关于隧道的施工方案的研究

　　吕梁山隧道是太中银铁路重点控制工程，该隧道全长20738m，为太中银铁路*长隧道，也是目前国内第二长隧道。该隧道DK129+255至出口DK139+930由中铁三局承担施工任务，全长10675m.本隧道设计为双洞隧道，左，右线为两座相互平行的单线隧道，间距30m.管段内设置3#，4#，5#三座斜井，斜井平均坡度为12%，3#，4#斜井分别与吕梁山隧道在右线里程DK132+035，DK132+140.71处交会，斜井长度分别为1783m，1777m，5#斜井与吕梁山隧道在右线里程DK135+770处交会，斜井长度为1190m.该段隧道正洞属于Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ及Ⅵ级加强围岩，隧道主要穿越页岩，灰岩，砂岩层，出口段为湿陷性黄土地段，在DK139+810～DK139+690段穿越青银高速，*小埋深16m，在DK137+940～DK138+160段穿越吴城断裂带，断裂带受上封村-吴城镇-会湾村逆冲断层（F27）影响，断层上盘岩性为石英砂岩，花岗片麻岩夹伟晶岩脉，岩体破碎，花岗片麻岩岩芯呈砂状，岩体稳定性很差，断层下盘灰岩岩体破碎。本区地下水类型有第四系孔隙潜水，基岩裂隙水，岩溶水，断层水。第四系孔隙潜水主要赋存于沟谷或山坡，山梁上第四系松散堆积物中，沟谷中有小股泉水涌出。

　　2总体施工组织部署

　　2.1工程范围及工区分布

　　结合本工程的地质特点，围岩分布状况，工期及施工难点，该隧道采用多口掘进平行施工组织方案，分三个施工工区同时开工。一工区负责DK137+930～DK139+930段，该段属于Ⅴ，Ⅵ级加强，地质复杂，属于黄土地段，并穿越青银高速及吴城断裂带高风险作业区，采用出口单向两个作业面掘进方式。施工阶段考虑下穿青银高速施工难度大，可能制约整体施工工期，经方案比选，增设6#横洞，横洞长150m，与左线相交与DK139+560处，跳过下穿青银高速段，采用双向四个作业面的掘进方式，缓解施工压力；二工区负责5#斜井及正洞DK134+200～DK137+930段，该段地质为Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级，围岩主要为鲕状灰岩，砂岩，页岩为主，斜井进入正洞后，采用双向四个作业面的掘进方式，离石方向只施工到吴城断裂带，考虑吴城断裂带可以出现大的突水突泥，斜井与正洞高差大，抽排水困难，吴城断裂带施工由一工区施工，抽排水可通过6#横洞排出；三工区负责3#，4#斜井及正洞左右线129+255～134+200段，该正洞段属于Ⅱ，Ⅲ级围岩，岩石主要以鲕状灰岩，砂岩为主，围岩整体性好。3#，4#斜井为主副斜井，间距为30m.3#斜井与正洞右线相交DK132+035，向太原方向单口掘进2780m，前期考虑在太原方向增加一斜井，缓解正洞的施工压力，现场实地考察，选取一位置作为增设斜井位置，定了一个初步方案，该斜井位置坡度大，只能采取有轨运输，经核算，成本投入太大，不经济，3#斜井正洞左右线只能采用单向两个作业面的掘进方式。4#斜井与右线正洞设计相交于DK132+140.71，施工阶段考虑缓解4#施工压力，对4#斜井进行改线，*终确定改线后与右线正洞相交于DK132+966，斜井长度为1610m，斜井进入正洞后采用双向四个作业面的掘进方式。

　　2.2施工进度指标确定

　　根据总体的工程任务划分，结合隧道的地质情况及隧道的施工水平，对管段内各作业口，确定了主攻方向与副攻方向，主攻方向各资源配置优先满足施工要求，副攻方向，资源配置在不影响主攻方向施工时，可进行调配使用。一工区太原方向为主攻方向，二工区5#正洞离石方向为主攻方向，太原方向为副攻方向，三工区3#正洞太原方向为主攻方向，三工区4#离石方向为主攻方向，太原方向为副攻方向。根据围岩情况及目前隧道施工水平，确定了各级围岩的进度指标：主攻方向，Ⅴ级及Ⅵ级加强围岩掘进70m/月，Ⅳ级围岩掘进100m/月，Ⅲ级围岩掘进160m/月，Ⅱ级围岩掘进180m/月；副攻方向：Ⅳ级围岩掘进85m/月，Ⅲ级围岩掘进120m/月，Ⅱ级围岩掘进135m/月。按此计算，在总工期3a内能确保整个隧道的完工。

　　2.3主要机械设备的配置

　　2.3.1空压机配置

　　空压机配置根据施工作业面及主副攻方向来确定，主攻方向配置按单个作业面施工进行配置，副攻方向两作业面按一作业面施工配置。对长大隧道，空压机采用进洞方案，都采用螺杆空压机，水冷空压机在洞内空间小，设置冷却水池不宜。空压机在1km后风损严重，空压机1km移动一次，相应的供电变压器进行移位。

　　2.3.2衬砌台车配置

　　仰拱，衬砌是保证隧道结构空间安全的关键。在隧道施工中，规定了各级围岩掌子面与仰拱，衬砌的步长关系。隧道施工始终坚持开挖，仰拱，衬砌工序之间同步跟进的施工作业理念。根据总体施工部署，我管段共配置12台衬砌台车，一工区两作业面各配置1台衬砌台车，共2台。因下穿青银高速增设6#横洞，在该横洞进入正洞后，另增设两套衬砌简易台架，确保各掌子面的衬砌同步跟进，确保隧道施工安全。二工区5#正洞管段，斜井进入正洞后，施工采用左右线四个作业面的掘进方式组织施工，衬砌台车各作业面1台，共4台。

　　三工区3#正洞太原方向两个作业面，衬砌台车各配置1台，共2台，三工区4#正洞，斜井进入正洞后采用四个作业面的施工组织方式施工，衬砌台车每作业面1台，共4台。考虑各级围岩施工进度指标与目前衬砌施工水平，施工中衬砌不能满足规定的步长关系时，采用跳衬方案，衬砌台车前行施工衬砌，满足步长关系，确保隧道施工安全，后面未施做的衬砌段将采用衬砌简易台架施工。三工区3#正洞太原方向单口掘进长度为2780m，围岩以Ⅱ级为主，按目前衬砌台车配置，衬砌施工将滞后，施工中采用跳衬方案，确保隧道结构空间的安全。待3#，4#正洞间衬砌完成后，4#正洞太原方向的2台衬砌台车移至3#正洞太原方向，施做衬砌跳衬段未施做的衬砌，可加快正洞衬砌速度。

　　3隧道施工方案

　　隧道施工是一个全面的系统工程，合理的辅助作业方案是确保隧道整体推进的前提保障。

　　3.1斜井断面方案的确定

　　吕梁山隧道斜井断面设计为5m×5.68m（宽×高），运输采取无轨运输，洞内250m设一错车平台。根据设计断面，出碴车辆只能采用单行道行使，在洞内不能调头，只能从洞口倒车到掌子面出碴。另外，罐车高度比出碴高，罐车高度为3.8m，洞内通风采用直径为1.5m的通风布向洞内供风，断面不能同时满足布置两道或三道通风布，且断面小，通风排烟困难。针对存在的问题，我们对斜井断面变为6.5m×6.43m（宽×高），并200m设置一倒车洞，取消错车平台，解决斜井断面小造成在出碴，通风等方面带来的一系列问题。

　　3.2施工供电方案

　　长大隧道施工，供电方案的选择重要性非常的突出，供电可靠是隧道内所有设备正常运转的基本保证，产生的经济效益很大。该隧道主要用电设备为：隧道内的照明，施工通风用的轴流风机及射流风机，空压机，抽水水泵，输送泵等，先期斜井施工，在长大隧道施工供电方案上考虑不周，直接采用地方电力与发电机结合的供电方式，随着斜井开挖的延伸，隧道排水设备加大，用电负荷的加大，既有供电系统不能满足用电要求，另地方871西部探矿工程2010年第8期供电不稳定，电压低，设备不能正常的运转，直接制约工程进度。针对供电方案上存在的问题，重新对长大隧道的供电方案进行调整。根据设计资料及总体的施工规划，三个工区在用电高峰期总用电量为8000～9000kW.方案调整为：由离石田家会35kV变电站架设24km接引至出口，建一座简易35/10kV变电站，架设8km线路至各斜井口，作为施工供电线路。洞内通风及其它设备用电，三个工区均采用高压（电源）进洞方案。长大隧道超过1000m，由于供电距离过长，电压损失过大。洞内主要用电设备处（泵站，空压机）设置调压变压器。因吕梁山隧道出水量大，抽水设备不能因停电影响停止工作，在洞内各级泵站处配置发电机，停电或者检修线路时候启动，确保抽水设备的正常。经过实践，该供电方案是可行的，如斜井施工前按此方案实施，可加快工程的施工进度，节约大量的资金。

　　3.3通风方案

　　施工作业环境在隧道施工中是十分重要的，通风条件的好坏直接制约工程的进度。对长大隧道的通风目前也是个技术难题。在工期开工前，通风方案的选定，必须慎重考虑，在通风机的选择，风管的直径，布设的风道数量等方面必须经过严密的计算，检算，方可实施。长大隧道的施工，分阶段的通风方案能确保洞内空气的质量。吕梁山隧道通风方案按三阶段实施：**阶段，在3#，4#之间或4#与5#之间正洞贯通前，分别从各斜井口布置轴流通风机采用压入式通风，轴流风机采用2×110kW（一道通风管路），采用直径为1.5m风筒布，可开双高双低，送风距离为2200～2300m，如单口掘进超过输送距离，再采用55kW的轴流风机串联送风。3#斜井从洞口布设2道风筒，分别向正洞太原方向左右线送风，4#，5#斜井分别在斜井口布设3道风筒布向正洞送风，副攻方向左右线为交叉作业，用一道风筒分叉供左右通风，另外两道分别供主攻方向左右线通风。第二阶段，在3#，4#之间或4#与5#之间正洞贯通后，4#斜井作为进风口，3#，5#斜井通风机移至正洞，3#风机移至正洞三岔口离石方向左右线，分别向3#正洞左右线太原方向送风，5#风机移至正洞三岔口太原方向左右线，分别向5#正洞离石左右线送风，3#，5#分别作为出风口。第三阶段，因3#斜井正洞太原方向单口掘进长度为2780m，隧道掘进至2200m后，通风环境差，采用巷道式通风和混合式通风相结合。分别将正洞离石方向的轴流通风机向太原方向前移840m，位于三岔口向太原方向第二个横通道位置，左线为进风口，右线作为出风口，左线的轴流风机前挂上布帘，全洞封闭，右线轴流风机进风口接一个铁风筒进入横通道，将右线该位置的横通道封堵，如右线空气质量差，再在该横通道位置往离石方向20m处，设置1台110kW轴流风机，接上直径1.2m的风筒布至3#斜井内，抽排污浊空气。一工区由隧道出口端施工，通风直接分别在左右洞口设置轴流风机向洞内通风。

　　3.4排水方案

　　吕梁山隧道地下水类型有第四系孔隙潜水，基岩裂隙水，岩溶水，断层水。第四系孔隙潜水主要赋存于沟谷或山坡中，沟谷中有小股泉水涌出。区内碳酸盐岩分布广泛，厚度巨大，节理，裂隙，岩溶较发育，是主要的含水岩系且有较多的泉水涌出。设计资料揭示，基岩的裂隙水较发育，渗透系数为0.1m/d.隧道施工过程中，3#，5#裂隙水发育，每洞口出水量超过400m3 /h，对于长大隧道，斜井与正洞高差都在200m，要在*短的时间内排除作业面的水，成为隧道施工的技术难题，通过吕梁山隧道施工中对排水的摸索与实践，形成了一套完善的施工排水方案。斜井内排水为：该隧道斜井平均坡度为12%，在斜井内按550～600m设置一泵站，泵站水池容量在400m3左右，吕梁山隧道斜井泵站水池在斜井一侧打一个导洞，长20m，宽6m，深度3.5m，水池顶面与高出斜井底50cm为宜，在水池上面搭设平台，安放水泵。水泵采用55kW的渣浆泵，55kW的渣浆泵设计扬程为80m，流量80m3 /h，排水管路采用直径200mm的钢管，直径200mm的钢管允许流量240m3 /h，一道钢管接3台55kW的渣浆泵。采用泵站与泵站间逐级抽排至洞外。现场根据出水量的大小合理布设管路与加设55kW的渣浆泵。3#，4#斜井采用三级抽排，5#斜井采用二级抽排。正洞内的排水为：正洞设计坡度为11‰，反坡排水时，在正洞420m横洞道位置设置水池，水池设置在正洞中间，长8m，宽2m，深2m，水池顶面与隧道隧底面一致，上面铺设型钢及钢板，利于过车。采用13kW的污水泵进行逐级抽排，*终排入斜井内一级泵站，再通过斜井内其它泵站逐级排出洞外。13kW的污水泵扬程为40m，流量为70m3 /h，正洞内水池间布设直径200mm的排水管，一道排水管接3台13kW的污水泵，正洞顺坡排水，在正洞两侧设置排水沟，自流汇积于一级泵站水池，再通过斜井内各级泵站进行抽排至斜井外。

　　4结束语

　　（1）长大隧道施工先期的施工组织和完善的施工方案选择，除从成本考虑，施工工期考虑外，更重要的如何确保隧道的快速掘进，辅助作业如通风，排烟，排水等是隧道快速掘进的前提保障。

　　（2）通过吕梁山隧道的施工，长大隧道施工技术难点主要在供电方案，通风排烟，排水方案等，在方案的选择上需考虑隧道施工中不可预见的因素，方案合理，可实施性强，防止在技术方案上的欠缺与不完善，给后续工程施工造成不必要的损失。

　　9712010年第8期西部探矿工程