长大隧道施工技术浅析

摘 要：随着我国社会经济的飞速发展，基础设施大力建设，为了减少线路长度，快速运输，提高旅客舒适度，缩短运输时间，长大隧道在公路、铁路、市政、水利建设中越来越多，越来越长。施工企业必须结合现有的施工技术和施工设备，不断优化施工组织和工艺，强化过程管控，安全快速的完成施工，才能在国际、国内的市场竞争中立于不败之地。本文作者以目前常用的施工方法为例，从长大隧道斜井施工技术对比分析，正洞快速施工和隧道辅助施工措施等几个方面进行对比分析、探讨，长大隧道快速施工组织的方法，希望给相关的工作人员提供一定的借鉴，起到抛砖引玉的作用。

关键词：长大隧道；斜井施工；快速施工

（一）斜井施工技术对比分析

目前，长大隧道长度达到几十公里，独头掘进的平行导坑法也不合时宜；钻爆法施工长大隧道，为解决运输、通风、排水等施工难题，必须增加斜、竖井（或横洞）来增加工作面，通过“长隧短打”，以达到快速施工，缩短建设工期，以达到快速施工快速建成投入使用的目的。一般长大隧道都需设一座或多座斜井，乌鞘岭隧道共设了15座斜、竖井（含横洞），关角隧道设了11座施工斜井，斜井是长大隧道的重要组成部分。

斜井是隧道施工阶段进料出渣、通风排水、人员上下班的运输通道，斜井的正洞任务划分、施工速度、通道设置、运输组织直接决定隧道正洞的正常施工组织，要想提高隧道施工的效率，斜井的合理施工组织变得尤为重要。必须根据®施工所在地地形、地貌以及正洞走向选择最优的斜井位置、坡度、断面形式，选择最优的施工方案、技术工艺及配套的施工机械设备，才能保证斜井安全快速的建成。

一、斜井施工参数选择对比分析

1.1 斜井位置的选择

斜井井口根据地形地貌、地质构造、线路走向、施工任务划分、防灾等情况综合确定，井口尽量选择在地势平坦、地质稳定、斜井坡度适宜的位置，才能确保斜井安全顺利的建成和正洞施工弃渣、运输、通风、排水等方面的需要。

各斜井将正洞划分为不同的施工段落，将担负各斜井之间的施工任务；为确保斜井能够在指定的工期内完成相应的施工任务，斜井任务划分必须合理。斜井任务划分必须综合考虑斜井长度、断面、地质条件等多方面因素，以求平衡合理。斜井短、断面大、地质条件好的斜井，施工干扰小，组织简单，运输速度快，作业效率高，施工任务可以适当增加；斜井长、断面小、地质条件差的斜井施工难度大，进度慢，施工任务应适当减少。

1.3斜井坡度和运输方式的选择确定

不同的运输方式的坡度限制不一样，斜井坡度应根据运输方式来决定。目前，常见的斜井运输主要包括汽车无轨运输和有轨设备提升运输两种，应根据规范限制并充分考虑出渣运输的施工安全和运输效率。汽车无轨运输具有机动灵活，无需铺设轨道，不受洞口与渣场距离及坡度限制，汽车无轨斜井最大坡度应限制在12%以内，以10%左右为宜，如果无轨运输坡度太大，运输速度较低，且对设备磨损严重；某隧道斜井采用碎石机在正洞内破碎石块，斜井用皮带机运输出渣，再在斜井口通过汽车转运的无轨运输模式，可以不间断出渣，斜井只进料，大大减轻了斜井运输压力，但是设备初期投入和维修保养费用较大，如有损坏对施工影响较大；有轨斜井的坡度应限制30%以内，满足设备负重爬坡和正常运输能力，确保正常施工。如果在斜井坡度允许的情况下，无轨汽车运输具有优点多，还是应该优先选择此法。

1.4斜井断面形式的选择确定

斜井断面形式的选择应当在建设投资合理，能正常发挥施工效率的前提下，根据施工方法、施工任务、斜井进料出渣数量、车辆频次、施工工期、通风排水及高压风管的布设和人行通道的宽度等因素综合确定。斜井施工断面有单车道断面和双车道断面。

二、斜井施工方法比选确定

2.1斜井装运出渣方法的选择

装渣方法决定于斜井的断面大小和车辆的大小，考虑装运能力和速度，一般都采用ZL-50C型装载机装车加自卸式汽车运输的方法。单车道断面由于只能停放一辆车，可将自卸车停放在靠近掌子面的错车道，利用装载机端渣倒车至自卸车位置，再给自卸车装渣运出；或使用挖装机，挖装机前面可以一边挖渣，一边通过皮带运输机在挖装机尾部将石渣输送到自卸车上完成装渣，再由自卸车运出；挖装机设备较大，行动较慢，不灵活，挖装铲斗较小，装渣速度较慢。双车道断面，能两辆车并排停放，可将自卸车与装载机并排停放在掌子面，能充分利用装载机快速灵活、转载能力大的特点快速给自卸车装渣，通过自卸车运出完成出渣。这三种出渣装运方法，很明显双车道断面出渣方式最简便快速，挖装机装渣速度其次，装载机端渣速度最慢，如下图。 2.2 斜井井底优化布置

目前长大隧道出于施工安全和抢险救援等多方面的考虑，基本都设计成双线分离的单线隧道，斜井井底则成为与正洞四个作业面的交汇点，也是进料出渣和人员进出的必经通道，斜井井底运输是否繁忙，调度指挥非常困难；如何合理进行井底布置，将成为能否快速组织正洞施工的关键。

出于施工✞安全和设备安全等因素考虑，斜井底必须设一段平坡段，以实际经验来看，平坡段的长度控制在60m左右为宜；单车道斜井在井底平坡段应加宽为双车道，以满足井底错车、停车之需要。近年来，我们对原单斜井施工方案进行探讨和优化，通过在斜井底增设斜井副联洞以增加正洞与斜井的连接通道，以及合理的布设施工横通道，以实现交通上下方向分流；并将斜井主副联之间的正洞Ⅱ线和两施工横通道之间的正洞Ⅰ线作为井底停车场和设备安装场地，该方法很好地解决了斜井底三岔口施工组织和运输的瓶颈，并降低了施工难度和安全风险，值得推广和学习。如右图。

（二）长大隧道快速施工技术

随着我国公路、铁路、市政、水利等工程项目建设如火如荼的推进，长大隧道在线路中所占的比重越来越高，大多长大隧道在线路中都是重点控制性工程，如何快速施工长大隧道成为施工中的关键。

一、长大隧道快速施工的制约因素

长大隧道钻爆法施工呈流水作业，主要包括超前地质预报、测量放线、钻爆施工、装渣运输、支护作业、仰拱施工、防排水作业、二次衬砌和通风排水等工序，对隧道施工影响大的主要是钻爆施工、装渣运输、支护作业、仰拱施工、二次衬砌和通风排水作业。

二、长大隧道快速施工解决措施

为控制和压缩耗时多的工序时间，加快隧道整体施工速度，须以可靠的技术方案方法为依托，先进的机械设备为保障，合理的施工组织为落脚点，辅以激励考核机制，提高工作积极性，使人物技达到协调统一，方能达到最佳效果，保证快速施工。

2.1隧道开挖方法选择

目前隧道开挖方法有多种，从工程造价和施工速度方面考虑，施工方法的优选顺序应为全断面法→正台阶法→台阶设临时仰拱法→中隔壁（CD）法→交叉中隔壁（CRD）法→双侧壁导坑法。开挖方法的选择应综合地质情况、断面面积等因素确定，合适的施工方法才能确保工程质量、施工安全的前提下，达到快速施工的目的。

2.2快速钻爆施工

2.2.1优先选择使用凿岩台车或多功能台架，以缩短施钻的时间，加快工序作业。

2.2.2根据围岩条件和机械设备配备等情况，利用深孔钻爆增加单循环进尺长度。

2.2.3合理钻爆设计。钻爆设计须根据地质条件、开挖方法、净空断面、进尺长度、钻眼方法和爆破材料进行，达到进尺合适，控制好超欠挖，减少补炮作业，加快循环时间。

①钻爆设计应包括炮眼的布置、数量、深度，钻爆器材、装药量和装药结构，起爆方法、起爆顺序，钻眼机具等内容。

②炮眼布置应符合：掏槽眼可采用直眼或斜眼掏槽；周边眼沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面与设计相符；辅助眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，力求爆破效果达到石块块径适合装渣运输需求；周边眼与辅助眼应在同一横断面，掏槽眼应加深10cm。

③掘进眼、内圈眼、底板眼宜采用连续装药结构，周边眼宜采用小直径连续装药或间隔装药。当遇软石时，可采用导爆索装药结构；当眼深小于2m时，可采用空气柱状装药结构。

④隧道爆破应采用光面爆破。光面爆破参数应通过试验确定；光面爆破宜采用低密度、低爆速、低猛度或高爆力的炸药。

2.3快速出渣运输

正洞出渣运输采用装载机、挖机和自卸汽车组合装渣运输的方式最快。单线铁路隧道施工运输的合理组织成为制约快速出渣的瓶颈，掌子面可并排停放两辆车确保快速装渣，二次衬砌后仅能满足一辆出渣车单向通行，如何合理组织成为快速运输的关键。只有将靠近掌子面的横通道作为空车临时停车场，满载车通过后，空车开向掌子面装渣；在衬砌面后利用横通道和左右线形成环线，呈单向行驶，减少错车，避免拥堵，加快出渣运输速度。单车道斜井隧道施工运输因断面小，车辆多，需较强的调度组织能力，经常通过左右线错开工序或分主次工作面来缓解运输压力。

2.4快速支护作业

½支护作业主要包括超前支护打设、系统锚杆打设，钢架架立、挂网和喷锚作业。该工序的快速施工比较简单，须合理施工组织和使用先进的机械设备。使用机械立架和机械喷锚手可以减少作业人员，大大提高作业速度，缩短工序时间。

三、影响长大隧道施工的辅助措施

3.1 测量和量测

隧道测量就似大海航行罗盘指向，必须谨慎认真，并遵循一定的原则和方法，准确快速的完成测量放线。目前使用全站ฟ仪进行测量，并由红外线照准掌子面放出轮廓线及其他各点，一般20分钟左右即能完成测量。量测是测量围岩和初支在开挖后应力重新分配是否达到稳定状态，施工安全能否得到保证的前提，在软弱围岩隧道施工中更应合理布点，重点监测。

3.2超前地质预报

由于隧道施工具有地质构造复杂、施工多变、安全风险高等特点，施工之前必须探明掌子面前方地质、地下水、有害气体和射线情况，为选择合适的方法，安全快速的施工提供准确资料，超前地质预报发挥着重要的作用。超前地质预报的方法有机械钻探、电法、电磁法、地震波声波法和红外探水法等多种，常用一种或几种结合，以探明前方情况，指导施工。

3.3施工排水

长大隧道常常伴随较大涌水，带水作业施工作业环境差、施工效率低、施工安全隐患大、工程质量难以保证，所以长大隧道施工排水是必须考虑的大事，尤其斜井施工的隧道。施工排水须根据隧道涌水量确定抽水设备、布置管路和集水井设置，并安排专人值守，一是积及抽水，避免积水影响施工，二是确保设备正常运转。

3.4降噪除尘

在隧道施工中，因空间狭窄、设备众多、工序繁杂，各种设备产生不同的噪音相互混杂，加之因施工和设备产生的粉尘和有害气体，使作业环境不断恶化，如长时间在这种环境下工作，会使人们产生烦躁感，降低作业效率，伤害人的身心，甚至会引发一系列安全事故。我们必须降噪除尘，改善作业环境。首先，选择施工机械设备时，尽可能使用低噪音设备，并通过防震、隔离来减噪、防噪，降低洞内噪音。其次，减少粉尘和废气的产生，进洞车辆必须配空气过滤装置，限制车辆行驶速度，喷砼使用湿喷，空气中洒水除尘。最重要的是♡加强通风管理，增加洞内新鲜空气，排出污浊空气，提高空气质量，改善作业环境。

3.5施工照明

在隧道施工中，良好的照明非常重要，没有照明什么也看不见，根本无法施工。首先需保证照明设备有充足的亮度，且所有作业面也需具有充足的光线，确保人员、设备安全作业，应设置可移动照明和固定照明两种；其次，在危险区域应设置标志灯，全隧设应急照明灯，在通道口设立紧急逃生标志，以备不时之需。

（三）、结束语

总之，在铁路、公路、市政、水利各个行业的长大隧道建设中，施工技术日趋成熟，配套设备也日趋完善；但是，在实际施工中，还需要我们对现有技术不断总结、革新，将现有设备进行优化、改造、升级，以最优的施工技术，配合最精良的施工设备，用最合理的施工组织，辅以现代管理方法，才能真正实现安全、快速施工，最快建成、发挥长大隧道的关键作用和经济效益。