重叠隧道爆破振动控制技术.pdf

第三届铁路隧道年会论文集 107 2005-12 重叠隧道爆破振动控制技术 陈 文 （中铁十二局集团深圳地铁项目部 518001） ［摘 要］ 深圳地铁重叠隧道结构形式、地质状况复杂，施工中通过控制爆破技术解决了 小间距洞室相互影响大的难题，摸索出了一些爆破振动的规律。 ［关键词］ 重叠隧道 爆破振动 控制 1 概况 深圳地铁线路规划受地理位置和周边建筑 物 的 影 响 ， 在 老 街 ～ 大 剧 院 区 间 西 段 （sk2390～550）隧道左右线由相互平行变为 相互交错最后变为相互重叠的近接隧道，隧道 间距由 6m 过渡到 1.7m。重叠段隧道下洞为微 风化花岗岩， 需采用爆破开挖； 上洞下部为微～ 中风化花岗岩，采用爆破开挖，上部为全风化 花岗岩和砾质粘性土， 采用人工配合机械开挖。 隧道结构形式变换见图 1 图 1 隧道结构形式变换图 隧道结构形式变换段处于解放路和宝安路 交叉路口，地面交通繁忙、管线纵横交错，其 中笔架山大型排洪渠距隧道拱顶不足 2m，隧 道洞身两侧分布有地王大厦、振业大厦、金利 华大厦、电影大厦等高层建筑物。 2 需要解决的问题 （1）查明两洞间相互干扰的范围，影响因素； （2） 分析爆破振动对周边建筑物可能造成 的影响； （3） 计算施工应力叠加、 二次扰动的最大 量； （4）确定可行的工序与工法； （5） 应用控制爆破技术减小扰动， 确保两 洞间围岩的安全，确保地面构筑物的安全； （6）爆破监测的方法和手段； （7）以监测数据指导施工。 3 施工方案的确定 3.1 模拟计算 为了掌握稳妥、合理的施工方案，尤其是 上、下洞施工顺序的思路，按照 13 的模型进 行了有限元数值模拟计算，分析了先上洞后下 洞、先下洞后上洞两种情况下爆破开挖时围岩 应力场的变化规律，了解了两种情况下爆破开 挖对周边围岩的扰动。 先下洞后上洞爆破开挖时，围岩内位移场 图见图 2 第三届铁路隧道年会论文集 108 2005-12 图 2 围岩内位移场 3.2 现场实验 为了确保重叠近接隧道施工的安全，使施 工方案更具可操作性，在现场进行了先上洞爆 破开挖时，下洞的振动实验，以及先下洞开挖 时，上洞的振动实验，通过实验数据分析比较 来确定何种开挖顺序下，能尽量保证隧道的安 全和减少对周边岩体的扰动。 上洞爆破开挖时， 下洞的振动数据见表 1，下洞爆破开挖时，上 洞的振动数据见表 2。 下洞的振动数据 表 1 测点距爆源距离 （m） 2 5 10 爆破质点最大振速 （cm/s） 21.24 4.19 1.67 上洞的振动数据 表 2 测点距爆源距离 （水平） 2 5 10 爆破质点最大振速 （cm/s） 14.35 2.21 0.93 3.3 结论 通过数值模拟及现场实验，从结构受力、 地质条件、施工组织等方面综合考虑，决定先 施工下洞后施工上洞，下洞采用微振动光面爆 破开挖，上洞采用人工短台阶开挖（下部采用 爆破开挖） 。隧道开挖后，初支仰拱及时封闭， 二衬及时施作，下洞二衬作业与上洞开挖拉开 30～40m 的安全距离。 3.4 重叠段隧道的控制爆破技术 隧道开挖时采取上下台阶分层爆破，上台 阶开挖时采用 YT-28 风动凿岩机水平钻孔，螺 旋型掏槽每循环进尺 0.7m 左右，周边采用光 面爆破。炮眼直径为 35mm，根据现场的实际 情况炮眼深度确定为 0.75～1.0m，堵塞长度一 般大于 20cm。螺旋型掏槽眼见图 4，重叠隧道 上台阶炮眼布置见图 5，重叠隧道上台阶炮眼 装药参数见表 3，重叠隧道下台阶炮眼布置见 图 6，重叠隧道下台阶炮眼装药参数见表 4。 图 4 螺旋型掏槽炮眼布置 第三届铁路隧道年会论文集 109 2005-12 图 5 重叠隧道上台阶炮眼布置图 重 叠 隧 道 上 台 阶 炮 眼 装 药 参 数 表 3 炮眼 类别 炮孔深度 （m） 炮眼数目 （个） 单孔用药量（kg） 药量小计（kg） 雷管段别 （ms） 掏槽眼 1.0 9 0.6 5.4 1.2.3.5.6. 掘进眼 0.9 20 0.2 4.0 7.8.9 周边眼 0.9 21 0.15 3.15 10 底板眼 1.0 14 0.3 4.2 11 共计 64 16.75 开挖面积（m2） 16.08 循环进度（m） 0.70 比钻眼量（个/m2） 3.98 比耗药量（kg/m3） 39 图 6 重叠隧道下台阶炮眼布置图 第三届铁路隧道年会论文集 110 2005-12 重 叠 隧道 下 台 阶 炮 眼 装 药 参 数 表 4 炮眼 类别 炮孔深度 （m） 炮眼数目 （个） 单孔用药量 （kg） 药量小计 （kg） 雷管段别 （ms） 掏槽眼 掘进眼 0.9 19 0.4 7.6 1.5.6.7 周边眼 0.9 10 0.15 1.5 8 底板眼 1.0 7 0.3 2.1 9 共计 36 11.2 开挖面积（m2） 16.70 循环进度（m） 0.75 比钻眼量（个/m2） 2.16 比耗药量（kg/m3） 0.89 3.5 预加固方案 考虑到重叠隧道两洞间所夹岩层薄，爆破 开挖时不可避免地要对其扰动，一方面通过控 制爆破技术来减少扰动，另一方面对所夹岩体 进行预加固， 增加所夹岩体的整体性和抗振性。 具体预加固的措施为完全重叠状况下， 通过下洞超前小导管并注浆，上洞边墙设砂浆 锚杆，在边墙脚位置锚杆加长至 5m。具体加 固形式参数见图 7。 交错重叠状况下，下洞的锚杆扩展至边墙脚位 置，上洞仰拱位置埋设注浆管进行注浆加固上 下洞间所夹岩体。具体加固形式见图 8。 图 7 完全重叠状况下加固形式 4 实际施工监测数据 我国爆破安全规程中衡量爆破振动效应 强弱的物理量是爆破质点振动速度， 因此实际施 工监测中采用爆破质点振动速度作为观测物理 量，根据实测经验，爆破振动影响近区垂直向振 动大于水平向振动， 所以重叠隧道的爆破振动监 测以竖直向振动速度为主要监测物理量， 一般针 对要监测的对象在不同位置部 3～4 个测点，用 以探求爆破振动影响的范围和规律， 进一步调整 爆破参数，达到优化控制爆破技术的目的。 监 测 采 用 北 京 矿 业 研 究 总 院 研 制 的 DSVM-4C 型爆破振动测试仪，下面攫取部分 实测数据进行说明。 （1） 重叠隧道下洞爆破开挖时， 上洞边墙、 拱顶及地面的监测情况见表 5 表 5 爆破 部位 测点 位置 R（m） 总装药量 Q（Kg） 同段最大 药量 （Kg） 爆破质点 振速 （cm/s） 上洞 边墙 5 1.560 上洞 拱顶 8 0.701 下洞 上台 阶 地面14 15 1.7 0.383 （2）下洞爆破开挖时，相隔 10、20、30、 50m 处初期支护振动数据说明见表 6 表 6 爆破 部位 测点 位置 R（m） 总装药量 Q（Kg） 同段最 大药量 （Kg） 爆破质点 振速 （cm/s） 10 3.178 20 0.986 30 0.692 下洞 上台 阶掏 槽 初期 支护 50 12 3 0.021 第三届铁路隧道年会论文集 111 2005-12 （3）下洞爆破时，相隔 30、50、80m 二 衬振动数据说明见表 7 表 7 爆破 部位 测点 位置 R（m） 总装药量 Q（Kg） 同段最大 药量 （Kg） 爆破质点 振速 （cm/s） 上洞 边墙 30 0.435 上洞 拱顶 50 0.098 下洞 下台 阶 地面 80 24 2.5 0 （4） 上洞爆破时， 地面的振动数据说明见 表 8 表 8 爆破 部位 测点 位置 R（m） 总装药量 Q（Kg） 同段最 大药量 （Kg） 爆破质 点振速 （cm/s） 上洞 下台 阶 地面 8 20 4.2 1.618 （5） 上洞爆破时下洞对应拱顶初期支护振 动数据说明见表 9 表 9 爆破 部位 测点 位置 R（m） 总装药量 Q（Kg） 同段最 大药量 （Kg） 爆破质 点振速 （cm/s） 上洞 下台 阶 下洞 初支 拱顶 4.5 16 2.2 4.430 （6） 上洞爆破时对应下洞二衬振动数据说 明见表 10 表 10 爆破部 位 测点位 置 R（m） 总装药量 Q（Kg） 同段最 大药量 （Kg） 爆破质点 振速 （cm/s） 上洞下 台阶 下洞二 衬拱顶 5 20 3.1 3.178 （7） 重叠隧道所夹岩体加固前后爆破振动 数据说明见表 11 表 11 爆破 部位 测点 状况 R （m） 总装药量 Q（Kg） 同段最 大药量 （Kg） 爆破质 点振速 （cm/s） 加固前 18 2.5 3.207 下洞 上台阶 掏槽 加固后 11 18 2.5 1.832 5 结论 通过测试重叠隧道上、下洞爆破开挖时相 互间的影响、对周边岩体、地面及构筑物的影 响，可以看出重叠隧道上、下开挖时，对围岩 应力场存在着明显的叠加影响，而且在有些情 况下影响是比较严重的。 从实测数据分析来看， 重叠隧道爆破开挖时， 在距爆源 45m 处初支的 爆破质点振速为 0.029cm/s，在 55m 处振动传 感器基本捕捉不到信号，二衬施作后爆破开挖 对其影响在 30m 以内。 在深圳地铁重叠隧道的近接小渐距爆破开 挖中，对隧道的初期支护、内衬结构通过加强 监测，改变钻眼、装药参数，优化控制爆破技 术，使结构物的质点振动速度控制在 5cm/s 以 内，符合爆破安全规程的规定。 值得注意的是，对小间隔洞室间所夹岩体 在洞室进行爆破开挖前一定要预加固，通常采 用超前导管和锚杆的形式配以注浆加固，使该 部分岩体的整体性大大加强，同时，在做爆破 实验时一定要做好必要的防护措施和应急准 备。 要很准确地掌握近接小间距隧道爆破振动 的相互影响、对周边环境影响的规律，要通过 大量的实验数据及分析，深圳地铁重叠隧道在 这方面做了一定的工作， 但在监测仪器的选型、 测点的布置、数据的采集处理等方面都有待改 进。 作者简介 陈文，男，1976 年 2 月出生，2000 年毕业 于石家庄铁道学院交通工程系，工学学士，现 任中铁十二局集团华润地铁连接通道项目和红 岭地下通道项目总工程师， 邮政编码518001， emailchenwenfxm, princes 第三届铁路隧道年会论文集 112 2005-12 有轨运输在黄州坝隧道出口施工中的应用与思考 刘 明 （中铁十二局集团第四工程公司） ［摘 要］ 文中介绍了黄州坝隧道出口施工机械的配套、组织和管理，总结了施工中的经验和不 足之处，提出了相应的改进措施，为中长隧道有轨运输施工提供有益参考。 ［关键词］ 隧道 有轨运输 机械配置 施工 1 工程概况 梅坎铁路黄州坝隧道，全长 2428m，设计为 单线隧道，进出口均设有曲线。隧道主要穿越紫 红、 杂色凝灰质砂岩， 泥质砂岩与灰白色长石岩、 石英砂岩互层。层间结合一般，节理较为发育， 褶皱核心部位岩石体较为破碎。 出口端承担施工 任务 1500m，其中Ⅱ、Ⅲ类围岩 475m，Ⅳ类围 岩 1025m，穿越大小断层 6 条，涌水带一处。 黄州坝隧道按照新奥法原理进行设计，复 合式衬砌结构，Ⅱ、Ⅲ类围岩段采用正台阶法 开挖，锚喷临时支护，软弱围岩段辅以超前锚 杆与钢支撑，Ⅳ类围岩段采用全断面开挖，喷 砼临时支护。在隧道拱部初期支护和二次衬砌 间铺设防水层，二次衬砌用整体模板台车一次 灌注成型。出口端采用有轨运输施工方案，机 械配套后，迅速形成了稳产、高产，连续数月 成洞超过 120m， 其中月最高记录 掘进 168m， 成洞 154m，工期提前了近三个月。 2 机械设备的选型配套和施工方法 黄州坝隧道机械设备的选型力求在保证工 期的前提下，减少设备投入，降低生产成本， 各工序作业能力匹配，实现均衡生产，提高经 济效益。选型配套原则如下 （1） 施工机械的性能满足施工方法和工艺的 需要， 外型尺寸适合于隧道内生产作业空间， 并尽 可能适用于多种地质条件下的不同施工方法。 （2） 机械选型配套能力应与隧道在全线中 的地位和合同工期相适应，总投入应高于隧道 工程总投资的 10，而低于总投资的 20。 （3） 配套后的各生产线应具备综合优化性 能，整体作业能力相互匹配，避免各作业线生 产的不均衡性。 黄州坝隧道共配置了掘进、喷锚、衬砌三 条作业线和清底、通风、电力、供风机械保障 体系。其主要施工机械配套选型如表 1。 2.1 掘进作业的设备配置 黄州坝隧道出口的机械按施工长度 1000m， Ⅳ类围岩，月进度 150m 进行优化配置。 Ⅳ类围岩直墙、 非加宽、 重型电气化铁路单 线隧道断面开挖石方（包括允许超挖）约 46m3/m， 取松散系数 1.5， 爆破后松方为 69m3/m。 风动凿岩机 YT28 型，耗电量为 2.7m3/min，全 断面布炮眼 118 个，眼深 3m，进尺 2.5～2.8m， 每台风机要求钻 10 个眼， 需同时使用 12 台， 总 耗风量约需 38m3（包括风量损失） 。考虑机械维 修，故配备 5 台 10m3空压机。 出碴作业按两台立爪同时作业考虑， 我们配 备了 3 台 S8 梭矿、2 台 S14 梭矿与之配套，电 瓶车一对一牵引，洞内车速限 15KM/h。立爪装 碴机就位需 15 分钟，可与拢碴、排危等工序同 时进行。装碴机装 S8 梭矿需 8 分钟，装 S14 梭 矿需 12 分钟，卸碴需 56 分钟，梭矿掉头需 4 分钟，就位需 2 分钟，根据梭矿平行作业模式， 可以算出每车需约 40 分钟。考虑到立爪装载机 两台平行作业干扰，并需要及时清道、拢碴，作 业效率按 1.5 台计算，则每循环出碴时间为 2.8 小时。若全部配备 S14 梭矿，则需配备台数为 5 台（40 分钟1.5/12 分钟） 。按每循环进尺 2.7m 计算碴量，则每循环碴量为 692.7186.3m3。单 车每次装碴 14m3，则每循环出碴时间为 186.3 （145）40106 分钟。显然，由于前期设备配 置失误，出碴机械梭矿的配置欠合理。 第三届铁路隧道年会论文集 113 2005-12 黄 州 坝 隧 道 机 械 配 备 表 表 1 工作项目 机械名称 型号 规格 数量 制造厂家 备注 钻孔平台 5m 1 自制 钻孔兼喷锚 风动凿岩机 YT28 2.7m3/min 15 沈阳风动机具厂 钻孔 立爪装载机 LZ-120D 120m3/h 3 南昌通用机械厂 装碴 电瓶车 XK8 8t 5 湘潭电机厂 牵引 梭式矿车 S8 8m3 2 江西矿山机械厂 运碴 挖装运 梭式矿车 S14 14m3 2 江西矿山机械厂 运碴 砼喷射机 PZ-5 5m3/h 3 郑州康达支护公司 喷锚 喷锚 梭式矿车 S8 8m3 1 江西矿山机械厂 运料兼出碴 砼搅拌机 JS1000 1m3/斗 1 苏州工程机械厂 拌和砼 简易平台 5m 1 自制 挂防水板 模板台车 YCT-98II 10.5m 1 自制 模筑砼 砼输送泵 6m3 2 隧道局三处机械厂 运送砼 砼输送泵 HB-60D 60m3/h 1 四川夹江水工机械厂 泵送砼 砼衬砌 装载机 ZL15 1.5t 1 厦门工程机械厂 砼上料 电动空压机 ZL2-10/8 10m3/min 5 西安压缩机厂 供高压风 轴流式通风机 津 88-1 255KW 1 天津通风机厂 通风 发电机 TZ-200 200KW 1 上海发电机厂 备用电源 挖掘机 HT-250 0.3m3 1 日本丸矢株式会社 仰拱清理 变压器 ST315 315KVA 1 广东五华变压器厂 洞外供电 保障机械 变压器 ST400 400KVA 1 广东五华变压器厂 洞外供电 黄州坝隧道出口段，大部份为Ⅳ、Ⅴ类围 岩，自稳能力强，喷锚作业量不大，一般安排 钻眼时进行喷锚，基本上掘进四次喷一次，每 掘进循环分摊喷锚时间约 0.75 小时。 整个掘进喷锚的作业循环时间见表 2。 Ⅳ类围岩直墙段全断面掘进喷锚作业循环图表 表 2 循环时间（min） 工序 名称 作业 时间 （min） 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 掌子面铺轨 60 测量放样 30 钻孔、装药 180 连线爆破 30 通风排烟 30 清危、拢碴 30 装碴机就位 15 出碴 168 喷锚支护 45 第三届铁路隧道年会论文集 114 2005-12 综合施工能力分析， 每月可循环 75 次， 每 循环进尺 2.5m～2.8m，每月可掘进 187.5m～ 210m。由于工程地质条件复杂及机械设备故 障、停电停水等方面干扰因素，实际施工能力 会有所降低，配套机械能保持 85％的效率，则 月掘进进尺可达到 159.4m～178.5m。 2.2 衬砌作业的设备配置 黄州坝隧道衬砌按Ⅳ类围岩断面计算，砼 衬砌（包括回填）约 7m3/h。衬砌台车长度为 10.5m，要求砼灌注速度不大于 50m3/h，配置 了 HB60D 砼输送泵、JS1000 砼搅拌机，按 2 辆 6m3砼输送车计算，每 50 分钟可运送一趟 砼。每板砼需用时间为 710.5（26）505 小时， 在实际施工中每循环的灌注时间为 6～8 小时。 因此砼衬砌作业完全可以避开出碴作业， 以实现均衡生产。 按每板砼 24 小时拆模计算每 板砼需要 1.5 天，砼衬砌的综合施工能力为 10.5301.5210m3／月，略大于掘进速度，能 够保证砼衬砌在特殊地质条件下快速跟进。 2.3 运输线路 根据设备配置情况和掘进、衬砌和铺底平 行作业的施工方案，我们分两种情况进行了运 输设计①单纯的出碴运输时，5 台电瓶车一 对一牵引运输出碴；②出碴运输和衬砌砼运输 相互交叉时， 3 台电瓶车一对一牵引运输出碴， 2 台电瓶车一对一牵引砼输送车运输砼，为减 少错车时间，避免出碴和砼衬砌同步作业时的 相互干扰，洞内铺设双线，并不断延伸，受衬 砌台车净空的限制，通过台车段铺设单线，通 过台车后至掌子面铺设双线。在单线范围内铺 设砼衬砌岔线。洞外铺设砼运输线、充电维修 线和弃碴线（见图 1） 。 图 1 黄州坝隧道出口运输线路示意图 2.4 电力供应 根据机械配备情况，电力供应系统设计为 洞外设一台 400KVA 变压器，洞内设一台 315KVA 变压器，并利用大避车洞，每隔 300m 前移一次。 2.4.1 洞内变压器 计算其负荷∑P1238.5KW，∑P217KW， ∑P312KW，增加补偿器 cosφ0.9，K10.7， K20.65，η0.86 S动K1∑P1/ （ηcosφ） K2∑P2∑P3238.7KW S总 S动1.1262.6KW S变S总/cosφ292KVA 所以洞内变压器设计为 315KVA 变压器 2.4.2 洞外变压器 计算起变压器∑P1431KW，∑P217KW， ∑P330KW 增加补偿器 cosφ0.9，K1取 0.7， K2取 0.65，η0.86 S动K1∑P1/ （ηcosφ） K2∑P2∑P3430.8KW S总 S动1.1473.9KVA 考虑通风机、电动空压机同时利用可能性 很少，喷锚作业时通风机使用时最多使用 2 台 电 动 空 压 机 ， 因 此 ， 有 效 总 负 荷 为 473.9-110363.9KW S变363.9/0.9404.3KW 所以考虑使用 400KVA 变压器，在电力不 足时，可限制生活用电，调节洞外辅助作业用 电来协调。 实践证明，电力供应系统的配置能保障工 程施工的需要，比较合理。 3 施工组织和管理 3.1 施工组织 为实行隧道施工的均衡生产，掘进、衬砌 和铺底的平行作业，根据砼衬砌速度略大于掘 进速度的机械配套情况，我们坚持以掘进为重 点，围绕出碴运输和砼运输两大主要工序，组 织和安排施工。利用掌子面铺轨、测量、钻爆、 通风时进行砼衬砌，尽可能减少出碴和砼衬砌 之间的交叉时间，避免运输车辆干扰，铺底作 业则安排在轨道空闲时间，最大限度的提高利 用率。 3.1.1 开挖作业 第三届铁路隧道年会论文集 115 2005-12 隧道开挖中， 钻爆设计除考虑地质情况外， 进尺的选择和石碴的料径应与出碴机械的性能 适应，发挥出碴机械的效率，缩短出碴时间， 加快掘进的循环速度。LZ-1200 立爪装载机的 最大装载高度为 410 厘米，前轨轮至爪尖的距 离 （即每循环铺轨的最大装碴距离） 为 310cm。 装碴料径不大于 60cm，在宽度 280cm、距离 300cm 范围内，其作业效率最高。为此，黄州 坝隧道出口钻爆设计每循环进尺为 280cm，以 避免出碴过程中铺轨。 每断面布置炮眼 118 个， 控制石碴料径，避免出碴过程中改炮。掌子面 布置两台装载机同时作业，采用双机并排平行 清道、前后错开装碴、人工配合清底，有效地 节约了清道时间，减轻了相互间的干扰，提高 了机械效率。在施工组织上，狠抓平行作业， 能平行作业尽量平行作业，以保证最短循环时 间的实现，使各工序之间按网络图正常进行。 掘进施工网络图见图 2。在 99 年 5 月 1 日至 6 月 30 日 60 天时间内共完成 118 个循环，掘进 进尺 301 m。 图 2 掘进施工网络图 通过对其间的施工进度和各工序占用时间 分析（如图 3、图 4）循环进尺不太理想，但非 施工时间除电力供应、 通风管质量不稳定外， 运 输车辆掉道、 改炮及部分机械故障占用时间均可 通过加强管理来避免。 我们在施工中采取的是均 衡生产方式， 没有组织高产施工， 图 3 中的进尺 还不能完全代表配套设备所具备的最高生产能 力。因此，提高掘进进度的空间还很大。 3.1.2 衬砌铺底 图 3 黄州坝隧道出口施工形象进度曲线图 （98.5.1～99.6.30） 黄州坝隧道出口二次衬砌的施工组织，一 般在衬砌台车与掌子面之间的距离达到 150-200m 时，单线道岔前移 100-150m 保证掌 子面轨道双线不少于 50m，便于立爪装载机清 碴及两台梭矿的同时就位。为了兼顾隧道各工 序的整体推进，保证隧道结构的整体性能以及 线路的稳定性， 铺底始终紧跟衬砌，HT-250RC 反铲挖掘机因其体积小，占用场地少，能够避 开运输车辆，并能穿越衬砌台车。是单线隧道 清底的理想机械。一般在衬砌超过铺底 100m 以后，即可前移砼衬砌线，分单侧两次进行铺 底作业。 3.2 施工管理 隧道施工的快速不仅要求合理配套的机械 设备和先进的施工技术，更重要的是建立一套 科学、 严密、 合乎实际的管理方法和管理体制， 充分调动和发挥工人的施工积极性。在黄州坝 隧道出口段的施工中，我们坚持实行目标管理 责任制，将施工计划层层分解，以每个循环为 单位，严格奖惩；推行施工人员专业化、作业 标准化、管理制度化，以每个人的工作质量、 工作速度，保证工序质量和工序速度，进而保 证工程质量和进度；合理施工组织，狠抓关键 工序和薄弱环节，坚持值班人员跟班制度，协 调好各工序的平行作业，减少非生产时间，达 到均衡生产的目的；加强机械设备管理，坚持 强制保养和定期保养相结合，充分利用停机间 第三届铁路隧道年会论文集 116 2005-12 隙及时保养，使机械设备始终处于完好状态， 有力保证了施工生产任务的完成。 4 效益分析 （1）黄州坝隧道出口实际完成 1500m， 机械设备原值 441.8 万元（包括轨道部分） ，约 占工程投资的 17。 图 4 黄州坝隧道出口掘进工序时间曲线图 （99 5～99 6 30） 第三届铁路隧道年会论文集 117 2005-12 （2）黄州坝隧道出口段配备一台 110KW 通风机压入式通风， 每循环通风时间 0.5 小时， 据测算， 不考虑通风机的磨损和通风管的成本， 每延米通风耗电与无轨运输相比，节约 600 多 度， 按 0.7 元/度， 每延米节约通风电费 420 元。 （3） 据有关资料计算无轨运输按 12t 自卸 车与侧卸装裁机配套，利用大避车洞每台车辆 调头位置需增加开挖量 369m3、回填砼 80m3、 回填浆砌片石 289m3、增加费用 132560 元。按 每 300 米增设一处，1500m 隧道需增加工程投 资 53 万元，折合每延米增加投资 353.5 元。 （4） 对于中长隧道， 无轨运输与有轨运输 均已有相对成型的机械配套模式，施工进度均 可达到月成洞 150m 以上，但无轨运输受隧道 净空制约，砼运输和出碴作业相互干扰大，隧 道砼辅底作业不能平行推进，很难实现均衡生 产，相对而讲，有轨运输在这方面优势较为明 显。但由于立爪装碴机要求石碴粒径不得超过 60cm，因此，与无轨运输相比有轨运输对钻爆 作业要求较为苛刻。 （5） 有轨运输具有专业化程度高、 施工环 境好等优势，但其配套机械的专业化限制了其 应用范围，容易造成设备的长时间闲置，而无 轨运输机械属通用机械的配套，应用范围广， 可适用于不同类型的工程项目。 （6）有轨运输工序多，施工组织难度大， 配套材料需要量大。黄州坝隧道出口段共配备 了轨道 160 多吨，机械设备和材料在现场的搬 运量大，调运费远远大于无轨运输配套机械。 5 体会与思考 （1） 隧道有轨运输机械配套技术已日趋成 熟，形成了多种配套模式，但由于中等长度隧 道施工中工期一般不是很紧，因此，在机械选 型配套中如何降低机械设备的投入，发挥机械 效率，降低成本，提高效益方面是中等长度隧 道有轨运输施工中的新课题。黄州坝隧道出口 投入机械设备原值 （包括利用的部分原有机械） 约占工程投资的 15.6，与隧道所要求的工期 进度基本相适应，但部分机械选型不太合理。 8m3梭矿的运输能力不足， 影响了轨道利用率， 应全部选用 14m3梭矿，锚喷作业线的生产能 力不足，与其余两条作业线的生产能力不相适 应，尤其在Ⅱ、Ⅲ类围岩施工时，制约了工程 进度的加快， 可选用效率较高的湿式喷射设备， 并安装在轨行式平板车上，与送料车辆联合配 成喷射列车，提高锚喷作业线的作业能力。 （2）有轨运输施工应优先采用全断面法， Ⅲ类围岩如果施工技术力量、初期支护技术过 硬，也尽可能采用全断面法。在钻爆设计时， 合理的循环进尺应根据工人的技术熟练程度、 机械的技术性能及施工组织安排综合考虑，单 纯地追求高进尺，必然会造成人力、物力消耗 大幅度增加，是不科学的，也是不经济的。同 时，片面追求高进尺以获得高速度也是不合理 的。 （3） 在施工工序的组织上， 铺底作业应超 过衬砌台车。仰拱、铺底和边墙的连接，减少 衬砌台车轨道铺设的工作量，并避免铺底开挖 时爆破飞石破坏砼衬砌和通风设施。黄州坝隧 道在施工中， 衬砌台车的脱模方式是向下运动， 铺底完成后，高压风管和水管穿越台车时，影 响了台车脱模。因此，在设计衬砌台车时，应 预留风、水管穿越台车的空间。 （4） 在各作业线合理配套的同时， 还要做 好风、水电及轨道的供应和配套，黄州坝隧道 出口在选购通风管时，由于厂家供货质量不稳 定，曾多次造成通风管撕裂破损，严重影响了 施工的正常进行；卸碴场地的设计，应合理安 排调车线，在电瓶车数量少于梭矿时，可考虑 在调车线分别放置一台重车和一台空车，在调 车线上一对二牵引，减少调车时间。同时，尽 可能减少弯道，在卸碴场铺设双线，利用侧卸 和端卸相结合，提高卸碴场地利用率，加快卸 碴速度。 （5） 在整体钢模砼泵送作业时， 泵送砼过 量，衬砌台车容易受压变形；泵送砼不足，拱 顶不易注满， 在现场施工中， 往往凭经验操作， 如何准确地控制砼泵送量是亟待解决的问题。 第三届铁路隧道年会论文集 118 2005-12 湿喷钢纤维混凝土技术 在岩门界隧道施工中的应用 穆建廷 （中铁十二局集团第二工程公司 太原 030032） ［摘 要］ 本文就岩门界隧道湿喷钢纤维混凝土施工为例，介绍隧道施工中湿喷钢纤维混 凝土材料机具、施工工艺、配合比设计、质量控制、实施效果等。 ［关键词］ 湿喷钢纤维混凝土 技术 隧道施工 应用 喷射混凝土技术因其工艺简便， 成本低廉， 支护及时以及灵活机动等特点，在地下工程中 得到广泛应用。目前国内通常采用干喷及湿喷 工艺,但因干喷及湿喷回弹量大，粉尘浓度高， 混凝土质量不稳定易开裂等缺点，限制了其发 展。 湿喷钢纤维混凝土能较好的解决这些难题， 但由于湿喷混凝土具有机具价格昂贵、配套设 备不全，工艺要求高等特点，湿喷混凝土技术 一直未得到推广应用。我们在湖南常德至吉首 高速公路岩门界隧道施工中，将湿喷混凝土技 术得以成功的应用，取得了较好的效果，本文 结合工程情况将此技术作一介绍。 1 工程概况 岩门界隧道为湖南省常德至吉首高速公路 唯一特长隧道，位于泸溪县洗溪镇仲溪村。岩 门界隧道是全线的重难点和控制性工程，为分 离式单向行车双线隧道。中铁十二局集团承担 岩门界隧道吉首端施工任务，左线起止桩号为 ZK184075～ZK186085，全长 2010m，右线 起止桩号为 YK184075～YK186070，全长 1995m。隧道穿越岩层为元古系板溪群五强溪 组的强风化、弱风化、微风化砂质板岩及震旦 系上统灯影组和震旦系下统南陀砂岩组的强～ 微风化变质砂岩、砂质板岩，隧道围岩类别主 要为Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类围岩，其中Ⅳ类 围岩占 53.81,Ⅳ类围岩初期支护喷射混凝土 设计采用 C25 湿喷钢纤维混凝土,喷层厚 10cm。 2 湿喷钢纤维混凝土的特点 （1） 混凝土的抗拉强度， 抗弯韧度和抗冲 击力强度均较普通混凝土高，混凝土变形和裂 后强度也有较大的提高。 （2） 由于混凝土由电脑计量全自动拌和站 搅拌，配合比（特别是水灰比）处于严格受控 状态，混凝土品质得到了保证。 （3）回弹量小。拱部控制在 15以内， 墙部 5以内。 （4） 粉尘浓度大为降低， 改善了作业环境。 （5）降低了劳动强度，节约了劳力。 材料及机具选用 3.1 钢纤维 设计采用佳密克丝 RC-65/35-NB 冷拉型， 即通过对母材（盘条）的高速拉丝，抗拉强度 1145MPa，形状似书钉，搅拌时遇水脱胶分散， 长径比在 60 以上。通过试验确定掺量为 35kg/m3。 3.2 原材料的选用 （1） 水泥 采用湖南华中水泥厂袋装 42.5 水泥。 （2） 细骨料 选用泸溪县峒河沙场中粗砂， 细度模数大于 2.5。表观密度 2600kg/m3，石粉 含量小于 7， 含泥量小于 5。 级配筛份如下 第三届铁路隧道年会论文集 119 2005-12 细集料筛份记录 表 1 筛孔尺寸 5.00 2.5 1.25 0.63 0.315 0.160.08 累计筛余 4.7 18.9 37.3 62.9 82 98.199.6 （3）粗穆建廷骨料选用 516mm 机制 碎石， 表观密度为 2700kg/m3， 含泥量小于 3， 针片状颗粒含量小于 5。级配筛份如下 粗集料筛份记录 表 2 筛孔尺寸 10.0 5.0 2.5 累计筛余 33.9 91.7 98.9 （4）速凝剂选用河南巩义生产的 8604 型液体速凝剂，该产品属碱性，初凝时间 68。 第三届铁路隧道年会论文集 122 2005-12 （2） 试验 为了能够方便地确定钢纤维喷 射混凝土的韧度是否达到设计要求，有些规范 中采用了“模板”法，在确定了钢纤维混凝土的 试件尺寸后，规定了韧度实验曲线，要求实际 实验曲线能够包络规定的曲线。 以下为日本高速公路局（JHC） 钢纤维喷 射混凝土施工管理方法中，对钢纤维喷射混 凝土采用的韧度“模板”曲线 实际荷载-挠度曲 20 线不得低于规定 15 10 规定的荷载-挠度曲线 5 0 1 2 3 4 5 图 3 钢纤维喷射混凝土梁三分加载实验弯拉韧度要求 将 该 “ 模 板 曲 线 ” 换 算 成 弯 曲 韧 度 ， Re,380。 通过标准实验确定了钢纤维的型号和掺量 后，在施工中只需检验钢纤维喷射混凝土的厚 度和钢纤维的型号、掺量即可。 7 取得的效果 （1） 喷钢纤维混凝土因配合比得到严格控 制，其性能稳定，28d 龄期抗压强度最高达 30.2MPa， 最小达 27MPa 平均可达 28.5Mpa （设 计 25Mpa） ；抗拉强度比普通混凝土高 40～ 70； 抗折强度较普通喷射混凝土高 4～4.5 倍； 抗弯强度较普通喷射混凝土高 40～80；韧性 比普通喷射混凝土提高 10～40 倍。 （2） 回弹量 岩门界隧道采用湿喷钢纤维 混凝土技术施工，实测回弹量平均为