城市隧道快速施工技术探讨

韩兴旺

（舟山正大工程咨询有限公司，浙江 舟山316100）

1 工程概述

沈应线隧道进口位于沈家门城区东海中路与教场北路交叉口处，穿越岭陀山体，从变电所西侧北口与平东线相接，路线全长2 367m，其中隧道里程为K0+135～K1+360，全长1 225m。隧道进出口民房密集，进口紧临的东海中路为舟山市普陀区的主要交通干道。鉴于以下原因，舟山市沈应线隧道工程（岭陀隧道）快速施工显得非常迫切：

（1）工程处于市区，场地小，居民多，施工过程中的开挖、支护、排污和噪声对周边市民影响较大，尽快建成是社会各界的愿望，工程工期要求高；

（2）为了减小对周边居民的影响，保证居民休息，采取了夜间停止施工的措施；同时由于施工流程中断，降低了作业效率，加大了管理难度，工程工期矛盾更加突出；

（3）隧道不良地质问题突出，尤其是进出口段埋深浅、地质条件差；

（4）隧道属典型的大跨小间距结构，左右隧道最小净距为4.7m，施工难度大，且国内有很少类似经验供借鉴；施工工序多、左右洞施工相互影响大，工程进度受到限制；

（5）隧道弃碴场离工地远，而且弃碴时间受到限制，快速作业受到限制；

（6）施工场地狭小，储、备料场地受限；

（7）环境保护要求高，尤其是对地面沉降和爆破噪声要求高，作业循环进尺受到限制。

由此可见，工程工期是本工程建设的关键。如何在复杂环境下将快速施工技术成功运用到工程中，减小工期损失，对项目建设和以后类似条件下的隧道施工有着非常现实的意义。

2 隧道施工方案选择

施工方案决定隧道施工组织、机械配置和进度水平，尤其是对本隧道而言，因没有以往类似工程可借鉴，加之大跨小间距的复杂结构和位于市区复杂的环境条件，施工方案的选择更应慎重。稍有疏忽，不但不能加快施工进度，还有可能发生洞口段坍方、山体滑坡、民房及周围构筑物坡坏、岩柱垮塌、隧道坍方、衬砌结构开裂及工期长期拖延、工程投资增大和效益滑坡等一系列问题，甚至会对城市地区修建大跨小间距隧道的设计思路产生怀疑，进而影响这一结构形式的发展。

针对本隧道的特点，确定了基本的施工方案原则是：保证周边环境、施工和结构安全，施工过程规范、连续、稳定，平衡环境与工程进度的关系，尽可能减小对周边环境的影响，工程进度满足工程工期要求。在此原则指导下，经过认真研究，结合围岩类别确定总体施工方案如下：

（1）隧道采用钻爆法掘进、无轨运输、边顶拱整体式模板台车衬砌的作业模式；

（2）隧道进出口段接长明洞以实现“早进晚出”和减小对环境的影响；

（3）隧道左右洞错开施工，错开距离在100m以上，以减小双洞间的影响；

（4）隧道进口采用CRD 工法结合超前小导管注浆通过Ⅴ级岩段，出口采用超前管棚结合超前小导管注浆台阶法通过浅埋软岩段；

（5）隧道Ⅲ级围岩段采用上下台阶爆破法、Ⅱ级围岩段采取全断面爆破法组织施工，在Ⅱ级围岩地段，采用开挖、支护和衬砌三条平行作业线，以加快工程进度；

（6）隧道施工过程中，加强监控量测和信息化反馈，主要以爆破振动监测、地表建筑物变形及隧道结构变形监测为主，量化环境影响指标；

（7）通过夜间停止施工、采取低振动低噪声爆破及工地水幕降尘器降尘、集中无轨运输等措施，减小对市区环境的影响；

（8）加强文明施工和宣传工作，和谐生产。

3 机械设备的选型配套

（1）机械设备的外型尺寸与隧道断面匹配，能在隧道净空允许的空间内运转自如，同时应为施工人员通行留下足够的安全空间。本隧道单洞一般地段的宽度为13.4m，高度为10.9m，开挖断面面积为123.25m2，能够满足大中型机械的作业空间。

（2）机械设备生产能力及数量应能满足施工进度和开挖、初期支护和衬砌平行作业内容的要求，生产能力应有25%的储备量，设备数量应有30%的储备量，同时应能适应隧道内作业环境。本工程地处市区，信息和交通发达，机械采购或租赁周期短，可根据工程各阶段需要及时调配。

（3）与工程供电能力相匹配。市区内电力供应有限，为节约用电，尽可能多地采用内燃机械，并减少缺电造成的工期等损失。

（4）选用的机械和设备应能适应隧道施工的环境，并满足噪声、排污、防爆等行业和环保强制性标准。

4 快速施工技术措施

工程进度与地质状况、钻爆施工方案、机械设备的配套、工人的技术熟练程度及施工管理等多种因素有关，快速施工的技术措施如下。

（1）首先应有与地质状况、机械设备配置水平符合的钻爆方案。方案应能保证施工安全、钻爆效率最高、施爆后超欠挖最少且轮廓圆顺、爆出石碴块度大小合适使得装碴效率最高。同时，钻爆方案尽量简洁，便于工人掌握和现场操作，利于多台机械同时作业，机械化程度最高。

（2）要有与钻爆施工方案相符合的机械配备。

（3）熟练的钻爆工人能有效地实施并优化爆破设计方案，使工作面机械化程度达到最高，从而压缩工作面作业时间并保证良好的爆破效果。

（4）加强施工组织，做到各工序之间衔接紧密，生产作业不间断，保证开挖、初期支护和衬砌作业线平行作业，其他非关键工序在关键工序作业期间完成。

4.1 优化钻爆设计，提高爆破进尺

4.1.1 选择合理的爆破参数

本工程所处区域为舟山市沈家门城区，周边群众较多，所以要做到减震、低噪声控制爆破。根据隧道的地质情况，选取了不同的爆破开挖方式：Ⅲ级、Ⅳ级围岩为上下断面分区爆破开挖，Ⅱ级围岩主要采用全断面爆破的方式，提高了隧道的爆破进尺，满足了结构和周边环境要求。

4.1.2 合理选择循环进尺

炮眼深度不仅影响着每个掘进循环的工作量、各个工序的完成时间，而且影响着爆破的效果和掘进效率。在大型机械装碴运输的条件下，为了提高掘进速度，一般应加大炮眼深度，提高循环进尺，减少循环次数。循环进尺通常与炮眼深度、岩石软硬、隧道断面大小等因素有关，同时还要考虑爆破装药量与爆破振动要求、噪声影响以及大跨小间距隧道结构安全要求等方面的因素。循环进尺还与机械配置状况有关，尤其在软岩地段，适合的挖掘机械比爆破的效率更高。

4.1.3 合理选择掏槽眼和周边眼的形式

“有无进尺看掏槽，有无光面看周边眼”，这揭示了隧道钻爆法施工中掏槽眼和周边眼的重要性。掏槽成功，隧道掘进的进尺就能得到保证，反之就会严重影响进度。若周边眼布置不恰当，则隧道钻爆轮廓就会不圆顺，影响岩面稳定，超欠挖量大，处理时间和费用加大，工程进度和效益受影响。掏槽眼和周边眼形式的选择方法如下。

（1）掏槽眼有直眼掏槽和斜眼掏槽两种形式。直眼掏槽多用于深孔爆破中，对掏槽孔的要求较高，需要有丰富的钻爆经验，需钻凿出相距较近的多个炮孔。斜眼掏槽在循环进尺3.5m 以下的洞室爆破中应用较多，节省钻孔数量，但掌子面钻机数量受限。根据本工程特点，选用了斜眼掏槽的形式，取得了较好的效果。

（2）为提高钻爆轮廓圆顺度，周边眼采用间隔装药结构，也取得了较好的效果。

（3）为了减少炸药爆炸生成的高压气体从炮孔逸出，增加爆炸应力波的作用时间，提高炸药爆炸能量的利用率，所有炮孔均用炮泥堵塞，堵塞长度不小于30cm。

4.2 合理配备装运机械，提高运输效率

“隧道，隧道，出碴进料”，反映了装运能力在快速施工中的决定地位。在研究快速施工中，应将装运机械配置作为重点。经认真计算和现场试验，洞内配置一台挖掘机用于掌子面清理、翻碴和装碴，采用ZL50装载机配大吨位自卸汽车装运。这样在起爆后一边装运岩碴出洞，一边用挖掘机迅速把掌子面清理出来，形成掌子面钻眼与掌子面后方装碴的平行作业状态，提高了作业效率。

4.3 加强工人岗前培训，提高作业效率

好的方案和机械配置需要熟练和优秀的工人来实施，工人尤其是技术钻工的岗前培训是实现快速施工的重要内容。

本工程以技术交底和岗前培训为切入点，以工人绩效考核为动力，不断提高工人技术素质和工作效率，取得了较好效果。

（1）通过考核钻爆超欠挖、钻爆时间和循环进尺，激励钻工提高技术水平。根据工人技术程度，把钻掏槽眼、周边眼作为重点，安排技术好的工人来钻打并与其他部位钻工差别收入；整个掌子面的施钻，采用分区定机定人的方式，硬化了责任，规范了施工，强化了技术；钻爆时间控制上采用分区平均完成时间、最早完成时间与循环总时间综合考核，提高了工人收入和积极性。

（2）掌子面倒碴、装碴和运碴时作业机械多、安全要求高，操作人员必须有熟练的技能，才能实现平行作业和快速施工。

4.4 做好平行作业，压缩工序衔接时间

4.4.1 开挖与初期支护平行作业

本隧道在围岩较好地段，左洞超前100m 施工。开挖后，不需立即进行支护，考虑右洞会进一步影响围岩，仍须进行初期支护（喷锚支护）。综合安全和快速施工的要求，初期支护滞后工作面2～3倍洞径约25m，这样就形成了开挖掘进与初期支护平行作业的状态，大大缩短了工作面作业的时间，提高了掘进速度。

4.4.2 衬砌与开挖支护的平行作业

隧道开挖、初期支护完成后，仰拱作业分两幅交错作业，保持与掌子面50～80m 的距离，有利于交通运输和后序作业。

隧道边顶拱衬砌滞后右洞工作面里程约30～50m距离，这样一方面为了减小右洞爆破对浇筑混凝土质量的影响，同时又保持了左洞前后作业面的均衡，为工程总体工期节省了时间。

4.4.3 装碴与钻孔平行作业

在采用台阶法开挖段，起爆后先用挖掘机把上台阶的岩碴倒到下台阶，之后上台阶钻眼，下台阶装载机配合自卸汽车装运碴。或者爆破后挖机配合装载机将碴倒到掌子面后方，掌子面前方钻眼，后方装碴。

4.4.4 压缩工序衔接时间，提高进度

工序衔接时间在通常生产中占了大部份循环时间，究其主要原因有以下两点。

（1）上道工序工作完成不彻底。如爆破欠挖不能及时处理、找顶不彻底，影响初期支护和出碴作业；出碴时工作面留碴太多，钻眼时又大量翻碴清理掌子面；喷锚支护留下太多锚杆头，在防水层施工前又花大量时间处理锚杆头等。加之不属同一工序，作业内容不同，生产工具不适合，会成倍地浪费时间。

（2）上道工序作业时损坏的设备没得到及时维护，影响下道工序的生产。尤其对风水管电线的毁坏给其他工序带来的影响最大，同时同一工序不同工班间机械设备的不及时报告维护，都会造成大量的时间损失。

针对这些问题，要采取技术措施来压缩工序衔接时间，尽可能实现作业面零中断。

4.5 施工配套技术

通风降尘、施工排水、监控量测、不良地质段预测和处理等配套技术是快速施工的重要保证。

（1）通风降尘技术

通风管随开挖随接长，保证在掌子面工作人员的健康。在每个工作面配4～6 台水幕降尘器，爆破后和出碴时及时开启，减小扬尘。喷锚支护采用湿喷工艺，减小扬尘污染。

（2）施工排水技术

很多案例反映了这样一个问题，除非隧道施工涌水较大，作业人员都不愿意抽排掌子面积水和不重视路面积水。这样在钻设底板眼时钻眼效率极低，而且装药难度很大；路面积水加快了路面破坏速度，影响了车辆运输速度，当然也不符合文明施工的理念，这都大大降低了施工速度。应及时排除工作面积水和路面积水，以保持良好的作业环境。

（3）监控量测技术

通过监控量测收集施工信息，是保证施工安全、保证周围建（构）筑物安全、控制和解释环境影响指标的重要措施。加强对隧道周围建（构）筑物变形、地表变形、爆破振动、爆破噪声、中间岩柱变形、洞内净空变化、结构受力状况及锚杆受力状态等的综合监控，并建立完整的反馈体系，把信息及时反馈到施工。

（4）超前地质预报技术和不良地质段处理技术

鉴于地下工程设计阶段勘察精度有限，以及本隧道大跨小间距的特点，隧道坍垮后对结构安全影响很大，施工阶段的超前地质预报和不良地质的妥善处理显得尤为重要。

结合钻爆与初期支护平行作业的安全要求，在每循环钻爆中及时将钻眼过程中的异常情况报告给工程地质人员，作为超前地质预报的一个重要手段。

根据初期支护滞后距离的需要，把隧道地质素描放在重要位置，工程地质人员在每循环掘进后，及时进行隧道地质素描，通过地质素描评价毛洞稳定性、预测前方地质状况、决定支护滞后距离和不良地质体的施工预案。

工程地质人员的工作时间与隧道断面测量同步进行，通过地质预报和及时合理的不良地质处理，保证了隧道施工安全和掘进与初期支护平行作业的顺利实施。

5 加强工地宣传，保持良好的施工环境

作为工程施工企业，做好工地宣传也是非常重要的。有些市民对于施工不太了解，会产生担忧或者敌对情绪，所以要让群众和市民了解施工过程，消除对工程的担心或敌对情绪。尤其是将工程进展状况向市民公报，让市民关心工程进展，并以主人翁的意识参与到工程建设中来。总之，搞好与当地居民的关系很重要，这也在一定程度上能够提高循环进尺，进而提高施工进度。

6 快速掘进效果

采用以上的快速施工技术措施后，沈应线隧道的进度有了很大的提高，在实施快速施工技术前，每月Ⅲ级围岩的施工进度平均在80～100m 左右，在重新调整施工组织和设计，将施工的各方面因素进行优化后，在夜间不能施工的情况下，月进尺都在150m 左右，而且未发生安全事故，爆破对周边环境的影响也在规范允许的范围内，取得了很好的社会效益和经济效益。

7 结语

工程进度在很多时候都会被重视，因为生产效率的提高，在一定程度上等同于利润的提高。通过对本工程快速施工技术的研究，可以看出影响制约施工的因素有很多，诸如地质条件、周边环境、机械设备、人员配备、施工组织等。在本工程施工中，尽量做到平行作业，互不干扰，互相促进，加快隧道施工的进度。