长大隧道施工技术浅析

摘 要：随着我国社会经济的飞速发展，基础设施大力建设，为了减少线路长度，快速运输，提高旅客舒适度，缩短运输时间，长大隧道在公路、铁路、市政、水利建设中越来越多，越来越长。施工企业必须结合现有的施工技术和施工设备，不断优化施工组织和工艺，强化过程管控，安全快速的完成施工，才能在国际、国内的市场竞争中立于不败之地。本文作者以目前常用的施工方法为例，从长大隧道斜井施工技术对比分析，正洞快速施工和隧道辅助施工措施等几个方面进行对比分析、探讨，长大隧道快速施工组织的方法，希望给相关的工作人员提供一定的借鉴，起到抛砖引玉的作用。

关键词：长大隧道；斜井施工；快速施工

我国的长大隧道的修建从20世纪80年代的14.29km大瑶山隧道开始，到2006年建成的20.05km的乌鞘岭隧道，再到2014年开通的32.645km的关角隧道，经历了几代人、几十年的研究、发展，隧道长度也从十公里到上二十公里，再到如今的三十多公里，隧道断面大小和绝对长度不断突破，施工方法和配套设备也不断改进和更新，隧道施工技术也得到了长足发展和进步。如今长大隧道施工建设方法主要有两种，一种是机械施工方法即TBM施工法，另外一种就是钻爆施工法。由于钻爆施工法适用多种地质条件，工程总投资较少，施工灵活多变，可以通过增加斜井（竖井或横洞）以增加正洞施工工作面来实现“长隧短打”，分而食之的快速施工方法，以达到缩短施工工期的目的，在我国现阶段长大隧道建设中钻爆施工法应用十分广泛，举不胜举。

（一）斜井施工技术对比分析

目前，长大隧道长度达到几十公里，独头掘进的平行导坑法也不合时宜；钻爆法施工长大隧道，为解决运输、通风、排水等施工难题，必须增加斜、竖井（或横洞）来增加工作面，通过“长隧短打”，以达到快速施工，缩短建设工期，以达到快速施工快速建成投入使用的目的。一般长大隧道都需设一座或多座斜井，乌鞘岭隧道共设了15座斜、竖井（含横洞），关角隧道设了11座施工斜井，斜井是长大隧道的重要组成部分。

斜井是隧道施工阶段进料出渣、通风排水、人员上下班的运输通道，斜井的正洞任务划分、施工速度、通道设置、运输组织直接决定隧道正洞的正常施工组织，要想提高隧道施工的效率，斜井的合理施工组织变得尤为重要。必须根据施工所在地地形、地貌以及正洞走向选择最优的斜井位置、坡度、断面形式，选择最优的施工方案、技术工艺及配套的施工机械设备，才能保证斜井安全快速的建成。

一、斜井施工参数选择对比分析

1.1 斜井位置的选择

斜井井口根据地形地貌、地质构造、线路走向、施工任务划分、防灾等情况综合确定，井口尽量选择在地势平坦、地质稳定、斜井坡度适宜的位置，才能确保斜井安全顺利的建成和正洞施工弃渣、运输、通风、排水等方面的需要。

1.2斜井施工任务划分

各斜井将正洞划分为不同的施工段落，将担负各斜井之间的施工任务；为确保斜井能够在指定的工期内完成相应的施工任务，斜井任务划分必须合理。斜井任务划分必须综合考虑斜井长度、断面、地质条件等多方面因素，以求平衡合理。斜井短、断面大、地质条件好的斜井，施工干扰小，组织简单，运输速度快，作业效率高，施工任务可以适当增加；斜井长、断面小、地质条件差的斜井施工难度大，进度慢，施工任务应适当减少。

1.3斜井坡度和运输方式的选择确定

不同的运输方式的坡度限制不一样，斜井坡度应根据运输方式来决定。目前，常见的斜井运输主要包括汽车无轨运输和有轨设备提升运输两种，应根据规范限制并充分考虑出渣运输的施工安全和运输效率。汽车无轨运输具有机动灵活，无需铺设轨道，不受洞口与渣场距离及坡度限制，汽车无轨斜井最大坡度应限制在12%以内，以10%左右为宜，如果无轨运输坡度太大，运输速度较低，且对设备磨损严重；某隧道斜井采用碎石机在正洞内破碎石块，斜井用皮带机运输出渣，再在斜井口通过汽车转运的无轨运输模式，可以不间断出渣，斜井只进料，大大减轻了斜井运输压力，但是设备初期投入和维修保养费用较大，如有损坏对施工影响较大；有轨斜井的坡度应限制30%以内，满足设备负重爬坡和正常运输能力，确保正常施工。如果在斜井坡度允许的情况下，无轨汽车运输具有优点多，还是应该优先选择此法。

1.4斜井断面形式的选择确定

斜井断面形式的选择应当在建设投资合理，能正常发挥施工效率的前提下，根据施工方法、施工任务、斜井进料出渣数量、车辆频次、施工工期、通风排水及高压风管的布设和人行通道的宽度等因素综合确定。斜井施工断面有单车道断面和双车道断面。

1.4.1单车道斜井。单车道斜井断面小，施工组织困难，建井期施工难度大，出渣进料困难，施工效率低；正洞施工时因斜井断面小，运输速度慢，工作效率低；单车道无轨斜井还需间隔设置错车道或调头洞，在一侧加宽3m，长30m，两头各5m的过渡段，间距一般在200-300m，以供错车或调头使用。单车道断面适用于斜井长度长、地质条件差，承担施工任务少、工期压力小的斜井。

1.4.2双车道斜井。双车道断面由于断面较大，能满足车辆双向并排行驶，施工运输受限小，斜井和正洞施工组织简单，工作效率较高，从实践对比分析，双车道斜井施工效率是单车道斜井施工效率的1.5-2倍。在斜井长度小，增加投资少，担负施工任务多，施工工期紧的情况下应优先选择双车道断面，以减少施工组织难度，提高施工效率，确保隧道安全、快速建成并投入使用，以尽快发挥其经济效益。

二、斜井施工方法比选确定

2.1斜井装运出渣方法的选择

装渣方法决定于斜井的断面大小和车辆的大小，考虑装运能力和速度，一般都采用ZL-50C型装载机装车加自卸式汽车运输的方法。单车道断面由于只能停放一辆车，可将自卸车停放在靠近掌子面的错车道，利用装载机端渣倒车至自卸车位置，再给自卸车装渣运出；或使用挖装机，挖装机前面可以一边挖渣，一边通过皮带运输机在挖装机尾部将石渣输送到自卸车上完成装渣，再由自卸车运出；挖装机设备较大，行动较慢，不灵活，挖装铲斗较小，装渣速度较慢。双车道断面，能两辆车并排停放，可将自卸车与装载机并排停放在掌子面，能充分利用装载机快速灵活、转载能力大的特点快速给自卸车装渣，通过自卸车运出完成出渣。这三种出渣装运方法，很明显双车道断面出渣方式最简便快速，挖装机装渣速度其次，装载机端渣速度最慢，如下图。

2.2 斜井井底优化布置

目前长大隧道出于施工安全和抢险救援等多方面的考虑，基本都设计成双线分离的单线隧道，斜井井底则成为与正洞四个作业面的交汇点，也是进料出渣和人员进出的必经通道，斜井井底运输是否繁忙，调度指挥非常困难；如何合理进行井底布置，将成为能否快速组织正洞施工的关键。

出于施工安全和设备安全等因素考虑，斜井底必须设一段平坡段，以实际经验来看，平坡段的长度控制在60m左右为宜；单车道斜井在井底平坡段应加宽为双车道，以满足井底错车、停车之需要。近年来，我们对原单斜井施工方案进行探讨和优化，通过在斜井底增设斜井副联洞以增加正洞与斜井的连接通道，以及合理的布设施工横通道，以实现交通上下方向分流；并将斜井主副联之间的正洞Ⅱ线和两施工横通道之间的正洞Ⅰ线作为井底停车场和设备安装场地，该方法很好地解决了斜井底三岔口施工组织和运输的瓶颈，并降低了施工难度和安全风险，值得推广和学习。如右图。

（二）长大隧道快速施工技术

随着我国公路、铁路、市政、水利等工程项目建设如火如荼的推进，长大隧道在线路中所占的比重越来越高，大多长大隧道在线路中都是重点控制性工程，如何快速施工长大隧道成为施工中的关键。

一、长大隧道快速施工的制约因素

长大隧道钻爆法施工呈流水作业，主要包括超前地质预报、测量放线、钻爆施工、装渣运输、支护作业、仰拱施工、防排水作业、二次衬砌和通风排水等工序，对隧道施工影响大的主要是钻爆施工、装渣运输、支护作业、仰拱施工、二次衬砌和通风排水作业。

二、长大隧道快速施工解决措施

为控制和压缩耗时多的工序时间，加快隧道整体施工速度，须以可靠的技术方案方法为依托，先进的机械设备为保障，合理的施工组织为落脚点，辅以激励考核机制，提高工作积极性，使人物技达到协调统一，方能达到最佳效果，保证快速施工。

2.1隧道开挖方法选择

目前隧道开挖方法有多种，从工程造价和施工速度方面考虑，施工方法的优选顺序应为全断面法正台阶法台阶设临时仰拱法中隔壁（CD）法交叉中隔壁（CRD）法双侧壁导坑法。开挖方法的选择应综合地质情况、断面面积等因素确定，合适的施工方法才能确保工程质量、施工安全的前提下，达到快速施工的目的。

2.2快速钻爆施工

2.2.1优先选择使用凿岩台车或多功能台架，以缩短施钻的时间，加快工序作业。

2.2.2根据围岩条件和机械设备配备等情况，利用深孔钻爆增加单循环进尺长度。

2.2.3合理钻爆设计。钻爆设计须根据地质条件、开挖方法、净空断面、进尺长度、钻眼方法和爆破材料进行，达到进尺合适，控制好超欠挖，减少补炮作业，加快循环时间。

①钻爆设计应包括炮眼的布置、数量、深度，钻爆器材、装药量和装药结构，起爆方法、起爆顺序，钻眼机具等内容。

②炮眼布置应符合：掏槽眼可采用直眼或斜眼掏槽；周边眼沿隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面与设计相符；辅助眼交错均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，力求爆破效果达到石块块径适合装渣运输需求；周边眼与辅助眼应在同一横断面，掏槽眼应加深10cm。

③掘进眼、内圈眼、底板眼宜采用连续装药结构，周边眼宜采用小直径连续装药或间隔装药。当遇软石时，可采用导爆索装药结构；当眼深小于2m时，可采用空气柱状装药结构。

④隧道爆破应采用光面爆破。光面爆破参数应通过试验确定；光面爆破宜采用低密度、低爆速、低猛度或高爆力的炸药。

2.3快速出渣运输

正洞出渣运输采用装载机、挖机和自卸汽车组合装渣运输的方式最快。单线铁路隧道施工运输的合理组织成为制约快速出渣的瓶颈，掌子面可并排停放两辆车确保快速装渣，二次衬砌后仅能满足一辆出渣车单向通行，如何合理组织成为快速运输的关键。只有将靠近掌子面的横通道作为空车临时停车场，满载车通过后，空车开向掌子面装渣；在衬砌面后利用横通道和左右线形成环线，呈单向行驶，减少错车，避免拥堵，加快出渣运输速度。单车道斜井隧道施工运输因断面小，车辆多，需较强的调度组织能力，经常通过左右线错开工序或分主次工作面来缓解运输压力。

2.4快速支护作业

支护作业主要包括超前支护打设、系统锚杆打设，钢架架立、挂网和喷锚作业。该工序的快速施工比较简单，须合理施工组织和使用先进的机械设备。使用机械立架和机械喷锚手可以减少作业人员，大大提高作业速度，缩短工序时间。

三、影响长大隧道施工的辅助措施

3.1 测量和量测

隧道测量就似大海航行罗盘指向，必须谨慎认真，并遵循一定的原则和方法，准确快速的完成测量放线。目前使用全站仪进行测量，并由红外线照准掌子面放出轮廓线及其他各点，一般20分钟左右即能完成测量。量测是测量围岩和初支在开挖后应力重新分配是否达到稳定状态，施工安全能否得到保证的前提，在软弱围岩隧道施工中更应合理布点，重点监测。

3.2超前地质预报

由于隧道施工具有地质构造复杂、施工多变、安全风险高等特点，施工之前必须探明掌子面前方地质、地下水、有害气体和射线情况，为选择合适的方法，安全快速的施工提供准确资料，超前地质预报发挥着重要的作用。超前地质预报的方法有机械钻探、电法、电磁法、地震波声波法和红外探水法等多种，常用一种或几种结合，以探明前方情况，指导施工。

3.3施工排水

长大隧道常常伴随较大涌水，带水作业施工作业环境差、施工效率低、施工安全隐患大、工程质量难以保证，所以长大隧道施工排水是必须考虑的大事，尤其斜井施工的隧道。施工排水须根据隧道涌水量确定抽水设备、布置管路和集水井设置，并安排专人值守，一是积及抽水，避免积水影响施工，二是确保设备正常运转。

3.4降噪除尘

在隧道施工中，因空间狭窄、设备众多、工序繁杂，各种设备产生不同的噪音相互混杂，加之因施工和设备产生的粉尘和有害气体，使作业环境不断恶化，如长时间在这种环境下工作，会使人们产生烦躁感，降低作业效率，伤害人的身心，甚至会引发一系列安全事故。我们必须降噪除尘，改善作业环境。首先，选择施工机械设备时，尽可能使用低噪音设备，并通过防震、隔离来减噪、防噪，降低洞内噪音。其次，减少粉尘和废气的产生，进洞车辆必须配空气过滤装置，限制车辆行驶速度，喷砼使用湿喷，空气中洒水除尘。最重要的是加强通风管理，增加洞内新鲜空气，排出污浊空气，提高空气质量，改善作业环境。

3.5施工照明

在隧道施工中，良好的照明非常重要，没有照明什么也看不见，根本无法施工。首先需保证照明设备有充足的亮度，且所有作业面也需具有充足的光线，确保人员、设备安全作业，应设置可移动照明和固定照明两种；其次，在危险区域应设置标志灯，全隧设应急照明灯，在通道口设立紧急逃生标志，以备不时之需。

（三）、结束语

总之，在铁路、公路、市政、水利各个行业的长大隧道建设中，施工技术日趋成熟，配套设备也日趋完善；但是，在实际施工中，还需要我们对现有技术不断总结、革新，将现有设备进行优化、改造、升级，以最优的施工技术，配合最精良的施工设备，用最合理的施工组织，辅以现代管理方法，才能真正实现安全、快速施工，最快建成、发挥长大隧道的关键作用和经济效益。

参考文献：

[1]王梦恕.钻爆法隧道施工[J].中国隧道及地下工程修建技术2010（05）：101-110.

[2]魏杰.长大隧道施工关键控制技术[J].交通世界（建养.机械），2011（01）：58-59.

[3]吴逢怀.长大隧道快速施工关键控制技术[J].交通世界（建养.机械），2011（06）：101-102.