壁板坡特长隧道平导快速施工技术

闫明超，曾　鹏，杨新安，何知思

(1.中铁五局集团第四工程有限公司，广州韶关　512031;2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海　201804)



壁板坡特长隧道平导快速施工技术

闫明超1，曾鹏1，杨新安2，何知思2

(1.中铁五局集团第四工程有限公司，广州韶关512031;2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海201804)

摘要：壁板坡隧道是国内在建高铁特长隧道之一，为沪昆客专全线控制性工程。平导作为辅助坑道，在保证施工安全、控制工期和快速贯通等方面具有重要作用。壁板坡隧道平导全长14 717 m，独头掘进长度大、开挖工作面小、地质条件复杂、通风距离长，施工难度高等，为高风险隧道工程。根据壁板坡隧道平导快速施工的成功经验，总结出适用于长大隧道平导快速掘进的施工组织方案、超前地质预报措施、机械化作业配套方法和施工标准化管理方法。壁板坡隧道平导提前6个月贯通，创造了我国特长铁路隧道平导单口掘进长度8 000 m的新纪录。

关键词：铁路特长隧道；贯通平导；快速掘进；机械配套；施工通风

1工程概况

壁板坡特长隧道位于沪昆客专滇黔两省交界处，为沪昆高铁全线最长的隧道和重点控制性工程。平导为壁板坡隧道的主要辅助坑道，全长14 717 m，设置在正洞左侧，按单车道加错车道形式设计。平导采用进口、出口双口掘进，单口独头掘进距离达8 000 m，平导计划工期为48个月。通过横通道实现多工作面快速施工，是保障隧道按期建成的关键。

壁板坡隧道平导作为正洞施工的辅助坑道，其超前掘进可为正洞施工提供超前地质探测的作用，也能够为多工作面施工提供条件，在加快施工进度和合理调度整个隧道施工中具有非常重要的作用，其对整个隧道修建的作用和意义主要有4点：(1)超前探明地质，对正洞施工起到超前地质预报的作用；(2)形成贯通的巷道式通风系统，平导作为新鲜空气吸入风道，平导与正洞间布设轴流式风机压入通风，污风由正洞排出，根本改善整个隧道的施工通风条件；(3)平导通过联络通道至左、右线，开辟新的工作面，实现多工作面同时施工；(4)解决正洞排水问题，正洞涌水、渗流水引向平导，提前释放隧道周围岩层水压，消除突水涌泥的危险。除此之外，平导快速贯通还利于出砟、进料和事故救援[1-5]。

平导快速施工的意义重大，有巨大的经济、社会和环境效益。本文总结了壁板坡隧道平导快速施工的成功经验，从施工组织方案、超前地质预报措施、机械化作业配套方法，施工标准化管理等方面进行分析，为长大隧道平导独头掘进与快速施工提供成套技术和经验。

2工程特点与施工方案

2.1平导工程特点

壁板坡隧道地处云贵高原及边缘过渡地带，先后多次穿越断层、岩层接触带、高压富水区、煤层采空区、高地应力等不良地质区段，洞身最大埋深为735 m，施工难度极大、安全风险极高。

壁板坡隧道平导地质条件复杂，洞身穿越地层为C1y～T1yn1，岩性以灰岩、白云岩、玄武岩和泥质白云岩为主，Ⅱ级围岩3 190 m，Ⅲ级围岩2 835 m，Ⅳ级围岩4 850 m，Ⅴ级围岩3 881 m，Ⅳ、Ⅴ级围岩占全隧的59.2%。穿越的断层主要有杨梅山-小达村断层、大罗冲断层、发伍多-东铺断层、迤后所-羊洞断层等。预计隧道正常涌水量为93 800 m3/d，雨季洪水期最大涌水量为320 600 m3/d。平导集高承压水、岩溶、断层破碎带、煤层瓦斯、高地应力、岩爆等不良地质于一体，施工难度和安全风险极大，工期紧张。总之，该平导工程具有地质与水文地质条件复杂、独头掘进距离长等特点，是高风险隧道工程。

2.2平导施工方案

平导施工配备具有丰富施工经验的项目管理人员与施工队伍，采用配套且先进的大型施工机械，按无轨运输方式组织施工，遵循“预报超前、动态变更”的原则。

平导开挖除局部围岩较差的区段采用台阶法施工外，其余区段均采用全断面法施工，断面积为35～41 m2。根据同类工程施工经验及现场施工条件，采用三班制作业，每个班组开挖工人安排13人，立架及打锚杆为同一班人，底板混凝土立模浇筑4人，以减少工序交接时间。

壁板坡隧道的前期施工中，将主要力量集中于平导施工。正洞只开设进口正洞、2号横通道、3号横通道，工作面少，通风压力较小，平导进尺短，运输距离短。平导采用1台日本矿研RPD-150C超前地质钻机进行地质预探预报，1台日产WA380轮式装载机装砟，6台15 t自卸汽车出砟，1台日产PC130小型挖机进行扒断面及底砟，采用SIKA PM500-PC混凝土喷射机组喷浆作业，配置3台LUY280D式移动式螺杆空压机供平导开挖作业。

壁板坡隧道的后期施工中，随着正洞工作面的增加，运输距离增长，通风压力增大，为减小装砟机械产生的废气，平导出砟采用德国产ITC312电动扒砟机，装载机用于推送开挖平台，以减少尾气排放，确保洞内空气质量合格。由于平导运输距离变长，运输时间增加，经现场测试后采用10台出砟车出砟。

3快速施工技术

3.1综合超前地质预报

本隧道平导施工中，成立专业的地质超前预测预报组，配备专职地质工程师及地质专业技术人员，加强超前地质预报。采用TSP203地震波法、地质雷达、红外探水仪、超前水平钻孔和加深炮孔等多种超前地质预报方法(图1)，相互验证，通过中长短综合超前地质预报手段实现预报结果的准确性与可靠性。

图1　多种方法相结合的超前地质预报

隧道平导在施工过程中，根据超前地质预报结果，掌握掘进前方一定范围围岩条件、地层地质条件，提前进行施工组织与安排。对特殊岩土与不良地质区段，根据预报结果并结合国内外长大隧道施工中处理不良地质问题的经验，制定可靠的处理措施，确保安全顺利通过不良地质段，确保施工安全，实现平导连续、快速掘进。壁板坡隧道平导施工中所用的超前地质预报方法及其适用条件如表1所示。

不同的超前地质预报方法有不同的适用范围，壁板坡隧道施工过程中采用综合超前地质预报方法，结合TSP的长距离探测，地质雷达、红外探水的短距离探测以及超前地质钻的验证，组成合理有效的超前地质探测预报体系，在避免施工风险和安全施工中发挥了重要作用。

表1　隧道超前地质预报方法及其优缺点

3.2机械配套

施工中，做到施工人员、机械设备、材料、运输车辆等的充足供应，保障快速施工所需的各种资源配置和要求，合理资源调配。钻爆法施工的特点是将隧道施工划分为钻眼、爆破、出砟、初期支护等工序，壁板坡隧道平导施工中，施工机械提前进行调配，保证在一道工序完成时，施工机械已到位，从而实现无缝衔接，缩短机具调配消耗时间，实现连续作业循环[6-11]。

为保障隧道平导快速施工，投入大量资金购置国内外先进施工机械，并优先配置性能良好、数量充足的通风、出砟、喷浆等配套设备，平导施工主要机械设备如表2所示。这些机械配置相对国内通常施工机械配置来讲，是超强的，例如Sika喷浆机械手系统、ITC312大功率电动扒砟机等。

表2　平导主要施工机械设备　台(套)

注：超前水平地质钻、TSP地质预报仪及地质雷达为全隧共用仪器；钻眼、出砟及支护为平导作业面的设备配置。

装砟和运输是隧道施工中的重要工序，占整个掘进循环作业时间的35%～50%，控制着隧道施工速度。提高装砟与运输的效率是加快隧道施工进度的关键，尤其是长大隧道施工，为此，隧道平导采用无轨装运方式进行施工，准备功率足够的装砟机械和运输车辆，即前期采用挖掘机配合装载机装砟、后期采用扒砟机开挖出砟。由于平导断面较小，利用ITC-312电动装砟机装砟，不受隧道断面限制，装砟速度快，见图2。平导出砟时，多辆自卸汽车在作业现场等候，做到出砟连续作业，缩短出砟时间，保证每循环出砟时间控制在2.5 h以内。洞内设置会车道，减少相互干扰。平导施工中，初期支护采用了先进的Sika喷浆机械手系统实现连续快速作业，如图3所示，既减少了作业人员，又提高了作业效率，保证了喷射混凝土质量，每循环喷射时间为2 h。

图2　ITC-312扒砟机现场作业

图3　Sika机械手湿喷系统现场作业

壁板坡隧道平导施工中，通过横通道在正洞开辟新的工作面，实现平导与正洞多个工作面平行施工。这必然导致机械和操作人员调配紧张，且由于平导与正洞工作面的作业条件差异较大，为保证各工作面的正常、均衡施工，在做好机械调配的同时，让操作人员明确工作日的工作任务，在优先保证平导施工有充足的机械资源前提下，调整各正洞工作面的施工进度。

3.3施工通风及防尘

壁板坡隧道在1号横通道贯通前采用压入式通风，1号横通道贯通后采用巷道式通风。隧道采取综合防尘技术，放炮后和出砟作业中喷雾洒水，隧道掘进采用湿式钻孔和湿喷混凝土作业。加强设备维修管理，减少尾气排放，达到综合防尘效果。配置风速仪、粉尘仪和有害气体检测仪等对洞内通风与空气质量进行检测，确保洞内空气质量达标[12]。

在隧道平导施工过程中，为改善洞内空气质量，部分区段爆破作业采用了水压爆破，减少爆破后空气中的粉尘含量。水压爆破在操作上相对于常规爆破仅改变炮眼装药结构和减少装药量，装药时将事先加工好的炮泥及水袋按照设计的装药结构分次序装入，然后用炮泥堵塞，然后起爆。

通过对平导水压爆破与常规爆破后粉尘浓度的监测对比(表3)，可见，水压爆破产生的粉尘大幅度降低。

表3　不同爆破掘进方式产生粉尘含量

3.4防排水措施

壁板坡隧道平导施工防排水按“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则，对于岩溶地段主要采取以下防排水技术措施。

(1)经超前地质预报确认岩溶发育，岩层破碎、地下水发育，可能发生涌水、突水或岩体结构性能软弱，开挖后极可能导致工作面失稳诱发突水、突泥的区段，采取超前帷幕注浆方式对周边岩体进行加固，达到止水的目的。

(2)利用平行导坑右侧设置的排水沟将溶洞积水或暗河水排走。

(3)当不能排水，或由于溶洞规模大且溶洞填充物为含水量较大的岩溶泥时采用封堵的方法。当溶洞在隧道底部时采用旋喷桩加固，在边墙及拱部时采用注浆、管棚等，形成堵水墙和防水帷幕。

(4)对于停止发育、跨径较小，且无水的中、小型溶洞，根据其与隧道相交的位置及其填充情况，采用干砌片石、浆砌片石或低等级混凝土进行填充。

3.5监控量测

平导施工过程中严格按照《铁路隧道监控量测技术规程》中的要求实施。通过监控量测，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供可靠依据，指导日常施工管理，确保施工安全和质量。

平导施工中，PDK979+080～PDK979+125段原设计为灰岩夹泥质岩，弱风化，采用平导Ⅳ级B型锚喷衬砌。当工作面掘进至PDK979+103时，工作面揭示围岩为页岩，岩质松软，围岩自稳性较差。现场施工监测PDK979+094～PDK979+098段右侧边墙变形量达到105 mm，且PDK979+095左侧边墙位置有股状地下水流出。为保证施工安全，在PDK979+093～+099段设置I22a型钢临时支撑，待监测变形趋于稳定后，采用φ42 mm锚管对该段初期支护变形处进行径向注浆加固，径向注浆完成并达到强度后，对变形的初期支护钢架进行跳槽拆换。并将前方PDK979+103～PDK979+125段围岩级别由Ⅳ级变为Ⅴ级，采用平导Ⅴ级B型单车道锚喷衬砌，按台阶法施工。

4施工标准化管理

壁板坡隧道平导与正洞施工中工作面多、通道多，平行交叉作业时的机械设备种类与数量多，施工组织与管理非常复杂。为改善作业环境，提高工作效率，采用标准化管理模式，科学组织，不断优化施组，强抓过程控制，落实节点贯通目标。

(1)施工专业化

为保障隧道平导快速施工，采用专业化施工队伍，机构设置按照标准化管理的要求设置项目部、工区项目部、架子队三级管理组织。统一组织理论和实践培训，配备施工经验丰富的管理及技术人员，组成施工精英团队，加强平导施工技术力量以及软实力。

(2)生产工厂化

在壁板坡隧道洞口附近设置一个结构加工厂，集中加固，保证加工质量和进度，实现结构加工的工厂化。

隧道正洞及平导共用一个拌和站，实现拌和站工厂化生产。拌和站建设综合考虑施工生产情况，合理划分办公生活区、拌和作业区、材料计量区、材料库及运输车辆停放区等。采用封闭式管理，站内设置工地试验室。材料堆放区、拌和区、作业区分开或隔离。配备自动计量的拌和系统，使用罐装水泥和粉煤灰。每个配料系统满足二级以上碎石的级配要求。

(3)管理信息化

平导在施工中建立信息化管理系统，采集施工过程中的数据，并通过信息化手段(梦龙、飞信、视频监控和电子文档)传递信息，及时掌握施工现场情况。同时配备相应的终端硬件设备，纳入业主统一接口，接受业主统一管理。

5结语

通过精心组织和科学施工，平导进、出口相向掘进连续6个月实现月平均进尺500 m以上，出口创下单口月掘进336 m的全线最快纪录。隧道平导于2014年6月5日，提前6个月顺利实现贯通，贯通后，整个隧道的通风条件根本改善，此外，还可以增加正洞作业面，加快施工进度，为该隧道正洞贯通以及沪昆客专长昆段按期开通运营创造了条件。

壁板坡隧道平导采用了：(1)超前地质预报与指导施工根据围岩变化，及时变更设计，采用合理开挖方法；(2)超强机械化作业配置，利用ITC-312电动装砟机装砟，实现连续快速出砟及机械手喷射混凝土，实现工序无缝衔接；(3)保障洞内良好通风及排水，部分区段采用水压爆破降低粉尘含量。实现了高效快速施工， 达到了为隧道正洞增加工作面、出砟运输、通风和排水的目的， 对保证隧道左、右线的施工工期起到了重要作用，并创造了我国特长铁路隧道平导单口掘进长度8 000 m的新记录。

壁板坡隧道平导施工采用了施工专业化、生产工厂化、管理信息化的标准化管理模式，为复杂条件下特长隧道平导施工实践了新的管理模式。

壁板坡隧道平导施工所采用的综合技术和标准化管理方法代表了国内长距离隧道独头掘进的领先水平，并为长大隧道平导独头掘进与快速施工提供了成套技术和经验。

参考文献：

[1]铁道第二勘察设计院.TB10003—2005铁路隧道设计规范 [S].北京：中国铁道出版社，2005.

[2]中铁二局集团有限公司.TB10204—2002铁路隧道施工规范[S].北京：中国铁道出版社，2002.

[3]中华人民共和国铁道部.铁建设[2010]241号高速铁路隧道工程施工技术指南[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[4]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社，2004.

[5]杨新安，姚永勤，喻渝.铁路隧道[M].北京:中国铁道出版社，2011.

[6]刘刚.油竹山隧道快速施工技术[J].高速铁路技术，2013 (5):74-78.

[7]李文华.齐岳山隧道平行导坑快速施工技术[J].石家庄铁道学院学报：自然科学版，2009(1):102-104，108.

[8]刘金良.东秦岭隧道平导快速施工机械设备配套模式[J].铁道工程学报，2003(1):90-93.

[9]刘营.千枚岩隧道快速施工技术[J].铁道标准设计，2005(9):75-77.

[10]杜强.浅埋富水黄土隧道快速施工技术[J].铁道标准设计，2009(S1):125-128.

[11]王才高.千枚岩地质条件下隧道平导扩挖快速施工技术[J].铁道标准设计，2007(S1):166-169.

[12]张继奎.圆梁山隧道平行导坑快速施工技术[J].现代隧道技术，2002(4):50-56.

Technologies in Rapid Construction of Parallel Drift of Bibanpo Super-long Tunnel

YANG Ming-chao1， ZENG Peng1， YANG Xin-an2， HE Zhi-si2

(1.The Fourth Engineering Corporation of China Railway No.5 Engineering Group， Shaoguan 512031; 2.The Key Laboratory of Road and Traffic Engineering， Ministry of Education， Tongji University， Shanghai 201804， China)

Abstract：Bibanpo tunnel is one of the control projects of the Shanghai-Kunming dedicated passenger line， and the longest tunnel under construction on dedicated passenger line in China. Parallel drift is the auxiliary tunnel of Bibanpo tunnel， it has important role in ensuring construction safety， control time and fast run-through of the tunnel. The parallel drift is 14 717 m long. The long distance of single head tunneling， small working face， complex geological conditions and long distance ventilation have made it a high-risk project. The experiences in fast construction of the parallel drift with respect to construction organization plan， advanced geological forecast method， mechanical operation method and standard construction management are summarized. The parallel drift is finished six months ahead of the schedule， making a new record in parallel drift of railway tunnel with single excavating distance of 8 000 m.

Key words：Super-long railway tunnel; Parallel drift; Rapid excavation; Mechanization configuration; Tunneling ventilation

文章编号：1004-2954(2016)05-0112-04

收稿日期：2015-07-28； 修回日期：2015-09-14

基金项目：中铁五局集团科技研究开发计划课题(2012005)

作者简介：闫明超(1981—)，男，工程师，2005年毕业于西安建筑科技大学工程管理专业，E-mail：yanmchao@gmail.com。

中图分类号：U455

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.05.024