软弱围岩无轨平导快速施工技术

刘 传，刘艳仓

(中铁隧道集团四处有限公司，南宁 530007)

0 引言

1 工程概况

1.1 工程简介

改建铁路贵阳至昆明线六盘水至沾益段增建第二线三联隧道位于云南省宣威市境内，进口里程DK300+387，出口里程D1K312+601，全长12 214 m。设计为双线隧道，最大埋深约220 m，地质条件差，隧道区域发育6条断层和1个向斜。隧道进、出口均2次下穿既有贵昆线，隧道中部1#斜井工区约1 080 m范围分布宣威群煤系地层，含煤约20层，为高瓦斯工区;隧道出口2#斜井工区通过浅埋偏压段、田坝向斜和小沟断层，从田坝水库旁经过，分别下穿乐丰乡政府、乐丰乡镇、乐丰二中、乐丰一中和众多村庄，为砂岩、泥岩和页岩，属软弱围岩。由于1#斜井工区穿越煤系地层，所属围岩为膨胀性软岩，施工进度缓慢，导致出口段工期压力很大。为缓解1#斜井工区压力，满足工期要求，根据进度指标，于2#斜井工区D1K309+338处增设1 900m迂回平导。迂回平导位于线路右侧，其中线与隧道左线线路中线间距为35 m，平导共设置13—17#共5个横通道(正向横通道3处，反向横通道2处)，各横通道与平导均以40°相交。迂回平导与正洞平面位置关系见图1。

图1 迂回平导与正洞平面位置关系图Fig.1 Plan relationship between bypass parallel adit and main tunnel

1.2 平导设计概况

三联隧道平导设计为无轨运输单车道断面，其净空断面尺寸为4.75 m×5.9 m(宽×高)，净空面积为28 m2。除横通道及120 m断层地段采用模筑衬砌外，其余1 780 m均采用锚喷衬砌。平导Ⅳ级围岩地段采用拱墙格栅钢架加强支护，格栅钢架纵向间距1.2 m;Ⅴ级围岩地段采用拱墙格栅钢架及拱部φ42超前小导管加强支护，格栅钢架纵向间距1.0 m，小导管纵向间距2.0m，环向间距0.4m，每环22 根，每根长3.5m。拱墙采用锚、网、喷系统支护:每根长2.5 m，间距1.2 m×1.0 m梅花形布置φ22砂浆锚杆;间距25 cm×25 cm φ8钢筋网片;15 cm厚C20喷射混凝土。底板为20 cm厚C20现浇混凝土。平导横断面见图2。

2 前期施工情况及原因分析

2.1 前期施工情况

迂回平导采用全断面钻爆法施工。利用汽车制造移动式多功能台架，配合人工手持风钻钻眼装药爆破，ITC312SL挖装机配合5台自卸汽车出碴。开挖班7人，立拱5人，锚杆4人，喷浆10人，均采用倒班制。开挖采用9台 YT－28风动钻机，其中2台备用;ITC312SL挖装机为双动力全液压履带式隧道挖掘装载机，外形尺寸为16.3 m ×2.65 m ×3.7 m(长 × 宽 ×高)，输送带最大输送能力为500 m3/h;出碴自卸汽车为铁马 XC3252B1，外形尺寸为 7.47 m ×2.5 m ×3.4 m(长×宽×高)，最大运输方量(松方)为12.25 m3;喷射混凝土采用2台SSP－7型湿喷机，最大生产能力为7 m3/h。因受断面高度的限制，底板采用4m小栈桥施工。

迂回平导施工段为砂岩夹泥岩、页岩，水平产状，局部地段为泥岩，节理发育，含有少量渗水，围岩开挖后短时间内风化掉块，自稳能力很差，必须控制开挖进尺并及时封闭初期支护。因设计拱架间距为1.2 m，确定循环进尺为2.4 m。

图2 平导横断面图(单位:cm)Fig.2 Cross-section of parallel adit(cm)

迂回平导于2010年5月1日开始施工17#横通道，因横通道开口处和正洞掌子面距离较近，施工干扰大，加上新进班组对施工不熟悉，5月掘进仅92 m(其中17#横通道47 m)，平均循环时间19.5 h，日进尺为2.95 m;6 月掘进仅121 m，平均循环时间 14.3 h，日进尺为4.03 m;7月掘进仅137 m，平均循环时间13.03 h，日进尺为4.42 m。2010年8月10日，因地表水渗透，夹层泥岩流失，围岩受力改变，设计高跨比不合理，加之底板不能及时跟进封闭成环，导致平导35 m范围拱脚失稳，产生内踢脚趾［8］，处理变形50 d。截至2010年10月1日，共完成395 m，实际施工100 d，平均每月118.5m，每天施工3.95 m，循环时间 14.5 h。按上述进度推算将滞后工期4个月，远远不能满足工期要求。

2.2 影响因素及原因分析

因受断面净空、施工组织、设计缺陷、资源配置及管理控制等各方面影响，致使平导前期进度极不理想，工期压力越来越大，成本及工期风险很大。

2.2.1 作业空间因素

杨伟东在优酷供职5年，被誉为“视频圈常青树”。公开资料显示，杨伟东1974年生人，2009年至2011年间，任诺基亚大中国区市场营销总监。2013年3月份，受古永锵邀请加入优酷土豆，先后担任优酷土豆集团高级副总裁、土豆总裁。2015年11月30日，杨伟东担任优酷土豆BG联席总裁，2016年5月份升任合一集团总裁。2016年9月20日，兼任阿里音乐CEO。

迂回平导净空断面狭小，人员设备作业空间受到很大限制。开挖钻孔作业台架上、中、下3层人员数量与钻孔数量不对等，导致中、下层效率较低;净空高度不足导致底板栈桥一次施工长度有限，致使底板进度无法满足开挖进度需求，导致严重落后;单车道断面会车距离较长，影响出碴效率。断面空间布置见图3。

图3 断面空间布置图(单位:mm)Fig.3 Facility arrangement in parallel adit(mm)

2.2.2 地质与设计因素

迂回平导设计1900m，其中Ⅴ级120m，Ⅳ级1780m。穿越底层为砂岩夹泥岩、页岩，水平产状，岩质为软岩，局部地段为全泥岩、页岩，经短时间风化和车辆反复碾压，基底全部泥化，3 d可形成30～50 cm深的泥浆，致使拱脚趾全部悬空。

迂回平导断面设计为直墙曲拱断面，高跨比较大，容易引起边墙失稳［9］;格栅拱架设计厚度仅为12 cm，且无锁脚锚杆，初期支护无法抵抗围岩压力;占施工段94%的Ⅳ级锚喷段无超前支护，导致拱顶掉块严重，超挖较大，喷浆回填时间很长;底板设计为C20混凝土，厚20cm，基底为软弱围岩，加上重载车辆的反复碾压，短时间内底板断裂破碎，严重影响车辆正常通行。

2.2.3 施工组织因素

会车道设置距离为475 m，出碴汽车会车和倒车时间较长;立拱和锚网无平行作业，往往是立拱和网片作业完成后才开始锚杆钻孔作业，且系统锚杆钻孔人员不足，增加作业时间;各工序无搭接施工，人员积极性较差，作业效率较低。

3 快速施工优化措施

经过现场近1个月的调研，充分考虑各种影响因素及可以改进的施工工艺等，对施工进行优化。经过7个月的验证，实施效果非常明显，施工进度大幅度提升，连续6个月月进度均超过210 m，其中最快月进度超过235 m。

3.1 优化作业台架

为进一步增大作业空间，增加作业人员，将作业台架车进行优化改进。一是增加台架两侧作业空间，减小门框间距，将中、下台架开挖人员各增加为4人;二是作业台架长度由4m加长至5 m，使立拱和锚杆钻孔作业可以平行进行。作业台架优化见图4。

3.2 优化设计

见图5。

1)优化超前支护和锁脚锚杆。围岩全部为砂岩夹泥岩、页岩，水平产状，拱部极易出现掉块，Ⅳ级围岩地段在拱部范围内增加φ42小导管超前支护，2.4 m/环，每环20根，环向间距35 cm，每根长3 m;为彻底避免因脚趾下沉导致拱架变形，除按设计设置垫脚槽钢外，每个脚趾增加2根φ42小导管作为锁脚锚杆，增加脚趾的稳定性，有效地控制了因高跨比不合理产生的踢脚现象。

2)12 cm格栅拱架优化为I14工字钢架。一是加工效率高，能够满足进度需要;二是质量有保证，焊缝较少，整体刚性大;三是便于安装连接筋，可以使用装配式安装拱架，提高施工效率。

3)增设小边墙。底板设置50cm×30cm(高×宽)的小边墙，小边墙采用C20混凝土浇筑，边墙内设置2根φ12拉通水平筋及φ16接茬筋。小边墙的设置有效地控制了底板下沉和地下水浸泡拱脚引起的拱脚失稳。

4)优化会车道。大小会车道交错布置，会车道间距为200 m。大会车道长 28 m，设置调头洞室和ITC312SL挖装机停放位置;小会车道长12m，仅提供2辆车会车，会车道净宽7.0 m。如此设置既减少了工程量，又能满足车辆通行需要，实现快速施工。

图4 作业台架优化图Fig.4 Optimized working platform

3.3 优化施工工艺

见图6。

1)优化拱架连接工艺。拱架连接采用套筒工艺，拱架安装采用拼装式拱架，加快拱架安装速度。

2)优化底板施工工艺。采用洞外预制混凝土块(100cm×50cm×30cm)铺设行车通道，其余底板及水沟采用C20混凝土铺设。针对基底较软地段，铺设预制块前先用喷浆料换填，确保基底稳固。铺设时间安排在没有车辆通行的立拱工序，每天铺设长度与开挖保持一致。

3.4 加强细节管理

在施工过程中注重施工细节的思考和优化，不断总结经验，寻求简易、高效、实用的施工技巧，从而保证施工安全、质量和进度。如在高压风管设置“H”型排水装置，有效地控制了高压风含水量，避免了喷浆堵管现象;施工方向采用双侧激光控制及“曲线直走”的思路，充分利用激光指向的简便性，减少了测量放线的时间;接头螺栓上紧后采用焊机电焊，避免了钻孔抖动致使螺栓脱松现象;拱部拱架采用大小拱交错设置，使拱架接头错开拱顶中线的受力集中点，既减少了拱架接头数量，又确保了施工质量。

4 优化效果

从2010年11月开始实施优化措施，经过1个月的现场施工调整和技术优化，从2010年12月起迂回平导施工进度得以大幅度提升。2011年3月的3 d循环时间进度对比分析见表1。2010年12月至2011年5月施工进度见表2。通过表1和表2可以说明，优化后的迂回平导在软弱围岩下达到快速施工，取得了较好的效果。

表1 工序循环时间分析表(2011年)Table 1 Analysis on cycle time in 2011

表2 月进度分析表Table 2 Analysis on monthly advance rate

5 结论与讨论

三联隧道通过增设无轨平导并采取一系列工程措施，实现了快速打开多个工作面，确保了进度要求，给长大隧道无轨运输小断面平导施工提供了可靠的依据;但在施工过程中仍然存在一些问题，制约着平导进一步提高施工生产效率。

1)ITC312SL挖装机为德国原装进口设备，出碴效率较高，设备经久耐用;但一旦出现故障，所有配件必须从国外进口，短时间内很难修复，维修成本较高。在出现故障期间，采用装载机出碴效率非常低，采用临时增加双车道，既增加工作量又增加施工成本。

2)在增加正洞工作面后，平导运输量急剧增加，行走机械调度困难，特别是全部工作面同时进行出碴作业时，容易导致多个作业面窝工［10］。

3)距离掌子面30 m范围内未铺底地段，基底为泥岩、砂岩夹页岩，岩性较软，在重车的反复碾压下，泥化现象严重，车辆经常陷入基底，影响车辆通行。

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