任晓琴
【摘 要】金寨隧道全长10 766 m,属特长、大断面客运专线双线隧道,全隧只设一个斜井,这在中国隧道施工史上十分罕见.施工中运用TSP203等先进仪器超前探测地质情况,根据不同围岩级别采取三台阶、三台阶临时仰拱法等施工方法.保证了施工安全,提高了隧道工程质量;解决了长大隧道通风排烟难题;采用先进的装运设备,缩短了工序循环时间.实现了快速施工,取得了好的成效.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2008(000)011
【总页数】4页(P82-85)
【关键词】合武客运专线;金寨隧道;施工
【作 者】任晓琴
【作者单位】中铁十二局集团第二工程有限公司,太原,030032
【正文语种】中 文
【中图分类】U45
1 工程概述
金寨隧道是合武铁路重点控制工程之一，全长10 766 m。隧道最大埋深350 m，最小埋深32 m，最大开挖断面193 m2。隧道进出口段均位于半径为7 000 m的曲线上，洞内纵坡为4.34‰单坡上坡。金寨隧道位处大别山中部，呈东西走向，不同时期岩浆活动频繁，历经多次构造运动，地质复杂多变，围岩比较破碎，地下水比较发育。
金寨隧道共设进出口及斜井4个工作面，斜井设在K154+380处，全长482 m。斜井与隧道小里程方向交角45°，综合坡度9.30%。斜井采用双车道断面，与正洞采用斜交双联式相交。
2 工程特点
(1)隧道全长近10.8 km，为特长隧道，全隧只设一个斜井，单口掘进长，特别是出口，单口掘进达3 785 m，斜井进出口两个工作面共承担了5 215 m施工任务。
(2)隧道通风排烟困难，在一定程度上降低了施工人员及机械设备的效率。
(3)围岩破碎，地下水发育，施工中曾多次出现涌水，最大一次日涌水量达6 300 m3。
(4)二次衬砌类型复杂多变，共计13种衬砌类型。
(5)技术标准高，为列车时速250 km及进一步提速预留条件。
3 总体施工方案
(1)金寨隧道按喷锚构筑法组织施工，投入了大型隧道施工专用机械设备，组成挖、装、运、喷、锚、衬等机械化作业线，形成了超前支护、开挖、初期支护、仰拱填充、二次衬砌、附属工程的均衡生产。
(2)洞身开挖采用微振动控制爆破或光面爆破工艺，Ⅱ、Ⅲ级围岩采用光面爆破，Ⅳ级软弱围岩采用弱爆破或人工辅以机械开挖。
(3)洞内装碴运输采用无轨运输，配备了博伊特、小松470、沃尔沃、奔驰等先进的装运设备，缩短了工序循环时间，加快了施工进度。
(4)二次衬砌采用全断面液压衬砌台车，泵送混凝土作业，全隧配置了10套衬砌台车。
(5)施工通风采用了压入式通风，洞流风机诱导风流，改善了隧道施工环境，提高了人员及设备的工作效率。
(6)施工中采用超前钻探、TSP203超前地质预报和围岩量测等先进技术进行施工预控，科学指导施工。
4 主要施工技术
(1)施工准备
开工之后首先修筑临时施工便道，架设施工供电线路和铺设供水管道，砌筑洞顶截水沟，开挖洞口段土方。洞口场地开挖完成后，安装和修建隧道供风、供水、发电、混凝土生产、钢构件加工等设备与设施。洞门工程在隧道进洞正常施工后及时安排施工，尽量避开雨季。
(2)超前预报
运用TSP203、地质雷达、超前钻探、地质素描等先进仪器和手段进行综合超前地质探测与预报，提前推测前方地层岩性及异常情况，及时制定针对性的施工措施，优化施工方案。
(3)洞身开挖
正洞Ⅳ级围岩采用三台阶临时仰拱法施工，Ⅲ级围岩采用台阶法施工，Ⅱ级围岩采用全断面法施工。斜井Ⅲ级围岩采用全断面法施工；Ⅳ级围岩采用台阶法施工，Ⅴ级围岩采用上部弧形导坑预留核心土三步台阶法施工。钻孔采用风动凿岩机，爆破采用导爆管非电微差起爆和光面爆破技术。出碴采用无轨运输方式，波依特铲装机装碴或CAT320挖掘机配合WA470侧卸式装载机装碴，北方奔驰自卸汽车运输。
斜井采用垂直挑顶法挑顶进入正线隧道，因该部位结构受力复杂，采用格栅钢架支护加强。
施工方法及进度指标见表1。
表1 施工方法及进度指标注：1.考虑超前地质预报、工序转换等每月预留5～6 d机动时间，进度按25 d计；2.斜井进入正洞挑顶按0.5月计。围岩级别施工方法循环进尺/m循环时间/min日循环数日进尺/m月进度/m斜井正洞Ⅱ全断面2 83603 59 80245Ⅲ全断面2 53603 58 75220Ⅳ正台阶2 04803 06．00150Ⅴ短台阶1 54803．04 50100Ⅱ全断面3．05402 57 50180Ⅲ短台阶2 54802 56 00150Ⅳ三台阶临时仰拱法2．05252．04．00100
(4)洞身支护及衬砌
初期支护采用TK961型混凝土湿喷机湿式喷射混凝土；自制简易轮行式移动工作平台铺设复合防水板；二次衬砌采用10.5 m长全断面钢模整体式液压衬砌台车、泵送混凝土灌注施工。混凝土采用自动计量拌和站生产，混凝土输送车运输。
(5)仰拱及填充
为了保证出碴、材料运输与仰拱及填充施工平行作业，保证仰拱及填充施工质量，减少施工干扰，加快工作面的掘进速度，施工过程中，仰拱、填充混凝土采用全幅整体灌注，采用移动栈桥解决洞内出碴进料与仰拱施工之间的干扰问题，出碴运输车辆在栈桥上行驶，栈桥下进行仰拱、填充混凝土灌注。
(6)施工通风
施工通风采用大功率通风机，大直径通风管压入式通风。金寨隧道进口配置1台2×110 kW通风机， φ1.5 m通风管压入式通风 ；金寨隧道出口配置1台2×130 kW通风机， φ1.5 m通风管压入式通风，洞内 2×110 kW通风机接力通风；斜井洞口配置2台2×110 kW通风机，布置双管路，进入正洞后分别向2个作业面通风。为加快洞内空气流速并诱导风流，在洞内每个衬砌台车前及斜井与正洞相交处各安装1台37 kW射流风机。
5 施工安全控制
金寨隧道以石英片岩、花岗闪长岩及花岗岩为主。石英片岩地质节理裂隙发育，开挖后普遍稳定性较差，原设计Ⅱ级围岩变更为Ⅳ级及Ⅳ级加强达2 100 m，给施工安全带来了不可预见因素。施工中不断摸索、总结，采取针对性措施。
(1)对于设计提示或现场分析可能出现不良地质地段，采用TSP203超前地质预报系统进行超前地质预报，并结合工作面地质描述，预测前方水文工程地质情况，结合预报资料采取相应措施。
(2)隧道开挖始终坚持“长探短进”，即每次开挖前根据工作面围岩产状，选取适当部位，钻5～6 m的水平超前探孔进行地质预报，根据预报结果及以往的施工经验决定循环开挖长度。
(3)严格控制仰拱开挖长度，Ⅲ级围岩仰拱开挖长度不大于8 m，Ⅳ级围岩仰拱开挖长度不大于7 m，Ⅳ级围岩加强及特殊地质地段不大于5 m，基底承载力特别差的地段不大于3 m。仰拱开挖到混凝土浇筑间隔时间不超过24 h，并在开挖后加强监控量测。
北方奔驰(4)隧道洞口段、浅埋段和断层破碎带地段，采取弱爆破、短开挖、强支撑、早成环、紧衬砌的原则，步步为营，稳扎稳打，以策安全。
(5)凿岩机钻眼时，必须采用湿式凿岩，严禁在残眼中继续钻眼。
洞内爆破时，必须统一指挥，所有人员应撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的地点，安全距离独头坑道为200 m。
隧道爆破后必须经过通风排烟，安全检查人员进入工作面，经过检查和处理确认安全后，其他施工人员才准进入工作面。隧道施工通风设备要经常维护，以确保向工作面施工人员供应足够的新鲜空气。
隧道开挖后，及时进行支护。围岩量测数据有突变或喷混凝土表面开裂、地表出现裂缝时，应视为危险警告信号，必须立即通知施工人员撤离现场，待加固处理后再行施工。
隧道不良地质段施工，加强超前地质钻探，做好地质预测预报。严禁盲目蛮干，衬砌应及时施作，洞口应配备足够的抢险材料，防止隧道出现坍方。
(6)富水地段进行超前预注浆堵水，防止地下水渗透贯通围岩节理、裂隙，造成松脱、掉块、坍塌。
(7)金寨隧道施工揭示地下水发育，斜井工区最大日涌水量达6 400 m3，反坡排水、仰拱整幅开挖、斜井等原因均需抽排，为防止最大涌水出现险情，共铺设φ100 mm的抽排水管并排7道。在斜井井底设置2个大型抽水泵站，每个泵站配置45 kW的多极离心泵3台，洞内每300 m左右设一泵站，每站均设备用泵。
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