隧道辅助坑道设计、施工方案优化

隧道主要工程机械配置表
序号 1 2 3 4 5 设备名称 挖掘机 装载机 装载机 自卸车 ITC312H4挖掘式装岩机 规格型号 PC200 ZL40C ZL50C 5t ITC312H4 计划（台） 5 4 5 12 2 平导和横洞 侧翻 备注
6
7 8 9 10 11
变压器
变压器 发电机 空压机 混凝土输送泵 混凝土搅拌站
隧道辅助坑道设计及 施工方案优化
一、工程简介
1.工程概况


隧道初步设计施工辅助坑道方案为：贯通平导和横洞各一座。其中： 平导位于线路前进方向右侧，全长10203.1m，与线路中线平行，间距 30m，净空尺寸为：3.5m（宽）×4.3m（高），错车道净空尺寸为5.0m （宽）×4.7m（高），采用单车道有轨运输模式。 横洞位于线路左侧,与线路相交于DIK62+958处，全长2360m。其轨 面以上净空尺寸为：5.0m（宽）×4.7m（高），采用有轨双车道运输。
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第二阶段：在平导进入正洞辅助施工的第一个横通道与正洞出口工作面 贯通后，采用巷道式通风。
将正洞、平导风机内移至距出口1130m左右的横 通道口处，正洞至此横通道口范围为进新鲜空气管 道，污浊空气通过横通道进入平导排出洞外；一路 风管进行正洞压入式通风，最大距离距离2870m； 一路风管通过横通道进入平导，压入式通风，污浊 空气通过平导排出洞外。为了辅助进、排风，克服 通风距离长、洞内回流风阻大的问题，在正洞和平 导内各设置1-2台射流风机导流，加强通风效果， 其它横通道均封闭。
2．工程地质



根据初步设计情况，最大埋深660m，隧道进口段围岩以厚-巨层状 灰岩、灰白色粉砂岩为主，夹有绿、灰、褐灰色粉砂岩，节理裂隙发育， 差异风化严重；洞身围岩以板岩为主，极少出露灰岩，中薄层状，节理 裂隙发育，风化层厚度大，差异风化严重；出口段围岩以边群板岩、千 枚岩夹砂岩为主，岩质软，岩体节理发育，较破碎，风化严重。地下水 发育，围岩自稳性差。 本地区位于红河深大断裂以北区，受多期构造运动的影响，使断裂 构造及褶皱相当发育，隧道共有七条断层，主要断层有：斯路白-松龙 寨压性断层、白竹箐1#断层、白竹箐2#断层、白竹箐3#断层、大深沟物 探解译断层、大深沟断层。受主要断层的影响隧道可能会出现涌水、突 泥及大变形，对隧道影响较大。 褶皱：依次位白竹箐背歇、白竹箐向斜及皂角树复式褶皱（老坐基 向斜、老坐基背斜、皂角树1#、2#背斜、皂角树1#、2#向斜）。
3.4机械配置




为保证隧道施工工期，施工机械的合理选型和配置是关 键。设备配套原则如下： 3.4.1针对单线铁路隧道洞内空间大小，设备配套时要考虑 设备外形尺寸与隧道断面相适应，各机械之间外形尺寸相适 应，配套设备之间生产能力相匹配，考虑隧道施工工期及满 足通风要求，综合多方因素进行合理的机械配备。 3.4.2针对不同的工序施工按专业化组织流水作业，以性能 好、效率高、机况良好的设备装配挖掘、装运、喷锚、衬砌 等主要作业线，实现各机械化作业线的有机配合，用机械化 程度的提高来实现隧道施工的高产、稳产。 3.4.3施工机械本着“装备精良，技术领先，满足需求，略 有富余”的原则配备。 3.4.4机械设备的配备要适应长大隧道的特点。


3.5.3加强碳质板岩段D1K60+631-D1K61+000、D1K63+150-D1K66+000的 有害气体检测，充分利用正洞超前钻孔，主要进行地层岩性特征、岩层 产状、岩质板岩厚度、瓦斯压力、含量和浓度等的综合分析。加强隧道 通风质量，保证施工安全。 3.5.4岩爆地段采用洒水、超前水平钻孔等方法释放岩石应力，减少岩 爆对人员、机械的安全隐患。 屏边隧道的主要地质问题为断裂带防塌及突泥涌水。根据隧道的地质情 况，结合国内同类工程的施工经验，本着“地表和洞内相结合、构造探 测和水探测相结合、长中短期分阶段预报相结合”的“三结合”原则， 做到有疑必探、先探后掘，充分发挥多种手段综合预报的优势，在完全 摸清前方地质的情况下再进行开挖作业，以确保施工安全。
3．水文地质
地表水：隧道进口端及其穿越的几条深大冲沟槽均 有常年水流，是隧道通过区的主要地表水形式。 地下水：主要为基岩裂隙水、构造断层水、岩溶水。 隧道最大涌水量41605m3/d（雨季最大涌水量 54086m3/d），隧道穿越区地下水分布不均匀，主 要集中于断层带和向斜核部及岩溶管道附近，施工 难度大，在上述地带可能遇到较大的涌水或突水 。


平行导坑由原设计的贯通平导调整为出口端 4000m。为了加快施工进度，保证通风、排水，经 现场查看和结合有关要求，将平导洞口在 PDK70+850处且与线路夹角55度引出，长256m。轨 面以上净空尺寸有原设计3.5m（宽）×4.3m(高)调 整为4.0m（宽）×4.5m(高)。目前正通过业主与设 计院沟通准备将断面再扩大，采用无轨运输，以加 快施工进度。 将平导从PDK70+850引出后，平导避开车站大跨段 施工，由平导提前进入正洞施工，实现平导快速掘 进，为尽快进入正洞施工创造有利条件，保证合同 工期按期完成。
1.2隧道斜井长500m，与线路相交里程为D1K65+550为陡坡斜井，设计坡 度为32%，采用提升设备有轨运输。进场后，经过现场复核发现该斜井 洞口处位于较破碎围岩的山坡上，且洞口场地狭窄，不利于场地布置及 提升设备的安装；且采用有轨运输设备投入大、施工进度慢，不安全因 素多，存在洞碴二次倒运的情况，增大施工成本。 经过综合考虑并与设计院沟通，最终重新选定来斜井口位置。新选斜井 与线路相交里程为D1K66+300且夹角为80度，全长1230米，坡度为8.5%， 净空尺寸为5.6m（宽）×6.0m（高），将有轨运输改为无轨单车道运输， 大大改善了施工环境，降低了安全风险、加快了施工进度，同时也节约 了施工成本。

屏边隧道平面示意图
3．隧道优化后施工方案
3.1总体施工方案


隧道采用新奥法施工，明洞采用明挖法；Ⅲ级围岩采用 全断面法开挖；Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法开挖，Ⅳ级围岩局 部采用拱墙格栅钢架及拱部钢带，Ⅴ级围岩采用I18全环型 钢钢架及超前小导管或大管棚加强支护。全隧均采用仰拱超 前及拱墙一次衬砌。 钻爆法施工，Ⅲ、Ⅳ级围岩采用风钻钻眼，光面爆破； Ⅴ级围岩地段采用挖掘机开挖为主，弱爆破为辅进行开挖。 隧道内采用装岩机装碴，洞内所有洞碴均采用无轨运输。 洞身初期支护采用锚杆台车打孔，人工或机械安装，钢 支撑组装平台架设钢支撑及挂网，湿喷机喷射砼施工。二次 衬砌采用移动式液压模板台车施工，泵送砼浇筑衬砌。

4．不良地质和特殊岩土
隧道的不良地质有滑坡、岩溶、断层破碎带、碳质 板岩、岩爆。 隧道受多期构造运动影响强烈，沟槽深切，相对高 差及岩体风化带厚度大，不良地质发育，洞身地表 有三处滑坡，分别为皂角树3#滑坡、水厂1#滑坡、 杨居寨滑坡对隧道施工影响较大。 该隧道围岩较差且地下水丰富，其中Ⅳ、Ⅴ级软弱 围岩占66%，且出口车站深入隧道656m为大跨度 （10m）段施工难度极大。
反射波前
入射波前 检波器 隧道 震源 检波器
地层 或 断层
TSP探测原理
3.6监控量测
S11-800
S11-1250 320kw 20m3螺杆式电动空压机 HBT-60 HZS50
3
1 2 13 6 8
12
13
混凝土运输车
液压衬砌台车
5m3
12m
16
6
14
15
湿喷机
注浆机
TK500C
GZJB
10
4
3.5超前地质预报



根据隧道的地质情况，采用短距离地质预报和长距离地质预报相接 合的手段，加强超前地质预报措施。 3.5.1常规地质法进行短距离超前地质预报，根据掌子面开挖揭示的地 质条件及部分炮眼加深2～3m的探测情况，如地层岩性特征、岩体破碎 程度、地下水发育情况，结构面性质，洞型变形破坏特征等，对掌子面 进行地质素描，并作地质图，结合地表调查情况，对掌子面前方一定范 围（约5～20m）的地质条件进行预测、预报。每一开挖循环，均应进行 一次，定期形成预报成果报告。 3.5.2全隧及平导采用TSP203,对掌子面前方约150m范围内的地质构造的 位置、规模、性质作较为详细的预报，预测岩体的完整性及岩溶和地下 水的发育情况。当有异常情况时，在超前物探的基础上，采用红外探水、 地质雷达、超前钻孔等综合地质预报手段验证物探异常段。一般正洞采 用超前水平钻孔（φ75，每孔长30m，每循环25m）对物探超前探测的异 常地段进行验证，平导采用与正洞相同的超前钻孔或利用加长炮眼进行 验证。超前钻孔一般每个断面设3个孔并至少保证1孔可以取芯。
3.2.2进口及横洞通风方案
3.2.3斜井通风方案
3.3反坡排水


隧道顺坡施工段（出口、平导），施工排水采用在两侧 挖排水沟的方式顺坡排水；反坡排水主要在进口段，反坡排 水长度5.2km，采用分级泵站接力抽排水的方式，将隧道涌 水和施工废水抽排至洞外沉淀池，沉淀达标排放。在掌子面 设临时积水坑，采用移动潜水泵将涌水抽排至距离掌子面最 近的泵站，通过泵站分级接力抽排至洞外。 泵站的排水能力按递增配备，初步考虑按照每500米设置 一个泵站，泵站之间采用采用3根φ150mm排水管，每个泵站 抽水能力考虑20%富余。抽水机采用大功率低扬程型，根据 初步设计预测涌水量，每个泵站考虑采用75kw的抽水机，并 考虑1台备用。

5．围岩等级情况

Ⅲ级围岩3800m，Ⅳ级围岩2950m，Ⅴ级围岩3975m，其中Ⅳ、Ⅴ级软弱 围岩占隧道总长的65%，其中Ⅴ级围岩帷幕注浆段长约1050m，主要分布 在隧道进口段。
Ⅴ级 39%
Ⅲ级 35%
Ⅳ级 26%
隧道正洞围岩划分图例
二、初步施工方案






1.施工组织 根据初步设计要求，隧道共分三个工区（进口工区、出口工区、横 洞工区），其中：进口工区承担正洞施工1619m；出口工区承担正洞施 工5656m；横洞承担正洞施工3350m，全隧于D1K65+600处贯通。 2.施工通风 进口工区独头掘进，采用压入式通风；横洞工区在横洞施工完成后 先向进口方向施工平导，在与平导进口段贯通后开始进入正洞施工，采 用巷道式通风，出口车站段采用压入式通风，在车站段贯通后，采用巷 道式通风。 3.施工运输 隧道正洞采用无轨运输，平导采用有轨单车道运输。横洞采用有轨 双车道运输。 4.进度安排 根据初步设计隧道正线开挖支护贯通时间为42.57个月。 根据初步设计情况进行安排，隧道施工风险大、工期异常紧张，按期完 工压力非常大，施工通风难度大，不能形成均衡生产。因此，根据我单 位施工经验及施工调查得到的资料对隧道施工辅助坑道的设计和施工方 案进行了优化。
三、辅助坑道及施工方案优化
1.隧道辅助坑道优化


根据隧道地质条件和工期安排，结合我公司施工能力等综 合因素，经过现场实际勘察和与设计院及业主、监理单位沟 通协商，对隧道辅助坑道进行了优化。 1.1隧道贯通平导由原设计的10203.1m优化缩短变为出口端 4000m；增设辅助坑道：横洞一座，长2360m；斜井一座，长 1230m。
3.2隧道施工通风

屏边隧道按施工任务划分为进口工区、横洞工区、斜井工区和出口 工区四个工区，其通风方案为：进口工区、横洞工区和斜井工区均采用 φ1300mm管道压入式独立通风；出口工区正洞及平导独头掘进4000m， 通风距离最长，需两阶段通风。
3.2.1出口段通风方案
第一阶段：在第一个横通道与正洞出口贯通前，正洞及平导均采用 独头压入式通风；

1.3
优化后平导平面布置图
2．优化后的屏边隧道辅助坑道
隧道设置斜井、平导、和横洞各一座，共9个工作 面。 横洞与正洞交叉里程DK62+958，交角：71°，长 度：2360m，采用单车道无轨运输方式； 斜井长1230m，与正洞交叉里程DK62+958，交角： 80° ，长度：1230m，采用单车道无轨运输方式。 平导设于线路右侧，与正洞交叉里程 DK67+258， 交角：40°，与正洞平行相距30m，全长4000m； 具体见屏边隧道平面布置示意图。