論特長隧道的系統(tǒng)探測及施工

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摘要         特長隧道一般地層復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造往往有斷裂、褶皺，可能存在活動(dòng)性斷層、圍巖失穩(wěn)、突然涌水、高地溫、巖爆，甚至巖溶高壓水、瓦斯天然氣、大變形等地質(zhì)災(zāi)害問題，不可預(yù)見性較大。因此，其地質(zhì)的探測、預(yù)報(bào)，對施工方案的選擇確定、及時(shí)靈活地處理各種問題，對工程項(xiàng)目的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本控制，具有非常重大的作用。 

Summary      long tunnel General formation geologic structure complex, often has broken, fold, there may be active faults, rock instability, sudden inrush of water, high temperatures, detonation, rock and even Karst high pressure water and methane gas, large deformation, geohazards, unpredictable. Therefore, its geological exploration, forecasts, on the construction plans of the flexibility to determine, timely, and deal with various issues, project safety, quality, schedule, cost control, has a very important role. 

關(guān)鍵詞：特長隧道、復(fù)雜的地質(zhì)條件、探測預(yù)報(bào)、施工方案

    一般來講，公路、鐵路、水利水電等工程項(xiàng)目建設(shè)，分為規(guī)劃、可行性研究、初步設(shè)計(jì)、技施設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行六個(gè)階段。工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察探測工作，主要在設(shè)計(jì)、施工階段，常用的勘察方法有地質(zhì)測繪與調(diào)查、勘探與取樣、原位測試、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場檢驗(yàn)與監(jiān)測等。通過資料查閱勘察區(qū)的工程地質(zhì)條件-----地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象和工程地質(zhì)現(xiàn)象等，結(jié)合勘察目的，進(jìn)行勘探取樣，勘探方法一般采用鉆探、井探、洞探等?，F(xiàn)場檢驗(yàn)根據(jù)施工的實(shí)際情況，對勘察成果進(jìn)行補(bǔ)充修正，必要時(shí)需進(jìn)行施工階段勘察；現(xiàn)場監(jiān)測（主要內(nèi)容：對巖土性狀受施工影響而引起變化的監(jiān)測；對施工和使用中構(gòu)造物的監(jiān)測；對環(huán)境條件，包括工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及相鄰結(jié)構(gòu)、設(shè)施等可能發(fā)生的變化進(jìn)行監(jiān)測）對工程施工安全質(zhì)量進(jìn)行控制。   

    特長隧道的地質(zhì)勘察探測，適宜使用高性能的探地雷達(dá)來進(jìn)行，不論是設(shè)計(jì)還是施工。探地雷達(dá)通常由雷達(dá)系統(tǒng)和顯示處理系統(tǒng)兩大部分組成，雷達(dá)系統(tǒng)由發(fā)射脈沖源、收發(fā)天線、取樣接收及主機(jī)控制電路等組成，用來獲得目標(biāo)的回波信息；顯示系統(tǒng)由工控機(jī)和探地雷達(dá)專用測量、處理軟件組成，具備動(dòng)態(tài)調(diào)試、實(shí)時(shí)圖像連續(xù)顯示、數(shù)據(jù)處理和三維成圖的功能。工作時(shí)，由發(fā)射脈沖發(fā)出的脈寬為毫微秒量級的視頻脈沖，經(jīng)位于地面上的寬帶發(fā)射天線耦合到地下，當(dāng)發(fā)射脈沖波在地下傳播過程中遇到介質(zhì)分界面、目標(biāo)或其它局域非均勻體，一部分脈沖能量反射回地面，由地面上的寬帶接收天線所接收。取樣接收電路在雷達(dá)主機(jī)取樣控制電路控制下，按等效時(shí)間采樣原理將接收到的高速重復(fù)視頻脈沖信號轉(zhuǎn)換成低頻信號，送至顯示系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和處理，自動(dòng)繪制探測結(jié)果的CAD三維立體圖。高性能探地雷達(dá)適用于：基巖探測，水文調(diào)查，探地調(diào)查，巖熔及空洞探測，湖（河）底形態(tài)調(diào)查，隧道超前探測，壩體深部探測，冰川調(diào)查，滑坡調(diào)查；古墓及其它未知物探測，管網(wǎng)普查及管線探測，壩體質(zhì)量檢測，不明物體定位；隧道襯砌質(zhì)量檢測，混凝土質(zhì)量檢測，墻體質(zhì)量檢測，路面檢測（分層、缺陷定位及質(zhì)量評估），橋面及橋樁質(zhì)量檢測等。 

    因此，在設(shè)計(jì)階段主要使用高性能探地雷達(dá)，需要時(shí)采取井探或洞探，使雷達(dá)探測盡量接近擬建隧道頂部高程，來探測成像、清晰獲取隧道地質(zhì)水文情況，以選擇確定隧道路線、開挖方法、襯砌方式等。在施工投標(biāo)階段，需較深入地調(diào)查隧道地質(zhì)水文情況，擬定較系統(tǒng)的雷達(dá)探測方案，相應(yīng)的隧道施工方案、施工組織設(shè)計(jì)；中標(biāo)進(jìn)場后，抓緊進(jìn)行系統(tǒng)的地質(zhì)水文雷達(dá)探測，結(jié)合氣候氣象等當(dāng)?shù)厍闆r，優(yōu)化施工設(shè)計(jì)，確定細(xì)致的施工方案、高效的施工組織設(shè)計(jì)。大家知道，隧道施工一般可分為如下幾道主要工序：超前支護(hù)、開挖、初期支護(hù)、防水層鋪設(shè)及二次襯砌等。同時(shí)，特長隧道還要加強(qiáng)提前探測預(yù)報(bào)（主要是掌子面前方地質(zhì)情況）及施工中的探測監(jiān)測，為施工決策提供重要信息依據(jù)，以靈活及時(shí)處理各種問題。

    在取得同等支護(hù)效果條件下加強(qiáng)初期支護(hù)，以避免需要提前施作二次襯砌而影響前面的施工，導(dǎo)致總體進(jìn)度的滯后；為保證超前支護(hù)有效而快速，盡量采用自進(jìn)式錨桿；盡量減少輔助施工工序，如初期支護(hù)采用鋼纖維噴射混凝土代替鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，從而減少一道掛網(wǎng)的工序，能用系統(tǒng)錨桿解決支護(hù)問題的就不考慮設(shè)置鋼拱架；地質(zhì)較差地段設(shè)計(jì)為短臺(tái)階開挖而不是側(cè)壁導(dǎo)坑開挖等。一般采用光面鉆爆法從兩端相向施工，主要采用智能全站儀和激光指向儀進(jìn)行定位、測量、控制：

掌子面鑿眼，采用氣腿式鑿巖機(jī)，鉆孔臺(tái)架多層靈活，頂部立柱采用套管式可以上下垂直移位，頂層可以升降，臺(tái)架移位時(shí)頂層降下來，就位后頂層升上去。多臺(tái)鉆機(jī)可以同時(shí)施鉆，采用分區(qū)定人、定鉆、定時(shí)間。從而節(jié)約打眼時(shí)間，提高鑿眼效率，確保鑿眼質(zhì)量，為縮短循環(huán)時(shí)間創(chuàng)造條件。

掏槽眼，采用多級楔形斜孔掏槽，復(fù)合反向裝藥結(jié)構(gòu)。其底部炮眼深度的1/3處裝高威力炸藥，上部換成低威力炸藥，頂部保留20%炮眼長度，采用炮泥進(jìn)行堵塞。布置在開挖斷面的中央稍靠下部，以使底部巖石破碎，減少飛石，且比輔助眼深10cm。采用毫秒延期雷管爆破，每級掏槽眼同時(shí)起爆，各級之間延期時(shí)間50ms。周邊眼采用不耦合裝藥，選用Ф20小藥徑空氣柱間隔裝藥，即徑向空氣間隙不耦合裝藥結(jié)構(gòu)和軸向空氣柱間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。

山頂修建高壓水池滿足掌子面施鉆的水壓要求，洞口配置空氣壓縮機(jī)為掌子面施鉆提供高壓風(fēng)。根據(jù)施工進(jìn)展及洞內(nèi)地質(zhì)、空氣等情況，采用送入和抽出相結(jié)合進(jìn)行通風(fēng)換氣，洞內(nèi)風(fēng)管采用機(jī)制高強(qiáng)度板材（防火無毒、易于拼裝），向洞內(nèi)及掌子面送風(fēng)，并噴灑水霧，以降低毒氣、清新空氣。進(jìn)洞較長距離后，即在第二個(gè)緊急停車帶加寬處增設(shè)儲(chǔ)風(fēng)罐，隨著掘進(jìn)的推進(jìn)，儲(chǔ)風(fēng)罐又移至第三個(gè)緊急停車帶加寬處，以滿足掌子面高壓風(fēng)的供應(yīng)。

采用裝載機(jī)裝碴，當(dāng)渣量裝到2/3時(shí)，一臺(tái)挖掘機(jī)即到掌子面配合裝載機(jī)，從而保證裝碴速度，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況利用斗齒適當(dāng)安全排險(xiǎn)，減少排險(xiǎn)作業(yè)時(shí)間，運(yùn)輸汽車臺(tái)數(shù)隨運(yùn)距的增加而逐漸增加，確保裝、運(yùn)匹配。鉆爆臺(tái)架就位后，排險(xiǎn)完成的同時(shí)，完成激光指向儀自動(dòng)投點(diǎn)，開始掌子面放樣，并采用雷達(dá)或激光限界檢測儀及時(shí)檢查超前挖情況。保證出碴速度、排險(xiǎn)及掌子面放樣速度，縮短循環(huán)時(shí)間。

    初期支護(hù)一般緊跟及時(shí)，噴射混凝土采用濕噴，錨桿施工采用錨桿臺(tái)車鉆孔。為防止隧道變形，避免圍巖失穩(wěn)，仰拱須在2次襯砌之前施作；拱、墻部初期支護(hù)形成后要盡早鋪設(shè)仰拱，以使初期支護(hù)盡快形成封閉受力結(jié)構(gòu)，為2次襯砌施工的模板臺(tái)車軌道鋪設(shè)提供條件，同時(shí)，也為洞內(nèi)運(yùn)輸提供便利。

    二次襯砌采用先仰拱、后上部的施工順序；采用襯砌臺(tái)車，大模板施工；混凝土采用洞外攪拌站拌合，混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，灌注混凝土采用輸送泵直接輸入臺(tái)車內(nèi)。2次襯砌采用液壓全斷面襯砌臺(tái)車，單洞單口分別配置兩臺(tái)（兩臺(tái)型號不同）的二次襯砌臺(tái)車。大型號臺(tái)車作為1號臺(tái)車先行進(jìn)洞，承擔(dān)二襯澆筑主要任務(wù)；小型號臺(tái)車作為2號臺(tái)車后行進(jìn)洞，放在后面主要承擔(dān)加寬帶、橫洞口及射流風(fēng)機(jī)預(yù)留處等復(fù)雜段落二襯澆筑任務(wù)。1號臺(tái)車澆筑循環(huán)距掌子面始終保持在200～260m范圍內(nèi)，穩(wěn)步推進(jìn)，必要時(shí)可跳段施工。1號臺(tái)車澆筑襯砌實(shí)現(xiàn)快循環(huán)，取得較快進(jìn)度的的主要做法如下：

(1) 超前50m鋪設(shè)防水板，且對焊縫提前做好真空檢查，確保不因防水板鋪設(shè)進(jìn)度或質(zhì)量原因而影響二襯的正常推進(jìn)；

(2) 超前兩板標(biāo)準(zhǔn)施作矮邊墻，同時(shí)盡量將二襯內(nèi)的預(yù)埋管件、預(yù)埋箱安裝到位，以節(jié)約二襯臺(tái)車到位后的立模就位時(shí)間；

(3) 二襯混凝土中依照配合比適量摻加外加劑，提高早期強(qiáng)度，保證混凝土入模后10小時(shí)內(nèi)強(qiáng)度達(dá)到3.0Mpa，實(shí)現(xiàn)盡快脫模；

(4) 二襯脫模后，由專門班組及時(shí)完成預(yù)埋洞的脫模及二襯缺陷修飾等作業(yè)；

(5) 洞內(nèi)變壓器適時(shí)跟隨1號臺(tái)車前移，以滿足澆筑時(shí)輸送泵、搗固機(jī)等正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證澆筑的順利進(jìn)行。

    進(jìn)行科學(xué)合理的施工組織，為快速施工提供有力保障：

1  整平層跟近掌子面。進(jìn)洞100m全斷面后即組織施作整平層（作好排水），使其距掌子面控制在80m以內(nèi)，以改善洞內(nèi)的施工環(huán)境，為出碴鋪平道路，節(jié)省運(yùn)碴時(shí)間。

2  機(jī)械通風(fēng)、噴霧灑水及時(shí)到位。進(jìn)洞1500m后采用三級混合式通風(fēng)，將一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)安設(shè)在離洞口20m處，并連接Ф150風(fēng)筒布至掌子面附近，掌子面炮響后開始送風(fēng)。通風(fēng)10分鐘后，掌子面100m范圍內(nèi)空氣即可置換完畢；將一臺(tái)風(fēng)機(jī)安設(shè)在1號襯砌臺(tái)車上，掌子面炮響10分鐘后開機(jī)工作，將濁煙吸入排向洞口；將一臺(tái)風(fēng)機(jī)架設(shè)在距掌子面500m處，隨掌子面的推進(jìn)適時(shí)前移，連接Ф60的風(fēng)筒布至洞口，將濁氣抽出。通風(fēng)機(jī)開關(guān)由調(diào)度室專人負(fù)責(zé)，除爆破通風(fēng)外，鉆眼、出渣等仍保持經(jīng)常性通風(fēng)，確保機(jī)械通風(fēng)經(jīng)常化。安排兩名專職人員對掌子面及隧道內(nèi)路面進(jìn)行及時(shí)跟蹤灑水，爆破前、爆破后、裝渣前與裝渣過程中噴霧灑水沖刷巖壁及渣堆，確保噴霧灑水正規(guī)化。如果出口段為上坡段，洞內(nèi)空氣不易外流，洞內(nèi)空氣環(huán)境也可維持良好，為安全快速施工創(chuàng)造條件。掌子面炮響10分鐘后機(jī)械車輛即可到掌子面裝運(yùn)棄渣，20多分鐘后即完成集中作業(yè)區(qū)（距掌子面260m以內(nèi)）的通風(fēng)排煙除塵。

3  出碴期間洞內(nèi)排除一切阻路干擾。整平層澆筑、防水板供料等影響道路通暢的作業(yè)，出碴期間統(tǒng)統(tǒng)避開。

4  分工明確、責(zé)任到人、考核到位。掌子面鉆爆開挖分立三個(gè)班組，每個(gè)班組施工時(shí)分區(qū)、定人，鉆眼、裝藥、聯(lián)線一體化，即每個(gè)部位的作業(yè)人員基本固定，鉆眼作業(yè)者同時(shí)負(fù)責(zé)所鉆孔的裝藥聯(lián)線。每月底根據(jù)爆破質(zhì)量、循環(huán)進(jìn)尺及綜合進(jìn)尺對班組及個(gè)人同時(shí)進(jìn)行考核評比。