快速施工技术和管理在红豆山隧道花岗岩蚀变地层的应用

赵春杰

中铁十局集团有限公司大临铁路项目经理部 云南 临沧 675800

铁路是国家战略性、先导性、关键性重大基础设施，是国民经济大动脉、重大民生工程和综合交通运输体系骨干。随着我国综合国力的不断提升，隧道建设技术取得了长足的进步和发展，但西南、西北艰险复杂山区铁路建设受构造影响，软弱、破碎等软岩围岩比例高，变形、溜坍等灾害频发，普遍是全线如期开通的瓶颈。软岩隧道快速施工技术是降低安全风险、化解工期风险的迫切需要，也是提升管理水平的重要抓手。本文总结了大临铁路红豆山隧道花岗岩蚀变地层软岩的快速施工技术和管理，可为同类工程建设提供一定的借鉴。

1 隧道概况

大临铁路位于云南省西南部地区，线路全长202.095km，桥隧占比87.3%。全线控制性工程红豆山隧道位于澜沧江以南，全长10616m，I级高风险单线隧道。隧道地处印度板块与欧亚板块碰撞缝合带，受岩浆强烈活动的影响，隧道穿越地层主要为有名的临沧-勐海花岗岩体，花岗岩蚀变劣化严重，呈呈块状，块石直径20cm左右，块石之间填充软弱蚀变体，爆破后极易松动、掉落、形成溜坍，同时掌子面围岩均质性差，多见“镜面”擦痕。

红豆山隧道开工建设前期两年时间，掌子面溜坍发生139次、支护变形45次，施工组织严重受阻，IV、V级软弱围岩平均月进度25～40m，工期滞后严重。

2 软岩快速施工技术和管理

针对红豆山隧道软弱围岩溜塌变形频发、施工进度缓慢的问题，采取快速施工技术和管理，其本质是快挖、快支、快封闭，达到降低安全风险、提升进度的效果。快速施工技术和管理的核心是实现工序的多平行、零耽误、负衔接、全保障，具体举措为配足资源、固化工法、理顺工序、强化考核。

2.1 配足资源

资源合理配置是控制单工序时间的基本前提，为满足快速施工各台阶同步推进、每天多循环的施工要求，隧道开挖班、立架班、喷锚班作业人员单班的1.5倍配置作业人员。具体见表1。

表1 正洞作业人员配置

机械设备合理选配，保证设备性能良好，杜绝故障率高的设备进洞作业，并对挖掘机、装载机、出碴车等主要设备增加备用。具体见表2。

表2 正洞机械设备配置

2.2 固化工法

2.2.1 工法选择

单线隧道软弱围岩一般采用台阶法施工，台阶数量主要考虑岩石强度、围岩稳定性等因素。

两台阶工法适用于围岩自稳性较好地段，自稳性差时需调整为三台阶。2018年5月～8月，红豆山隧道出口按揭示围岩自稳情况采用两台阶、三台阶转换施工，每月工法调整1～2次，每次用时5天左右；且两台阶溜坍风险更高。鉴于花岗岩蚀变变化频繁、均质性差的特点，花岗岩蚀变软岩地层施工工法统一固化为三台阶。

2.2.2 三台阶参数的优化

三台阶工法的参数主要为各台阶的高度和长度，参数的确定受围岩自稳情况、机械设备配套情况、工序组织等诸多因素影响。上台阶高度太高，则临空面大、易滑塌，扒碴时间长，辅助作业台架笨重；台阶高度太低，则爆破效果差、补炮多，空间受限、不利于机械化作业。台阶长度太长，则扒碴困难，不利于及时封闭；台阶长度太短，则司钻作业空间狭小，不利于平行作业。

结合围岩的稳定性、作业的协同性、工装设备的配套等，单线软岩三台阶工法参数确定为：上、中、下台阶高度分别为2.8m、3.3m、2.8m，上台阶长度为5m、中台阶长度3～5m。上台阶高度2.8m，可采取预留核心土或采用简易台架作为作业平台，施工简便；上台阶长度5m，便于司钻及超前支护的施做。具体见图1。

图1 三台阶工法参数示意图

2.2.3 固定循环进尺

循环进尺的选择均衡考虑工效、安全、成本等因素。进尺小，工效较低；进尺大，超前支护易失效、溜坍风险高，工序时间长、不利于及时封闭，同时超挖严重增加成本、不经济。

在前方围岩无异常情况下，IV、V级围岩循环进尺控制在2榀钢架间距，作业工序相对固定，循环时间相对稳定，利于工人熟能生巧、提升技能和工序组织。

2.3 理顺工序

2.3.1 合理施工组织

施工组织是激活组合资源最大的生产潜能、加快进度的核心。单线隧道断面有限，为减少开挖支护与仰拱二衬施工之间的相互干扰，现场组织遵循“三错开”原则。

错开一：仰拱开挖与掌子面出碴、喷砼工序错开。仰拱开挖时需要移动仰拱栈桥，掌子面无法通行，错开掌子面出碴及喷射混凝土作业，可保证掌子面工序不间断。

错开二：仰拱混凝土浇筑与掌子面出碴错开。仰拱浇筑混凝土时罐车在栈桥停留较久，影响出碴效率。

错开三：衬砌浇筑与下台阶开挖错开。衬砌浇筑用时12小时左右，无法完全避开掌子面出碴或喷浆作业。衬砌浇筑时安排下台阶不开挖，上中台阶洞碴均扒至下台阶，不进行出碴作业，待喷浆结束后一并出碴。

2.3.2 多工序平行作业

尽可能多的组织平行作业是缩短工序循环时间、实现快挖快支的需要。经过不断实践，按“四同步”组织各工序平行推进。

同步一：各台阶施钻平行作业，同步装药、同步爆破。

同步二：上台阶立架与下台阶出碴同步。

同步三：掌子面钻孔与超前支护施做同步，减少风水管连接次数。

同步四：三头喷浆设备，各台阶喷射混凝土同步。

2.3.3 严密工序衔接

设置工序循环管理专员，提前通知、督促班组作业人员、机械设备、材料及时到位，在掌子面交接，做到各工序间“零耽搁、负衔接、全保障”。

2.4 强化考核

2.4.1 管理人员考核

考核是激发员工的动力，迸发出积极性、主动性和创造性的有效手段。对管理人员制定周进度指标，按实际完成情况予以考核，并随着工效的提升适时调整。

2.4.2 作业班组考核

对作业班组的考核遵循“谁误事、谁负责”的原则，考核对象为开挖班、立架班、喷锚班、出碴班的全员考核。

划定工序起止时间：为激励班组提前做好准备工作，积极与前道工序进行平行作业，需首先划定各工区的考核起止时间，具体为：钻爆工序为上一循环喷浆机调出通过仰拱栈桥至响炮；扒出碴工序为上道工序响炮至最后一车碴通过仰拱栈桥；立架工序为上道工序最后一车碴通过仰拱栈桥至立架作业人员出洞通过仰拱栈桥；喷砼工序为上道工序立架作业人员出洞通过仰拱栈桥至喷浆机调出通过仰拱栈桥。

确定工序用时标准：经过现场分析确定不同围岩、不同进尺、不同支护措施下的各工序合理用时指标，作为工序用时的考核标准。在工效显著提升并保持持续稳定、工况发生显著变化时方可调整。

工序用时考核：对班组作业人员的考核以奖励为主，工序用时节约按10元/分钟对作业班组奖励。作业班组实现日考核、日兑现，充分调动作业人员的积极性。为提高各工序间作业的协同性，若工序循环总时间控制在用时标准内，奖励按标准的100%执行，超出循环用时标准的，奖励按50%发放。

3 快速施工技术和管理取得效果

3.1 施工进度显著提升

管段内隧道施工进度全面提升。开工前期管段内隧道月平均进尺，2016年9月至2017年8月份为375m；2017年9月至2018年4月为460m。2018年5月份推行快速施工技术和管理以来，月平均进度提升到1100m，进度提升159%。 具体见图2。

图2 施工进度统计分析柱状图

单作业面施工进度IV级围岩由原来的45～55m/月提高到75～90m/月，V级围岩由原来的25～35m/月提高到50～65m/月。关键线路红豆山隧道出口月平均进度达70m，最高月进度95.8m。

3.2 安全管控能力大幅提升

2018年5月份实施快速施工技术和管理后，掌子面开挖后及时封闭，溜坍频次、溜坍方量显著降低，安全管控能力大幅提升。

3.3 安全风险显著降低

实施快速施工技术和管理后，施工进度显著提升，开挖后至仰拱、衬砌施作的周期大大缩短，初期支护变形减小，减少了初支大变形、开裂等发生，安全风险显著降低。

4 结束语

快速施工技术的核心是快速封闭，减少掌子面的溜坍，控制初期支护的长期蠕变。软弱围岩推行快速施工技术和管理，既是进度管理的需要，更是安全管理的需要。快速施工管理的关键是施工组织，推行快速施工管理对员工的组织能力、服务意识、责任心均得到锻炼。

软弱围岩快速施工技术和管理是隧道工程提升进度、管控安全的有效措施，也是提高团队执行力、战斗力的重要方法。推行快速施工技术和管理的过程归根结底是深入现场抓管理，逐步提升管理人员和作业人员工作积极性、主动性、责任心，不断总结应对复杂多变地质能力的过程。