论特长隧道的系统探测及施工

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摘要         特长隧道一般地层复杂，地质构造往往有断裂、褶皱，可能存在活动性断层、围岩失稳、突然涌水、高地温、岩爆，甚至岩溶高压水、瓦斯天然气、大变形等地质灾害问题，不可预见性较大。因此，其地质的探测、预报，对施工方案的选择确定、及时灵活地处理各种问题，对工程项目的安全、质量、进度、成本控制，具有非常重大的作用。 

Summary      long tunnel General formation geologic structure complex, often has broken, fold, there may be active faults, rock instability, sudden inrush of water, high temperatures, detonation, rock and even Karst high pressure water and methane gas, large deformation, geohazards, unpredictable. Therefore, its geological exploration, forecasts, on the construction plans of the flexibility to determine, timely, and deal with various issues, project safety, quality, schedule, cost control, has a very important role. 

关键词：特长隧道、复杂的地质条件、探测预报、施工方案

    一般来讲，公路、铁路、水利水电等工程项目建设，分为规划、可行性研究、初步设计、技施设计、施工、运行六个阶段。工程地质及水文地质勘察探测工作，主要在设计、施工阶段，常用的勘察方法有地质测绘与调查、勘探与取样、原位测试、室内试验、现场检验与监测等。通过资料查阅勘察区的工程地质条件-----地层岩性、地质构造、水文地质、动力地质现象和工程地质现象等，结合勘察目的，进行勘探取样，勘探方法一般采用钻探、井探、洞探等。现场检验根据施工的实际情况，对勘察成果进行补充修正，必要时需进行施工阶段勘察；现场监测（主要内容：对岩土性状受施工影响而引起变化的监测；对施工和使用中构造物的监测；对环境条件，包括工程地质、水文地质及相邻结构、设施等可能发生的变化进行监测）对工程施工安全质量进行控制。   

    特长隧道的地质勘察探测，适宜使用高性能的探地雷达来进行，不论是设计还是施工。探地雷达通常由雷达系统和显示处理系统两大部分组成，雷达系统由发射脉冲源、收发天线、取样接收及主机控制电路等组成，用来获得目标的回波信息；显示系统由工控机和探地雷达专用测量、处理软件组成，具备动态调试、实时图像连续显示、数据处理和三维成图的功能。工作时，由发射脉冲发出的脉宽为毫微秒量级的视频脉冲，经位于地面上的宽带发射天线耦合到地下，当发射脉冲波在地下传播过程中遇到介质分界面、目标或其它局域非均匀体，一部分脉冲能量反射回地面，由地面上的宽带接收天线所接收。取样接收电路在雷达主机取样控制电路控制下，按等效时间采样原理将接收到的高速重复视频脉冲信号转换成低频信号，送至显示系统进行实时显示和处理，自动绘制探测结果的CAD三维立体图。高性能探地雷达适用于：基岩探测，水文调查，探地调查，岩熔及空洞探测，湖（河）底形态调查，隧道超前探测，坝体深部探测，冰川调查，滑坡调查；古墓及其它未知物探测，管网普查及管线探测，坝体质量检测，不明物体定位；隧道衬砌质量检测，混凝土质量检测，墙体质量检测，路面检测（分层、缺陷定位及质量评估），桥面及桥桩质量检测等。 

    因此，在设计阶段主要使用高性能探地雷达，需要时采取井探或洞探，使雷达探测尽量接近拟建隧道顶部高程，来探测成像、清晰获取隧道地质水文情况，以选择确定隧道路线、开挖方法、衬砌方式等。在施工投标阶段，需较深入地调查隧道地质水文情况，拟定较系统的雷达探测方案，相应的隧道施工方案、施工组织设计；中标进场后，抓紧进行系统的地质水文雷达探测，结合气候气象等当地情况，优化施工设计，确定细致的施工方案、高效的施工组织设计。大家知道，隧道施工一般可分为如下几道主要工序：超前支护、开挖、初期支护、防水层铺设及二次衬砌等。同时，特长隧道还要加强提前探测预报（主要是掌子面前方地质情况）及施工中的探测监测，为施工决策提供重要信息依据，以灵活及时处理各种问题。

    在取得同等支护效果条件下加强初期支护，以避免需要提前施作二次衬砌而影响前面的施工，导致总体进度的滞后；为保证超前支护有效而快速，尽量采用自进式锚杆；尽量减少辅助施工工序，如初期支护采用钢纤维喷射混凝土代替钢筋网喷射混凝土，从而减少一道挂网的工序，能用系统锚杆解决支护问题的就不考虑设置钢拱架；地质较差地段设计为短台阶开挖而不是侧壁导坑开挖等。一般采用光面钻爆法从两端相向施工，主要采用智能全站仪和激光指向仪进行定位、测量、控制：

掌子面凿眼，采用气腿式凿岩机，钻孔台架多层灵活，顶部立柱采用套管式可以上下垂直移位，顶层可以升降，台架移位时顶层降下来，就位后顶层升上去。多台钻机可以同时施钻，采用分区定人、定钻、定时间。从而节约打眼时间，提高凿眼效率，确保凿眼质量，为缩短循环时间创造条件。

掏槽眼，采用多级楔形斜孔掏槽，复合反向装药结构。其底部炮眼深度的1/3处装高威力炸药，上部换成低威力炸药，顶部保留20%炮眼长度，采用炮泥进行堵塞。布置在开挖断面的中央稍靠下部，以使底部岩石破碎，减少飞石，且比辅助眼深10cm。采用毫秒延期雷管爆破，每级掏槽眼同时起爆，各级之间延期时间50ms。周边眼采用不耦合装药，选用Ф20小药径空气柱间隔装药，即径向空气间隙不耦合装药结构和轴向空气柱间隔不耦合装药结构。

山顶修建高压水池满足掌子面施钻的水压要求，洞口配置空气压缩机为掌子面施钻提供高压风。根据施工进展及洞内地质、空气等情况，采用送入和抽出相结合进行通风换气，洞内风管采用机制高强度板材（防火无毒、易于拼装），向洞内及掌子面送风，并喷洒水雾，以降低毒气、清新空气。进洞较长距离后，即在第二个紧急停车带加宽处增设储风罐，随着掘进的推进，储风罐又移至第三个紧急停车带加宽处，以满足掌子面高压风的供应。

采用装载机装碴，当渣量装到2/3时，一台挖掘机即到掌子面配合装载机，从而保证装碴速度，同时根据实际情况利用斗齿适当安全排险，减少排险作业时间，运输汽车台数随运距的增加而逐渐增加，确保装、运匹配。钻爆台架就位后，排险完成的同时，完成激光指向仪自动投点，开始掌子面放样，并采用雷达或激光限界检测仪及时检查超前挖情况。保证出碴速度、排险及掌子面放样速度，缩短循环时间。

    初期支护一般紧跟及时，喷射混凝土采用湿喷，锚杆施工采用锚杆台车钻孔。为防止隧道变形，避免围岩失稳，仰拱须在2次衬砌之前施作；拱、墙部初期支护形成后要尽早铺设仰拱，以使初期支护尽快形成封闭受力结构，为2次衬砌施工的模板台车轨道铺设提供条件，同时，也为洞内运输提供便利。

    二次衬砌采用先仰拱、后上部的施工顺序；采用衬砌台车，大模板施工；混凝土采用洞外搅拌站拌合，混凝土搅拌运输车运输，灌注混凝土采用输送泵直接输入台车内。2次衬砌采用液压全断面衬砌台车，单洞单口分别配置两台（两台型号不同）的二次衬砌台车。大型号台车作为1号台车先行进洞，承担二衬浇筑主要任务；小型号台车作为2号台车后行进洞，放在后面主要承担加宽带、横洞口及射流风机预留处等复杂段落二衬浇筑任务。1号台车浇筑循环距掌子面始终保持在200～260m范围内，稳步推进，必要时可跳段施工。1号台车浇筑衬砌实现快循环，取得较快进度的的主要做法如下：

(1) 超前50m铺设防水板，且对焊缝提前做好真空检查，确保不因防水板铺设进度或质量原因而影响二衬的正常推进；

(2) 超前两板标准施作矮边墙，同时尽量将二衬内的预埋管件、预埋箱安装到位，以节约二衬台车到位后的立模就位时间；

(3) 二衬混凝土中依照配合比适量掺加外加剂，提高早期强度，保证混凝土入模后10小时内强度达到3.0Mpa，实现尽快脱模；

(4) 二衬脱模后，由专门班组及时完成预埋洞的脱模及二衬缺陷修饰等作业；

(5) 洞内变压器适时跟随1号台车前移，以满足浇筑时输送泵、捣固机等正常运转，保证浇筑的顺利进行。

    进行科学合理的施工组织，为快速施工提供有力保障：

1  整平层跟近掌子面。进洞100m全断面后即组织施作整平层（作好排水），使其距掌子面控制在80m以内，以改善洞内的施工环境，为出碴铺平道路，节省运碴时间。

2  机械通风、喷雾洒水及时到位。进洞1500m后采用三级混合式通风，将一台压风机安设在离洞口20m处，并连接Ф150风筒布至掌子面附近，掌子面炮响后开始送风。通风10分钟后，掌子面100m范围内空气即可置换完毕；将一台风机安设在1号衬砌台车上，掌子面炮响10分钟后开机工作，将浊烟吸入排向洞口；将一台风机架设在距掌子面500m处，随掌子面的推进适时前移，连接Ф60的风筒布至洞口，将浊气抽出。通风机开关由调度室专人负责，除爆破通风外，钻眼、出渣等仍保持经常性通风，确保机械通风经常化。安排两名专职人员对掌子面及隧道内路面进行及时跟踪洒水，爆破前、爆破后、装渣前与装渣过程中喷雾洒水冲刷岩壁及渣堆，确保喷雾洒水正规化。如果出口段为上坡段，洞内空气不易外流，洞内空气环境也可维持良好，为安全快速施工创造条件。掌子面炮响10分钟后机械车辆即可到掌子面装运弃渣，20多分钟后即完成集中作业区（距掌子面260m以内）的通风排烟除尘。

3  出碴期间洞内排除一切阻路干扰。整平层浇筑、防水板供料等影响道路通畅的作业，出碴期间统统避开。

4  分工明确、责任到人、考核到位。掌子面钻爆开挖分立三个班组，每个班组施工时分区、定人，钻眼、装药、联线一体化，即每个部位的作业人员基本固定，钻眼作业者同时负责所钻孔的装药联线。每月底根据爆破质量、循环进尺及综合进尺对班组及个人同时进行考核评比。