赣鄂隧道快速施工的关键技术

控制赣鄂隧道快速施工的关键工序
庄全贵
[摘要]赣鄂隧道通过合理的钻爆设计、混合式的通风方案及优化二次衬砌施工方法等措施，创造了隧道连续8个月成洞米超过200米的成绩。

文章着重介绍了开挖钻爆、通风排烟、二次衬砌等控制长大隧道快速施工的关键工序。

关键词:隧道快速施工关键工序
一.工程概况
赣鄂隧道是江西省重点建设项目武吉高速公路的重点工程,地处江西武宁县与湖北阳新县交界处，穿越幕阜山脉。

设计为分离式四车道高速公路隧道,其中江西境内左线隧道长3886m，右线隧道长3917m 。

江西段设计未设竖井、斜井、平导等辅助坑道，采用单口掘进施工。

江西境内位于江西省九江市武宁县罗坪镇，地形复杂。

隧道设计为净跨10.75m，净高6.5m的三心圆曲墙半圆拱，二次衬砌混凝土厚度0.3m~0.5m。

洞口段为裸露强风化岩石，洞身围岩以较坚硬花岗岩为主。

在赣鄂隧道施工中，洞身段采用了全断面新奥法施工原理，充分利用机械配套设施，通过科学组织与管理，实现了快速施工。

由于隧道的开挖、初期支护、二次衬砌、路面施工及附属施工等均影响着隧道施工的整体进度。

针对赣鄂隧道的实际围岩情况，保证开挖和衬砌的相辅相成，及时地跟进二次衬砌，就成了保证隧道掘进持续和整个施工良性循环的关键。

通过合理的钻爆设计缩短施工时间、压入式和射流风机结合的通风方案减少排烟通风时间及优化二次衬砌施工方法加快二衬循环等措施，创造了双洞连续8个月成洞米超过200米的成绩。

二、控制赣鄂隧道快速施工的关键工序
（一）、赣鄂隧道的钻爆
1、光面爆破的特点
隧道工程在爆破时往往不能得到表面平整的坑道轮廓线，由于施工时不愿欠挖而常造成较大超挖，欠挖也难免产生，因而给施工带来了困难和加大了工作量。

为使开挖轮廓表面平顺，减少超欠挖、减小爆破对围岩的扰动，以及喷锚支护等的需要，可采用光面爆破，避免补炮造成开挖时间的延长。

2、光面爆破方案的确定
目前，较大断面公路隧道光面爆破施工一般有两种方法：预留光爆层法和全断面开挖法。

根据本合同段施工现场的实际条件及本隧道围岩情况，采用全断面开挖法（图1）。

遵循“新奥法”原理，为了提高传爆的可靠性，爆破网路采用复式爆破网路，通过非电毫秒雷管微差爆破技术从而分层次引爆炸药，最终形成隧道开挖轮廓。

3、爆破方案设计
3.1 爆破参数的选择
光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能，隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。

控制周边眼的实际装药量，采用比较合理的装药结构，尽可能使药沿炮眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。

3.1.1 最小抵抗线（V）
根据围岩特点合理选择周边眼间距和周边眼最小抵抗线。

光面爆破法的主要要点：周边眼间距一般比其他的爆破间距小，周边眼的最小抵抗线也相应减小。

对于坚硬和破碎岩石亦取较小的E值；为保证周边眼孔之间贯通裂缝优先形成，须使周边眼的最小抵抗线大于炮眼间距。

赣鄂隧道确定最小抵抗线（V）为50～80cm。

单位：厘米
图1 全断面开挖炮眼布置示意图
3.1.2 相对距系数（K ）
相对距系数是周边眼间距（E ）与最小抵抗线（V ）的比值，是影响爆破效果的重要因素。

K= E/V
3.1.3 装药量计算
光面爆破装药量的计算，主要是确定周边光爆孔炮眼装药集中度，即以kg/m 表示，一般采用实验方法求得或从同类工程中选取。

本隧道通过现场试验和施工经验数据，用计算法进行校核，确定q=0.16～0.26kg/m 。

3.1.4 装药结构和起爆方式
光面爆破采用不耦合装药，一般不耦合系数为1.5～2.0，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。

本隧道施工中采用如下（图2）装药结构：①1/2普通标准药卷（ø32）起爆；②小直径药卷（ø25）空气间隔装药。

导爆管
竹片支架
1/2φ32
起爆药卷φ25药卷
堵塞物导爆索
图2 周边眼装药结构示意图
3.1.5 光面爆破的起爆顺序
起爆顺序为：掏槽眼——辅助眼——底板眼——二周边眼——周边眼。

采用多段微差起爆（由内向外），其中主爆区的周边眼比辅助眼眼跳2段起爆，并用同一段雷管。

4、钻爆作业
采用钻孔台架配手持式风动凿岩机钻孔，人工装药起爆。

钻爆作业必须按照爆破设计方案进行钻眼、装药、接线和引爆。

如围岩出现变化需要变更爆破设计时，由现场技术主管确定。

炮孔的装药、堵塞和引爆线路的连接，均由经培训、考核合格的爆炮工负责。

（1）、测量：测量是能否保证开挖轮廓精确度的关键。

每循环都由测量技术人员通过隧道断面激光测量仪在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。

并循对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

（2）、定位钻孔：机械人员就位后按炮眼布置图正确钻孔，对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比较高，误差要控制在3～5cm以内。

钻工要熟悉炮眼布置图，要能熟练地操纵机械，特别是钻周边眼，一定要丰富经验。

（3）、装药：钻孔完成后，用高压风吹孔，经检查合格后方可装药。

装药分片分组专人负责，自上而下严格按爆破设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”。

（4）、炮眼堵塞所有装药的炮眼均应及时用炮泥堵塞、密封，周边眼的堵塞长度不宜小于20cm，其余炮眼的堵塞长度都不宜小于35cm，严禁用纸箱等易燃物进行堵塞。

（5）、处理瞎炮：如若发现瞎炮，应首先查明原因，如果是孔外的线路
损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接线路即可，但此时的接头应尽量靠近炮眼，如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，则应按《爆破安全规程》有关条款处理。

5 光面爆破实施效果
5.1 爆破后周边炮眼痕迹保存率达80%～90%，两茬炮衔接台阶最大尺寸为8cm，超欠挖量仅为5%左右，比非光面爆破要低得多，每循环清理危石或补炮缩短约20分钟。

5.2 岩碴块度较小亦均匀，利于装碴，节省装运时间，每循环装碴及出碴缩短约20分钟，并方便了后续工作的施工。

5.3 减少支护投入，降低工程造价。

光面爆破减少超挖量约15%，按现行规范标准平均超挖值为10cm，结合本隧道的断面尺寸，每延米减少开挖约2.1m3。

减少喷射混凝土超挖回填量约2.1m3，同时也节省了火工品。

5.4 岩面平整，每循环初期支护缩短约20分钟，应力集中小，减少安全隐患。

（二）、赣鄂隧道的通风排烟
合理的通风系统、理想的通风效果是实现长大隧道快速施工、施工人员身心健康及施工安全的重要保证。

1、通风排烟方案的确定
通过大量的调研分析，确定了赣鄂隧道钻爆法施工的通风参数，提出了分阶段采用压入式、射流风机辅助的混合方式通风方案。

该方案的主要优点是：１）新鲜空气经管路由风机压送开挖面，施工工作面环境好，污染少；２）左右线不同阶段各自形成独立的通风系统，洞内风流易于控制。

第一阶段系统配置为：洞口外安装１台SDF(B)-Ｎ０１６三级调配式风机（参数为：风量2088m3/min~4500 m3/min；风压618Pa~4049Pa；转速980r/min；电机功率110X2kW），配备1.8ｍ软风管，进行单机单管压入式通风。

新鲜空气自洞外经风机风管压入开挖面，污浊空气沿洞身排出。

第二阶段掘进到２ｋｍ以上时开始在洞内设置射流风机辅助混合方式通风，射流风机在成洞段每隔1.5ｋｍ设一组，每组2台，间距200ｍ。

此方案施工方便，集压入式和吸出式的优点于一身，通过风管将新鲜空气送入掌子面，污浊空气从洞内沿洞身吸出洞外。

2、防漏降阻防尘措施：
在管路的防漏降阻研究方面，赣鄂隧道有新的发展，体现在以“长、大、直、新”管路替代以往的“短、小、弯、旧”管路。

采用了高强度低摩阻维纶塑胶软风管，风管接头以气密式拉链结为主，部分为包覆捆绑结构。

风管节长由以往的20~30m加长至50~100m，减少了接头数量，进而减少了漏风量。

在净空允许的前提下，尽量采用较大直径的风管。

风管安装前，先按5m间距埋设吊挂锚杆，并在杆上标出吊线位置，再将φ8mm盘条吊挂线拉直拉紧并焊固在锚杆上，而后在吊挂线上挂风管。

这样可使风管安装到达平、直、紧、稳，无褶皱、不弯曲，从而减少通风阻力。

为控制粉尘的产生，隧道施工防尘采取综合治理的方案。

钻眼作业必须采用湿式凿岩钻孔，必须先送水后送风进行钻眼。

新鲜风连续经过几个
工作面时，在两个工作面间和混合式通风系统中两组风管交错的距离间，根据防尘效果，适当增设喷雾器净化风流中的粉尘。

3、通风效果
（1）、在10分钟内解决掌子面通风，方便出渣。

（2）、在21分钟内解决集中作业区通风，提供良好的作业环境
采用合理通风排烟措施，集中作业区，创造良好的作业环境，缩小管理区的空间范围，提高了管理和作业的功效，利于快速施工。

（三）二次衬砌的施工
隧道施工在掘进进度动态目标实现的前提下，能否及时地跟进衬砌，就成了保证长大隧道掘进持续，是整个施工良性循环的关键。

1、确定二次衬砌的方案
通过分析赣鄂隧道施工设计的特点，以左洞为例，在3886m长度范围有1个变电横洞，4个紧急停车带，4个行车横洞与8个行人横洞，是施工主洞衬砌时需要花费工时的区域，上述部位共长360延米，为争取作业时间，二次衬砌配备二台衬砌台车，1#台车在距掌子面200m~260m的范围内作业，2#台车靠后处理横洞口与紧急停车带，1#台车跳跃未施工段主洞衬砌。

1#台车循环时间
①移动就位②浇注混凝土③强度增长④拆模维修打油⑤
8小时 10小时 10小时 5小时
即单循环时间为33小时，月进度262m，按 223 m计，正规循环率85%。

2、加快二次衬砌循环的几个措施
(1)在衬砌台车前距掌子面230m~180m范围内提前施工矮边墙，方便台车就位，缩短立模时间；
(2)二衬混凝土中适当掺加混凝土外加剂，保证混凝土入模后10小时
内强度达到3.0Mp，以便尽快拆模，缩短循环时间。

3、效果
衬砌的及时跟进减少了洞内空气流通的阻力，缩短了隧道通风时间，改善了洞内的作业环境，提高了作业工效。

将90%以上的作业集中到距掌子面260m的范围内，作业区域集中，方便了现场作业组织检查与管理，提高了现场管理效果。

三.结语
高速公路上长大隧道都是控制工期的重点工程，隧道掘进工序的快慢直接影响着工程的总工期，而隧道的开挖，二次衬砌等工序直接影响着隧道的整体进度。

钻爆法开挖是否经济、高效，关键是控制好超欠挖，赣鄂隧道通过合理的钻爆设计组织施工，有效的控制了超欠挖，大大节省了时间和材料；进一步丰富和发展了“合理布局，优化匹配，防漏降阻，严格管理”的通风管理技术内容，大大减少了通风排烟时间；通过有效措施加快二次衬砌的施工，使二次衬砌及时跟进，方便了电动力及照明线路的正规架设，增强了洞内照明亮度，加快出渣的速度。

取得了较好的直接的经济效益和间接的社会效益。