多处出水,且涌水量较大。在接近正洞30m的缓坡平台处增设大型汲水泵站,并配备备用泵站。
3.6 安全保障措施
(1)安全监测技术:在斜井施工过程中,加强监控量测,通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化,把握施工过程中结构所处的安全状态,判断围岩稳定性,支护、衬砌可靠性。通过对量测数据的分析处理,掌握地层稳定性变化规律,预见事故和险情,以保证施工安全和隧道结构稳定。
(2)施工安全保证措施:施工过程中加强斜井内的安全巡查,发现有掉块和喷层裂缝的地方及时进行反馈,并及时采取加强措施,以保证安全。在靠近掌子面的安全区域内存放能保证工班应急10天的食品,并且食品每天由专人更换。施工过程中加强斜井的围岩量测,通过监控量测及时了解各施工时段地层与支护结构的动态变化,把握施工过程中结构所处的安全状态,判断围岩稳定性和支护可靠性。通过对量测数据的分析处理,掌握地层稳定性变化规律,预见事故和险情,以保证施工安全。施工过程中加强安全质量控制,实施安全包保责任制。安全包保责任制由项目部安全总监主管,安质部长和主管工程师主抓安全,施工队队长为安全管理第一责任人。施工过程中,现场质检人员确保初期支护按支护参数进行施工,对于围岩破碎地段,在支立拱架时,确保锁脚锚管按设计和规范要求施做。同时保证拱架的拱脚置于基岩上,如拱脚悬空,则必须对悬空的拱脚施做混凝土护脚,并确保拱脚底部回填密实。
（3)文明施工保证措施。将严格坚持“集中施工、快速施工、文明施工”的方针,并利用在其他项目施工中的经验,精心组织,科学安排,规范作业,文明施工。
4 结论
新建铁路天水至平凉线工程TP-TJ2标段内六盘山特长隧道(DIK83+500～DIK100＋190)为新建天平铁路第一特长越岭隧道,六盘山隧道共通过3条断裂带,2条不整合接触带。岩体工程性质较差,主要围岩等级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。其中Ⅲ级围岩5280m,占31.0%;Ⅳ级围岩9000m,占54.0%;Ⅴ级围岩2410m,占15.0%。隧道区地下水主要有风化裂隙水,构造裂隙水及岩溶水。根据设计单位勘测,全隧道正常涌水量约1.58万m3/d·km,最大涌水量约为5.1789万m3/d·km,属水害严重隧道。为加快工程的施工,隧道采取了长隧短打的施工技术,其中2号、3号斜井及其主洞施工为控制工期的关键线路,施工进度强度大。工期、安全、环保、成本等管理均存在巨大风险。在3#斜井的施工中,在斜1+58掌子面施工中,隧道发生了大塌方。为快速、安全通过该透水交接地段,在综合考虑隧道工程地质和施工技术基础上,采取了绕行通过技术。论文详细介绍了六盘山特长隧道3#斜井改线施工技术,探讨了隧道施工安全保障技术,指导了六盘山隧道的施工。2011年2月,改线绕行后的隧道施工顺利进入正洞施工,改线绕行顺利完成,确保了隧道的施工安全,加快了施工进度。
参考文献
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