隧道纵向通风联络风道零净距上跨正洞施工工法.doc

隧道纵向通风联络风道零净距上跨正洞施工工法 隧道纵向通风联络风道零净距上跨正洞施工工法 GGG(中企)D1—2014 周建荣 董正武 侯云乾 王长岭 石银峰 (中交一公局第一工程有限公司 北京市政路桥股份有限公司) 1 前言 目前正处于山岭长大隧道发展的井喷时期，山岭公路隧道以年均350公里的速度增长。同样，长大隧道中的纵向通风联络风道的要求也在日渐提升，其联络风道的施工技术研究也越来越迫切，研究的目的在于解决联络风道如何在施工过程中确保安全、快捷，如何优化工艺从而达到降低工程造价，节约施工成本投入的目的，实现节约型社会化理念。 隧道通风系统工程的施工往往会制约整个隧道乃至项目整体的施工工期，因目前诸多联络风道布局设计方案均为风道上跨正洞5～10m间距，在施工过程中，需要布局轨道运输等风道施工设备和开展风道工作面，而这些势必会影响隧道正洞的施工速度，造成施工资源浪费和延误施工进度，进而造成工程成本投入的提高。中交一公局第一工程有限公司承建的山西阳左高速公路第三合同段的蒙山隧道工程原设计的联络风道为上跨隧道正洞6m，属于典型的风道上跨隧道工程。中交一公局一公司和北京 39 洞正常施工方案，除开挖施工时稍作调整外，基本不改变隧道正洞的施工方案，然后按照设计要求进行交叉口正洞二衬的施工，随后从左洞排烟口掘进开挖排烟联络风道，直接穿越右洞拱顶，完成联络风道的开挖施工。 2.2 在交叉口施工段落，在正洞的二次衬砌钢筋施工过程中，预先需考虑排风口的预留，以便在后期排风口开挖时，开口安全且不扰动其他正洞二衬混凝土。交叉口的开挖紧邻正洞二衬，须要科学、合理制定爆破或开挖方案，确保隧道正洞的安全稳定。 2.3 零净距立体交叉联络风道不仅减小了风道纵坡，而且缩短了风道长度，减小纵坡降低了开挖衬砌作业的施工难度，作业功效提高，而且风道施工对正洞施工干扰极小，正洞及联络风道的施工可同时开展，推动了整个隧道工程的施工进度，且风道缩短，减少了工程量，为施工进度的加快提供必然的条件。 2.4零净距立体交叉联络道的实施施工，降低了施工难度，改用传统的施工工艺，减小了施工设备的投入，采用传统的施工作业工具，加快了施工进度，减少了窝工情况的发生，从施工人员、设备等的投入及缩短工期的管理投入等多方面降低了成本消耗。 3 适用范围 本工法适用于所有隧道纵向通风联络风道上跨正洞零净距交叉及相关类似工程施工。 4 工艺原理 零净距交叉段正洞隧道施工时采取了在正洞拱顶留置空气隔断层以抗扰动的施工技术措施，即通风联络风道上跨隧道正洞段（长度为联络风道开挖洞跨宽度）开挖先行施工，正洞开挖施工过程中，该段爆破时将拱顶6～8m范围开挖轮廓放大超挖30cm，支护时将超挖部分置空处理完成初期支护，或初支后将拱顶空腔用锯末喷注充填，随后完成正洞二次衬砌。待正洞二衬达到强度要求时，再进行上跨联络风道的开挖施工，施工过程注意爆破参数的计算和选取，风道爆破对正洞的影响经过数值模拟分析为安全，同时加强隧道正洞的监测，确保隧道正洞及联络风道的施工安全。联络风道采用合理的衬砌顺序，用传统钢支撑或支架支撑拼装木模进行二衬的浇筑。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程(图1) 施工准备 正洞测量放样 风道上台阶开挖、支护 正洞衬砌 联络风道上跨段开挖、支护 正洞开挖、支护 联络风道测量放样 风道下台阶开挖、支护 隔板下风道衬砌、隔板浇筑 上跨联络风道、隔板上部衬砌 交工验收 正洞二衬开口破除 正洞侧交叉口衬砌 爆破设计 图1 施工工艺流程图 图2 开挖流程图示 5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 开始施工前，确定合理、安全、可靠的施工方案，并编制完善的实施性施工技术方案，上报监理工程师审批后方可实施。组织参与施工的所有技术管理人员及一线施工人员进行培训教育，完善技术、安全交底。 测量部门对联络风道的位置及方向定位进行精确的放样，实行双机双检确保万无一失，保证技术可靠性。 5.2.2 正洞开挖、支护（交叉口段） 交叉口段正洞开挖采用常规的开挖方案，在进行开挖放样时，按照预先计算确定的开挖方案进行放样，开挖轮廓在拱顶90°范围放大开挖线，开挖后立即对裸洞进行初喷处理，并在拱顶设置监控点，注重观察拱顶下沉变化趋势。开挖每循环进尺控制在2～3m，开挖后及时支护，该段支护过程采取拱顶留空形式，在钢拱架支护完毕后在拱顶拱架外敷设一层铁丝网，再进行喷射砼支护。拱顶监控点采取在岩面打孔埋置形式，埋置长度不小于隔离层+支护厚度，即监控点在喷射砼支护后外露，初支预埋Φ50PVC管供监控埋置钢筋通过，监控点不受初支约束。拱架支护时，按照设计图纸在排风口位置设置门柱支撑，排风口上方设置横梁托架，用以支撑正洞拱架，如图示： 图3 交叉口段正洞钢拱架支护示意图 5.2.3 正洞衬砌（交叉口段） 交叉口段二次衬砌施工工艺采用常规施工，该段衬砌钢筋绑扎时，按照图纸预留排风口位置不设置钢筋，并在衬砌台车定位后，在排风口位置沿排风口轮廓线设置胶合板予以对二衬混凝土起到隔断作用，胶合板采用钢筋固定，防止混凝土浇筑时隔板跑偏。 1、混凝土灌注前应对模板、钢筋、预埋件、预留孔洞、端头止水带等进行检查，清除杂物，衬砌端头应进行凿毛处理。 2、混凝土振捣采用插入式振捣器分层振捣，振捣时间10-30S，移动距离不大于作用半径一倍，插入下层混凝土深度不小于5cm，振捣时不得碰钢筋、模板、预埋件和止水带。 3、混凝土灌注从低处向高处分层连续灌注，每层贯注厚度不超过其作用部分长度的1.25倍，表面振捣不超过200mm。 4、混凝土采用搅拌混凝土，混凝土搅拌运输车运输到施工现场，输送泵泵送入模，插入式振捣器振捣。 5、衬砌施工要点： 1）衬砌时衬砌台车移动、就位由专人指挥，衬砌台车定位时精确测量中线和水平，以确保结构外形尺寸。 2）灌筑混凝土时两侧对称进行，两侧高差≤50cm，防止偏压造成跑模。 3）衬砌封拱采用混凝土泵垂直压注混凝土封拱，在顶拱模板处均匀安设三根冲天尾管，当连续压送混凝土到通气管开始漏浆，或压入的混凝土方量已达到预计方量时，即认为混凝土已经填满，在孔眼中插入防止混凝土下落的钢板，然后再拆除导管。 4）混凝土拆模后及时洒水养护，养护期不少于7天。 5.2.4 联络风道开挖、支护 1、①、②排烟道开挖、支护：排烟道开口按照车行横洞开挖方式开挖掘进，开挖至右线正洞拱顶段时，严格采用经过计算的爆破方案安全穿越右线拱顶，爆破方案及处理措施属于该项工程的安全控制重点。风道开挖根据围岩地质情况及时支护，特别是上跨正洞段及时紧跟支护。 1）风道开挖 （1）施工方法 根据地勘设计资料及临近联络风道主线正洞实际地质，按照联络风道所处的地段的围岩等级来确定开挖方法，如全断面法或者台阶法施工。 （2）施工作业程序 风道开挖采用光面爆破技术，以减少对围岩的扰动，使爆破后的围岩能按设计轮廓线成型，表面较平顺，超欠挖较小。同时南北线隧道相距较近，为确保安全，左右线开挖面相互间至少错开30m，其爆破震动速度控制在5cm/s。 ①钻孔 钻爆施工采用气腿式风动凿岩机，炮眼直径Ф42mm。钻孔严格按设计进行，技术标准要求：掏槽眼：眼口间距和眼底间距误差≤5cm；周边光面爆破眼；间距允许误差5cm，外插角≤孔深3～5%，眼底不得超出开挖轮廓线10cm；周边眼至内圈眼的排距误差≤5cm；除掏槽眼外，所有炮眼底需在同一竖垂面上，掏槽眼孔深应超出辅助眼约200mm。 ②装药起爆 钻眼完毕经检查合格后，方可装药。炸药采用二号岩石硝氨炸药，有水地段采用乳化炸药，炸药规格Ф32、Ф25。周边眼采用间隔不耦合小直径药卷结构，不耦合系数控制在1.1～1.4之间。其他眼采用连续装药结构，所有炮眼均用炮泥堵塞，堵塞长度≥200mm。起爆前要对网路进行检查，每束塑料导爆管要捆扎结实，一切就序后方能起爆。爆破顺序如下所示： 掏槽眼 辅助眼 掘进眼 底板眼 周边眼 ③通风排尘 在爆破后，立即进行通风排尘。 （3）爆破减震技术措施 ①用合适爆速的炸药 理论和实践证明，炸药爆速对质点爆破震动速度有直接影响，爆速越高，爆破产生的震动越大，因此本段采用较低爆速的2#岩石硝铵炸药，周边眼采用小直径低爆速的光爆炸药。 ②采用非电微差起爆网络 爆破产生的震动与同段起爆的炸药量密切相关，采用导爆管非电微差起爆网络。导爆管段间间隔25ms，满足爆破震动不产生叠加的最小要求。 ③炮孔采用线性布置 炮孔线性布置和起爆有以下优点：布置炮孔简单，炮孔参数准确；临空面好，可提高炸药爆炸能量利用率，同样情况下炸药用量少；炮孔排列整齐便于钻孔，可提高钻孔效率；易于用光面爆破控制开挖轮廓；便于调整孔网参数控制爆破岩石块度，提高装渣效率。 ④采用直眼掏槽 设计时采用直眼掏槽。 ⑤加强炮孔堵塞 加强炮孔堵塞可提高炮孔利用率，有效降低单位耗药量，从而减小震动速度。在设计时掏槽孔全堵塞，其余孔堵塞长度不小于抵抗线。 （4）爆破参数设计 隧道采用台阶法施工时，考虑爆破后便于上断面石渣的扒运，台阶长度取3.0m，上下断面同时钻孔、放炮， 具体设计见炮孔布置图和爆破参数表。 光面爆破参数表 表1 爆破技术 围岩类别 炮眼直径（mm） 周边孔间距E（cm） 周边孔最小抵抗线V（cm） 线装药密度 (g/m) 装药直径 （mm） 光面爆破 软岩 40～50 30～50 40～60 70～150 25～32 中硬岩 40～50 45～60 60～75 200～300 25～32 硬岩 40～50 45～60 70～85 300～350 25～32 （5）理论爆破震速计算 爆破震速经验公式： 式中：V—震速控制值，cm/s； R—爆源中心到震速控制点的距离，m； Q—齐爆最大装药量，kg； K—爆破震动传播途径介质系数； a—爆破震动衰减系数 由于掏槽眼爆破时没有临空面，所以一般情况下最大震速发生于掏槽眼爆破。因此，只要掏槽眼爆破时的震速控制在允许范围内即可满足安全要求。 依据施工经验及参考有关文献，具体计算时取值如下： K=250，a=1.8，Q=3 则，V=250×（31/3/17.2）1.8=2.89＜5cm/s 2） 爆破参数选择 （1）孔间距E： E=0.4～0.75m，通常软岩取0.4～0.5m； 中硬岩取0.5～0.6m；硬岩取0.60～0.75m； （2）光面层厚度W W=0.5～0.85m， 通常软岩取0.5～0.65m；中硬岩取0.55～0.75m；硬岩取0.70～0.85m； （3）炮孔密集系数m 炮孔密集系数m=E/W=0.5～1.0取值，通常均质、中硬及以上岩石取0.8，软岩取0.6左右取值。 （4）平均线装药量 q=0.1～0.30Kg/m，软岩取小值，硬岩取大值 3）孔网参数及炮孔布置图 钻孔直径为均为42mm，掏槽孔共9个，孔深2.2m，倾角75°，孔距0.6米，中间为一空孔倾角为90°；辅助孔共计14个，孔深2m，倾角90°，孔距0.875米；崩落孔共计周边孔共计14个，孔深2m，倾角90°，孔距0.715米；周边孔共计25个，孔深2m，倾角90°，孔距0.54米。 排烟道掘进爆破孔网参数 表2 圈号 （段号） 炮眼 编号 眼数 （个） 炮眼深度（米） 倾角 （度） 装药量（kg） 眼距 （米） 起爆顺序 0 1 1 2.2 90 0 0 1 1～8 8 2.2 75 24 0.6 Ⅰ 5 1～