公路隧道快速施工

-1-三车道沂源隧道快速施工方法中铁十二局集团三公司马莱高速公路项目部摘要：介绍沂源隧道为加快施工速度采取的一些方法为三车道公路隧道快速施工提供一些经验。关键词：三车道隧道快速施工方法沂源隧道位于山东省沂源县田庄水库西侧，是山东青岛至莱芜高速公路马站至莱芜段关键工程之一，由左右分离的两座隧道组成，左线长1695米，右线长1690米，属长隧道。隧道内设计行车速度为100km/h，为三车道单向行驶，隧道内行车道宽度为12.75m(含路缘带)，左侧设0.75m宽的检修道，右侧设1.0m宽的检修道，隧道建筑限界净宽为14.5m，净高5.0m。隧道内轮廓为三心圆，半径为8.15m、5.7m，拱顶高8.05m。洞身通过地层主要岩性为：寒武系上统灰岩等、碎屑灰岩及页岩夹薄层灰岩。围岩级别有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。三车道隧道断面大，如何在保证施工过程和结构安全的前提下，创造一流的施工进度，已成为各大施工企业追求的目标，本段高速公路有几座隧道因锚喷支护设计或施工的原因发生冒顶或大坍方事件，严重影响了施工进度。本文介绍沂源隧道的施工方法为三车道公路隧道快速施工提供一些经验。1、优化的施工方案是保证快速施工的关键隧道施工方案的选定主要是依据隧道断面的大小及围岩的级别。全断面开挖适应于隧道断面面积在三车道范围内（一般不大于150m2），围岩级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，是施工速度最快的方案。台阶法（正台阶、三台阶）开挖适应的断面面积更广，围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，施工速度一般。侧隔壁、中隔壁开挖适应的断面面积较小，围岩级别为Ⅴ、Ⅵ级，施工速度最慢。根据本隧道围岩级别、设计断面和纵向设计坡度，结合投入的施工要素和积累的施工经验，将原设计施工方案优化如下：1.1、将Ⅴ级围岩的侧隔壁改为三台阶法施工。如下图所示，侧隔壁作业面小，左右侧错开，机械化作业程度不高，投入的要素-2-有限，而且存在多次拆除侧隔壁，速度非常慢。改为三台阶七部作业法后，三台阶可以同时开挖爆破，同时出碴，相当于全断面，只是出碴时间相对长一些。本条高速公路两种方案均有采用，三台阶的施工速度是侧隔壁法施工速度的三倍以上。1.2、将Ⅳ级围岩的中隔壁改为三台阶法施工。如下图所示，中隔壁同样存在安装和拆除问题，速度比较慢。改为三台阶七部作业法后，施工速度是中隔壁施工速度的两倍以上。1.3、将Ⅲ级围岩的台阶法改为全断面法施工。由于监理及业主单位坚持如全断面开挖必须按合同上钻孔台车，此方案始终没有实施，仍按原设计正台阶法施工。1.4、紧急停车带采用正台阶，车行、人行横洞采用全断面法施工。车行、人行横洞开挖应在主洞在此位置衬砌前完成。1.5、各种洞室根据图纸布置位置与洞身同时开挖。1.6、Ⅱ、Ⅲ级围岩可以考虑开挖、出碴、初喷混凝土与初期支护平行流水作业，这样施工进度可以提高50%左右。本隧道由于监理及业主单位坚持初期支护必须紧跟，此方案始终没有实施。2、合理的生产要素配置是快速施工的保证隧道施工必须紧紧围绕“掘进出碴”、“初期支护”、“衬砌”、“路面”等几条主要施工线路，那么生产要素的配套也必须满足这几条主要施工线路的需要。生产要素配置的原则是在保证正常施工的前提下有一定的备用。几条施工线路共同的生产要素有：“人、风、水、电”。人：是所有要素中最重要的因素，没有足够数量有能力的人，安全、质量、进度将无从谈起，人首先是管理人员，然后是施工人员。管理人员有项目部的，也有施工队的，项目部的管理人员应含一名专职的副经理，每个洞口至少应安排一名技术干部，一名洞长，两名测量工，一名试验员。施工队的管理人员应含一名队长，一名副队长，一名技术人员，一名专业测量人员，每个洞口有两名管工（白天、晚上倒班），每道工序应有一名领班。风：含高压风及排烟尘的通风机。高压风必须保证风动凿岩机和喷浆机同时使用，并有一-3-定的备用。目前公路隧道一个掌子面同时使用的风动凿岩机在24台左右，每3台风动凿岩机需要10m3风，共需要80m3风，一个洞考虑4台喷浆机同时作业，1台喷浆机需要15m3风，共需要60m3风，一个洞口需要140m3风，高速公路隧道一般均有左右线，考虑到左右线工序间分开，一般安排空压机风量不少于160m3，至少含2台10m3的空压机，高压风管一直径般为150的无缝钢管。排烟尘的通风机每个洞口必须有一台，洞身开挖在500米以内，通风机功率为55KW，洞身开挖在500米至1000米，通风机功率为110KW，洞身开挖在1000米以上2000米以下，通风机功率为220KW，如洞身开挖在2000米以上，应考虑通风机串联。水：主要是考虑喷射混凝土水压的需要及施工用水水量的需要。高速公路分离式隧道，一般考虑高位水池容量在60m3以上，高差在40m以上。电：应将所有施工设备（空压机、通风机、喷浆机、输送泵、搅拌站等）的功率考虑进去，再考虑一个同步系数，高速公路分离式隧道，一般考虑变压器功率在1200kw以上。2.1、掘进出碴生产线这条生产线的快慢是隧道快速施工的基础，必须保证一个隧道同时使用的风动凿岩机应在24台左右，另外还用考虑超前辅助施工的管棚机、注浆机等，最重要的是出碴设备，公路隧道应考虑挖掘机与装载机协同出碴，出碴车辆的多少，应以挖掘机与装载机没有等待时间为准。2.2、初期支护生产线初期支护主要有：初喷混凝土、打锚杆、挂网、立拱架、喷射混凝土。要保证快速施工，喷混凝土要保证4台以上喷浆机同时作业，然后是打锚杆、挂网、立拱架应分工明确，尤其是立拱架施工人数必须保证每30分钟立好一榀。2.3、二次衬砌生产线二次衬砌是在中心水沟、仰拱、填充、路面调平层、防排水系统及预埋件等施工完成后才可以施工，因此二次衬砌施工必须考虑以上各个方面，采用平行流水施工方式，分工明确、人员固定。长大隧道衬砌台车可以适当加长，这不但可以加快施工速度，而且可以减少施工缝，增强美观，提高防水效果。2.4、路面生产线-4-路面是在衬砌进行到一定程度后开始，衬砌结束后1个月内完成。路面施工必须作好详细的计划，设备要配套，一次性到位，一旦开始就不要停工。很多隧道由于只注重开挖和衬砌，导致最终工期紧张，管理人员不能及早撤离，给业主及监理单位留下不完美的印象。3、各工序的协同发展是快速施工的基本要素隧道施工的主要的工序有：开挖、出碴、初期支护、仰拱及填充、防排水工程、二次衬砌、路面、水沟电缆槽、洞门等。要保证快速施工，必须使每道工序作业时间最短，同时使工序间衔接时间最短。这里主要说说开挖、出碴、初期支护、仰拱及填充、二次衬砌。3.1、开挖隧道开挖施工必须加工一个作业平台，作业平台的灵活程度、方便程度是快速施工的重要因素。作业平台一般采用轮胎行走式，将配电柜、照明灯具、高压风、水管接头固定在作业平台上，作业平台配电柜与隧道电力主线间采用电缆线连接，为利于作业平台移动，电缆线要有足够的长度，每台风枪与固定的风水管接头连接，这样准备时间就非常短。另外作业平台应利于每台风枪的施工，使操作人员舒适方便，无需大范围的移动，就可以将分配的炮眼施工完。测量放线必须与以上准备工作同时进行，为缩短放样时间，一般是固定风枪工配合，放线应与准备工作同时完成。风枪数量的多少和风枪工的技术水平是开挖快慢的关键，应根据断面大小布置风枪，原则是保证风枪固定在某一层平台上作业，每台风枪完成钻孔时间基本相同。这里应注意把水平相对较高的安排在周边眼位置，以利减少超欠挖。钻孔完成后，每个风枪工都应具备装炮的能力，这样可以缩短时间。高速公路的每循环开挖时间应控制在3小时左右。3.2、出碴出碴时间的长短与出碴设备的数量、新旧程度及司机水平息息相关，响炮前10分钟，出碴设备应在洞口等待，公路隧道应考虑挖掘机与装载机协同出碴，在设备满足要求的情况下，全断面开挖每循环进尺3.5米左右，出碴时间应控制在3.5小时以内，进尺短或台阶法开挖，出碴时间相应缩短。-5-3.3、初期支护这里说的初期支护不含初喷混凝土，要提高施工速度，要考虑的是初期支护什么时候开始做，怎么组织。一般来说，台阶法施工尤其是三台阶，挖掘机每拔碴完一个台阶，就应该组织立架，这样碴出完，拱架安装也基本完成。全断面开挖如允许开挖与支护拉开一段距离，那么初期支护时间不占总体循环时间，何时施工可以灵活掌握，如果初期支护必须紧跟，可以考虑打锚杆与掌子面钻眼同时进行，挂网喷浆或直接喷浆后，就可以装药爆破。立架的快慢主要取决于施工人数，标准是同时可以立两架以上，立完架后打锚杆、挂网、电焊一定要分工明确，不能有窝工现象。高速公路隧道要加快施工速度，必须有4台以上喷浆机同时作业。每立1榀拱架控制在30分钟内，每打设1圈锚杆控制在40分钟内，每挂网1个间距控制在15分钟以内。3.4仰拱及填充仰拱及填充应在下台阶施工完成后及时施作，为减少对掌子面施工的影响，一般考虑左右副错开，未开挖侧拱架一定要落在稳固的基础上，如基底岩石较好，可以加长施工距离，一般控制在15米以内，如基底较软，应缩短施工长度和跳槽施工。每段控制在5米以内，跳槽间距控制在5米。3.5二次衬砌二次衬砌应在仰拱及填充施工完成后及时施工，为加快施工速度，衬砌前的防排水系统、衬砌钢筋等应安排专人负责，原则是不影响二衬施工。目前衬砌台车均为全液压自行式，台车就位一般控制在2小时以内，安装挡头模控制在4小时以内，泵送混凝土（12米三车道）控制在14小时以内，养护时间控制在8到10小时，拆模时间控制在3小时以内。一个循环控制在32小时左右。4、严控安全、质量是确保快速施工的前提安全、质量是进度的前提。因此在安全、质量管理上一定要采用铁的手腕、铁的纪律。尤其是软弱围岩地段，必须做到“三严、四及时、一做到”，“三严”即严格工艺，严格管理，严格纪律，“四及时”即及时支护，及时封闭，及时量测，及时反馈，“一做到”即短进尺、快循环。5、体会和建议-6-5.1、施工方案的选定必须安全可靠，征求各方意见，达成一致。而且方案的选定应根据每个项目的实际情况，不能单从进度着想，应综合经济效益考虑。5.2、管理人员及施工队伍的素质对施工进度影响很大，现场安排不适当，测量放样时间过长，超欠挖严重，经常补炮等将严重影响施工进度。5.3、明确的奖罚制度将对施工进度起一定的激励作用。5.4、建议企业以后加强对管理人员、技术人员、施工工人的专业培养。在目前的管理模式下，一个优秀的施工队伍，就等于一个项目成功了一半，因此建议选择施工队伍必须非常谨慎。5.5、建议在长大隧道施工中，如果条件允许，主要设备由项目部负责提供及管理，因一般的施工队伍不具备此能力，数量少、破旧的施工设备将严重影响施工安全、质量、进度，另外如施工队伍在设备方面投入过高，期望利润就会相应提高，企业收入就会相应减少，而且施工队伍一般都急于回收资金，民工工资就不会得到保障。