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高海拔特长小断面公路隧道快速施工技术研究

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：苟涛

[导读] 摘要：雀儿山隧道平导净断面尺寸为4m×5m，隧道施工中各个工序因施工空间小难度大进度较慢，通过对出渣施工，二衬施工工序进行合理的穿插配置并优化原有断面设计，与原施工方法及工艺进行对比，加快了小断面隧道施工进度，而且提高了施工效率，达到提前竣工的目的。

        中铁一局集团第四工程有限公司 712000
        摘要：雀儿山隧道平导净断面尺寸为4m×5m，隧道施工中各个工序因施工空间小难度大进度较慢，通过对出渣施工，二衬施工工序进行合理的穿插配置并优化原有断面设计，与原施工方法及工艺进行对比，加快了小断面隧道施工进度，而且提高了施工效率，达到提前竣工的目的。
        关键词：小断面隧道特长公路隧道快速施工高海拔
        1、工程概况
        雀儿山隧道是世界第一高海拔超特长公路隧道，隧道位于四川省甘孜州德格县境内。隧道进口端洞口海拔4300m，出口端洞口海拔为4232m。主洞长7079m，平导长7108m，平导断面尺寸仅为4m×5m，隧道采用双头掘进，隧址区属典型的高原越岭高寒气候。主要特征是：热量条件不足，气候寒冷，气温年差较小，日差较大；
        2、快速施工的改进
        2.1、开挖出渣施工的改进
        由中铁一局四公司承建的雀儿山隧道出口端平导设计断面为4.5×5.0m，长3576m，设计出渣采用无轨运输方式进行施工。综合考虑效率及能力问题，选择ZL40装载机配合12m3自卸车出碴，若采用更小的装载机，会装不起大一些的石头，采用更小的自卸车，会大大降低效率。而ZL40装载机宽度为2.8m，12m3自卸车宽度为2.4m，再考虑车与洞壁、车与车之间的3个间隙0.2X3=0.6m，则需要的宽度至少为2.8+2.4+0.6=5.8m＞4.86m（隧道初支后的底宽），故无法完成装碴作业，经过分析可以看出，只要将曲墙开挖变成直墙开挖后，即可以满足出渣需要。从结构上考虑我们选择了直墙开挖曲墙衬砌的方案。以下是设计图、直墙开挖直墙衬砌和直墙开挖曲墙衬砌对比图（以PⅣ为例）：

        图1：PⅣ设计曲变直衬砌断面对比图
        2.2、开挖会车问题的解决
        雀儿山隧道每隔250m即有一处横通道，本标段内有2个辅助通道，3个车行横通道，8个人行横通道。将人行横通道全部变更为辅助施工横通道，以250m为一个出渣会车的循环，将可以改善出渣会车困难的问题，同时也可以解决平导二衬施工与掌子面出渣冲突的问题。人洞变车洞几何尺寸：

人行洞辅助洞
图2：人洞与车洞断面对比图

        图3：会车简易示意图
        雀儿山隧道平导断面小[2]，不能满足2辆车并排行驶，而且加上洞内灯光昏暗，易发生事故，从图2和图3可以看出，1号车在横通道口进行掉头，倒入掌子面进行出渣，待出渣的2号车辆可以暂时停靠在横通道里面，等1号车行驶过横通道后，2号车辆再倒入掌子面进行出渣，通过反复循环，解决了小断面出渣会车困难的问题。
        2.3、二衬快速施工的改进
        雀儿山隧道平导二衬施工最大的障碍就是二衬施工与洞身出渣不能同时进行，二衬施工完成后的底脚宽度只有4.4m，自卸车宽度为2.4m，混凝土输送泵的宽度为2.06m，2.06m+2.4m＞4.4m，因此可以看出在施工二衬过程中不能进行二衬施工。平导一组二衬浇筑完成的时间为6~8个小时，出渣的时间为3小时左右，若等到二衬完成浇筑后进行出渣工序的话，那将耽误一个开挖循环，对工期有不利影响。
        为解决该问题，经过探讨分析，若要解决此问题，必须将二衬施工和出渣工序安排在相互独立的区间内，这样就不影响二者同时施工。为了达到该目的，需将横通道利用起来，二衬与掌子面的最远步距控制在250m，雀儿山隧道每隔250m便会有一个横通道且建议将人洞全部变更为辅助施工横通道，在施工过程中，出渣车就可以通过横通道进入大洞出渣，这样有几个必要的条件：
        （1）、变人洞为辅助施工横通道。
        （2）、有一个横通道必须具备通车条件（间距250m）。
        （3）、二衬施工端头里程必须小于离掌子面最近的一个横通道里程。
        （4）、加强监控量测频率，保证施工安全。

                        图4：二衬施工示意图
        3、辅助措施
        （1）、高海拔缺氧地区隧道施工通风和供氧是制约隧道快速施工的主要因素之一。雀儿山隧道通风利用巷道式通风与压入式通风相结合，轴流风机进洞，射流风机加速污风出洞等措施，极大的改善了洞内施工环境，加快了工序循环。供氧采用专用输送管道减少过程损失，保证掌子面氧气含量确保工人的人身健康安全。
        （2）、仰拱施工利用栈桥和橡胶气囊相结合的施工工艺。栈桥避免了前方施工与仰拱施工的相互影响，橡胶气囊制作成中央水沟的几何尺寸，立模板时间减少，气囊脱模方便加快了施工循环。
        （3）精细化管理保证隧道施工快速掘进。包括了人员配置、机械保证、材料供应等各个方面。高原地区工人个人劳动效率下降，故增加了同一工序人员班次数（平原一班，高原增加到三班），机械因氧含量低，燃料不能充分氧化反应，CO、碳氧化合物等排放超标，通过安装尾气净化装置解决这一问题。雀儿山隧道运输线路路况复杂，运输成本高，通过各种节能节材方法，降低能耗，达到节约成本目的。
        4、结论
        本文小断面快速掘进技术适用于各种小断面隧道施工。本技术在保证施工质量的前提下，大幅提高了施工效率，避免了小断面施工各个工序相互影响的弊端，得出以下结论：
        （1）隧道通过增大底部初支断面宽度，使得普通机械可以并排在掌子面进行施工作业，通过增大横通道断面尺寸，利用横通道作为会车通道，同时也作为二衬施工的一个节点面，横通道往洞口方向都安排为独立的二衬施工区域，使得掌子面施工和二衬施工相互不影响。
        （2）加强管理，改进隧道辅助措施，如通风供氧安排专人负责、气囊在仰拱施工中的应用，新工艺，新技术的大量应用，使得施工方便、快捷、节约成本。
        （3）本技术不足之处，就是关于铁道部2010（120）号文关于步距的要求不能满足，但是我们在施工过程中加强了监控量测的频率，增加了监控量测的断面密度，通过信息化施工确保整个隧道安全都在可控范围之内。
        参考文献：
        [1]曹国平.长大隧道有轨运输方案经济性研究[J].山西建筑.2007.10
        [2]胡海英.小断面隧道施工关键技术[J].山西建筑.2009.6
        [3]长大隧道快速施工初探[J].中国学术期刊网
        [4]刘志春.东秦岭特长隧道平行导坑快速施工组织管理与进度统计分析J].石家庄铁道学院学报2004.6
        [5]小断面平行导坑快速施工技术[J].中国科技信息.2008.4