云中山隧道从横洞增辟工作面施工技术探析

张 凯

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

0 引言

云中山特长隧道隧道全长5 575m，位于山西省忻州市云中山隆起带。地质条件复杂，地下水丰沛，岩体较破碎，呈碎石状压碎结构。隧道右线在施工中曾发生多次坍塌涌水等突发事件，导致右线较之左线整体工程进度落后。开工23个月后施工进度已落后左线500m。几经研议后，工程单位决定从开挖进度较快的左线LK43+551处向右线施做横洞增辟工作面（如图1所示），横洞之贯通为右线增辟2处工作面。历经3个多月的施工，新增工作面总共开挖长度为251m ，对整体工程进度之提升及右线通风改善助益颇大。横洞长度约28m，不仅施工期间人员、机具、材料之进出及出渣作业等皆需通过横洞到左线；且工作面所需之通风、输气及排水等管线均经由横洞通往左线；横洞与右线衔接处节理裂隙发育，围岩较破碎，岩层表面潮湿，极易发生隧道塌方、异常涌水等突发事故。本工程在横洞增辟工作面施工过程中所采取的施工技术亦值得类似工程参考。

图1 隧道新增工作面平面示意图

1 隧道新增作业面施工工艺

隧道左洞掘进至LK43+511处左洞正洞与增加的横洞开挖、支护平行作业→横洞贯通→隧道右线与横洞交叉桩号前方15～20m上台阶施工→隧道右线与横洞交叉桩号后方15m上台阶施工→右线与横洞交叉桩号前15～20m、后15m下台阶施工→右线与横洞交叉桩号前方15～20m以后全断面光爆施工→初期支护施工→右线正洞与新增工作面贯通→二衬、防排水、路面及其他施工（如图2所示）。

图2 施工顺序：（1）→（2）→（3）→（4）

2 变更横洞施工方法

云中山隧道LK43+511变更横洞，采用全断面开挖法施工。施工支护采用喷砼、挂钢筋网及有压注浆锚杆，工序同一般隧道施工断面。

2.1 开挖方式

洞身开挖采用多功能台车人工手持风钻钻眼，全断面光面爆破一次开挖成型。开挖时，前三排炮应遵循“短开挖、多打眼、少装药、勤量测”的原则，周边眼间距30cm，隔眼装药。第一排炮进尺控制在1.5m内，第二排炮控制在2.0m内，第三排炮控制在2.5m内，以防爆破危及正洞边墙。

2.2 出碴

采用无轨运输方案，使用1台侧卸式装载机装碴、1台挖机，3台自卸汽车出碴运输。

2.3 支护

横洞拱部挂Φ6钢筋网，间距20×20cm，喷射C25早强混凝土8cm。

2.4 衬砌

衬砌厚度为C25模筑混凝土40cm，使用建筑钢模板立模，木模挡头板封堵，泵送混凝土浇筑，振动棒振捣。

3 右洞与横洞交叉桩号前15～20m、后15m范围施工方案

3.1 施工工艺

横洞施工完后，先进行横洞与右洞交叉桩号前方15～20m范围的施工，采用上、下台阶开挖法，先进行上台阶施工，配以小型的作业台架辅助风动凿岩钻机钻孔爆破开挖，施工完成后再进行交叉桩号后方15m上台阶施工，最后进行交叉桩号前15～20m、后15m范围下台阶施工。整个施工过程采用台阶法开挖施工。施工支护采用喷混凝土、挂钢筋网及有压注浆锚杆，工序同一般隧道台阶法施工。

3.2 出渣及废弃土处理

横洞及右线与横洞交叉桩号前、后方15～20m处开炸完成后的石渣先以大型轮胎装土机运至左线正洞K43+511处临时堆渣处，待开挖面之渣料清理完成后，再以装土机搭配倾卸车将临时堆渣处之渣料运至洞外弃砸场，右线与横洞交叉桩号前方15～20m开始全断面光爆施工后直接用装土机搭配倾卸车将渣料通过横洞直接运至洞外弃砸场。

4 施工测量

根据本标段工程量及工程分布特点配测量班完成测量工作。测量班依据工作内容配置测量仪器。施工测量主要搞好现阶段正在施工的横洞及右线新增工作面洞身测量，测量作业程序流程见图3。

图3 测量作业程序流程图

根据左洞洞内测量控制点测出右洞新增工作面左边线，根据左边线进行右洞洞身测量。洞身施工测量根据隧道设计文件，采用断面支距法准确划出设计轮廓线，严格控制超欠挖，右洞新增工作面与右洞主线开挖贯通后，立即进行贯通测量，并将测量结果报监理工程师审核批准，贯通误差的测定及调整和测设，严格按照隧道施工规范进行。

5 施工通风

云中山隧道为特长隧道通风是关键，通过横洞增辟的右洞工作面通风的重要性尤为突出，必须制定好合理的通风方案，要作专题研究。加强通风主要是合理选择风机的功率大小及通风方式，加强通风管理，保证有足够的风量及风速，以便稀释和加速废气的排出。

5.1 通风方案的选择

根据隧道独头掘进长、断面尺寸大等特点，掘进长度已超过2 000m，主机通风不能够保证隧道通风要求时，选用混合式通风方式，应设置局部通风，风机间隔串联。

5.2 通风机的选择及布置

入口采用排出式通风，洞口设一台管径为Φ1.5m的主风机，主风机通过风带采用最大风量送风，主风机均安装在洞外距洞口20m外，以保证压入洞内的空气新鲜，防止洞内排出的污浊空气被再次压入洞内。

洞内采用吸入式通风，采用管径为Φ1m、110kW通风机，在横洞与主洞交叉口加“三通”，横洞中心位置安放65kW小风机，风机间隔串联，利用该横洞，使上下行隧道通风形成一个体系。风管末端距工作面的距离不能大于15m，把新鲜空气送到开挖工作面。排出式通风与吸入式通风的风管搭接距离为20m。

6 污水处理

云中山隧道地下水量丰沛，从左线横洞所增辟之工作面以及右洞施工中涌水和废水须抽排至洞外排放。左线因系上坡（坡度2.15%），横洞排水方式系采用重力式排水排到左洞通过左洞洞内排水系统排到洞外，右洞施工涌水和废水先排至右洞污水沉淀池，经沉淀后的水以2部φ50mm、排水能力18m3/h、全扬程为30m的排污泵，经由两条耐高压水管抽排至左洞，通过左洞洞内排水系统排到洞外。

7 遇围岩情况变化应对措施

施工中采取超前地质预探预报手段，对隧道开挖面前方围岩特性、软弱地层段、断层破碎带、富水段进行探测和预报，根据结果再决定是否使用超前水平钻孔探测以上不良地质详细情况。据此采用不同的措施和合理的施工方法，保证施工正常进行，保证工程质量。

如遇围岩变化，在易风化、自稳性较差的软弱围岩地段，对开挖面及早施作封闭式（喷射砼、锚喷砼、钢拱架加强支护）防护措施，可以避免围岩因暴露时间过长而产生风化，降低强度及稳定性，并可以使支护与围岩进入良好的共同作用工作状态。

8 结语

云中山特长隧道位于山西省忻州地区云中褶皱带，隧址区地形条件十分复杂，属山岭地形。在长大隧道和不良地质条件下（如断层破碎带、基岩裂隙水富集等）缩短施工工期，亦可采取横洞增辟工作面的开挖方法。实践证明，云中山隧道在LK43+511处增辟水平坑道工作面后3个月内右洞完成掘进任务251m，平均每天掘进3m，达到快速施工的目的且没有发生一起轻微伤以上的安全事故，说明使用该施工方案是比较成功的，对整体工程进度之提升助益颇大。同时该隧道所采取施工技术为长大隧道开挖缩短工期提供了一个良好的参考范例。

［1］JTG D70—2004，公路隧道设计规范［S］.

［2］JTG F60—2009，公路隧道施工技术规范［S］.