西山特长隧道施工方案总结

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chuanqi2009444
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  摘要:本文通过对西山特长隧道施工技术方案的总结,希望能为今后隧道施工的同行提供参考。
  关键词:西山特长隧道施工方案总结
  
  中图分类号:U45文献标识码: A 文章编号:
  1、工程建设总体概况
  1.1、工程概况
  太古高速公路西山隧道全长13.65km,建成后是我国第二长公路隧道(仅次于秦岭终南山隧道)。S3标工程全长7.25km,起止里程Y(Z)K7+550~Y(Z)K14+800,主要为西山特长隧道古交端及洞口路基工程。其中S3标段的左洞全长7110m,右洞全长7030m,设计为解决运营通风和施工需要,设2号斜井和2号竖井,2号斜井全长424m,设计坡度为25°,属于陡坡斜井,斜井中部设隔板分为进出风道,负责左洞的运营通风。2号竖井设计为圆形断面,深度156.8m,衬砌后直径为8.2m。竖井中部设计为0.3m厚的钢筋砼隔板,将竖井分隔为进、出风道,在井底设送风道和排风道分别与右洞连通。
  
  西山隧道出口段平面图
  
  1.2项目部和工区设置
  太古高速公路项目于2008年底中标,2009年2月份人员开始陆续进场。在进行驻地建设的同时,开始进行新增斜井以及出口的进洞施工准备工作。根据项目所处地理位置以及施工的需要,将工程划分为斜、竖井和出口两个工区同时组织施工,考虑到后期主要的工作量在斜、竖井工区,将项目部建在斜、竖井工区,便于施工现场管理。
  1.3项目主要节点
  2009年4月20日新增斜井正式进洞施工,5月1日隧道出口右洞正式进洞施工,5月3日出口左洞的横通道开始施工,5月13日进入正洞施工。
  2010年5月中旬新增斜井进右洞正洞施工,7月下旬通过车行横洞从右洞进入左洞施工,2011年11月2日晚斜井与出口左右洞开挖面先后贯通。
  2011年11月19日右洞与S2标右洞贯通,12月9日左洞与S2标左洞贯通。
  2012年4月正洞二衬全部完成,5月车通、人通及水沟电缆槽完工。
  
  2、工程特点和难点
  进场以后,通过对工程项目实地进行勘查,认真审核施工设计图纸,充分调查了解隧道穿越地区的地质情况,对该项目的特点和难点进行了认真的研究分析,主要有以下几个方面:
  2.1、隧道单洞施工长度大,施工工期紧
  西山隧道的左右线单洞开挖长度为14.14公里,工期要求34个月,十分紧张。
  2.2、隧道工程地质条件复杂多变,施工难度大
  根据设计资料,隧道穿过的地层十分复杂,施工中有可能遇到的不良地质情况有岩溶、涌突水、煤层及瓦斯、陷落柱及断层破碎带、膨胀性围岩、岩爆和承压水地段,施工难度大。
  2.3、隧道独头掘进施工长度大,技术难点多
  隧道单洞长度在7000米以上,同时设有斜井和竖井,隧道独头掘进施工的长度要达到3500米以上,隧道施工中的通风、供电、出碴运输等对进度影响很大,项目需要解决的技术难点很多。
  通过对该工程重难点进行认真分析,明确了施工中应当充分考虑的问题,对确定总体施工方案和施工组织设计的编制,起到了很好的指导作用,理清了现场施工组织安排的思路,为进一步采取相应的措施明确了目标和方向。
  
  3、施工总体方案的优化
  3.1 增设缓坡斜井方案
  S3标段隧道原设计为解决运营通风和施工需要,设2号斜井和2号竖井。2号斜井全长424m,设计坡度为25°,属于陡坡斜井,斜井中部设隔板分为进出风道,负责左洞的运营通风。2号竖井深度156.8m,衬砌后直径8.1m,中部设隔板分为进出风道,负责右洞的运营通风。
  根据设计情况,在出口作为施工作业面的同时,一般应采取利用2号斜井辅助正洞施工方案,由于该斜井设计属于陡坡斜井,需要在斜井口配备大吨位的绞车和矿车,斜井部分采用有轨运输进行施工。正洞内采用无轨运输,并在斜井底设存碴场,洞碴通过斜井有轨运输至洞口,再采用无轨运输至弃碴场。
  针对该隧道地质情况复杂,工期十分紧迫的实际情况,采取缓坡斜井辅助正洞施工方案是比较好的选择,我们通过对施工现场的详细勘查,提出了增设缓坡斜井辅助正洞施工的方案,新增斜井全长1130m,最大坡度12.5%,采用双车道无轨运输,该方案顺利通过了集团公司组织的专家论证会。新增斜井方案经项目部提出上报业主后,得到了业主的认可,并组织专家论证会进行论证,建议将新增斜井作为永久工程应急救援通道,后期经过进一步争取,将新增斜井作为正式工程纳入到山西省交通136工程中。
  3.2 2号斜井及2号竖井施工方案
  采用新增斜井辅助正洞施工后,原设计的2号斜井承担运营通风功能,在集团公司专家论证会上,专家提出对运营通风设计进行优化,建议将2号竖井直径扩大,左右洞共用2号竖井通风,将原设计2号陡坡斜井取消。该方案向业主提出后,由于运营通风变更属于重大设计变更,需交通厅审批,过程较长,业主急于完成年度投资计划,项目部不得已只能按2号竖井原设计进行施工。
  在后期新增斜井纳入136工程后,最终仍然是对运营通风设计进行了优化,利用2号竖井承担左右洞运营通风,原设计的2号斜井取消。
  2号竖井的设计直径8.1m,深度156.8m。由于我公司没有类似竖井的施工经验,通过反复比较,选择了传统的利用提升井架和绞车进行施工的方案,自上而下地进行开挖支护,开挖支护到底后,自下而上进行二衬施工的方案,同時考虑后期有可能利用竖井辅助正洞施工,设备配置上留有一定的富余量,最终确定配备大型井架和直径2.5m的矿用提升绞车进行施工。
  3.3第二斜井辅助正洞施工的设想
  在2009年隧道各工区施工正常后,项目部对隧道穿越的地形地貌进行了详细的勘查,隧道在距离出口约2.5km处穿越一沟谷,洞顶埋深约40m。鉴于隧道施工受地质情况等不确定因素的影响较大,为保证按期完工,综合各方面的条件,提出了在该处设斜井辅助正洞施工的设想,经过详细的实地勘查,该沟谷位置的水、电等均具备条件,具备设斜井辅助正洞施工的条件,仅需要新修便道约3km。通过初步设计,斜井长度约400m,坡度10%左右,与正洞交汇处距离出口约2800m,距离新增斜井与正洞交汇处约2300m。如果增加该斜井(采用单车道并设错车道,预计增加投入约800万元),可以大大缓解正洞施工的工期压力,减小斜井和出口独头掘进的距离,减少斜井和出口正洞施工的成本。但由于种种原因,该方案未能实施。
  
  4专项施工技术方案的编制和实施
  根据工程进展情况,及时针对施工中的关键部位和特殊工序,先后组织技术人员编制和优化了多个专项施工方案,解决遇到的技术难题,实施以后均取得较好的效果,不但充分体现出了我单位的施工技术水平,还保证了工程快速顺利实施,施工中优化并采用的主要有以下几项技术方案。
  4.1新增斜井施工技术方案
  通过对斜、竖井位置附近的现场勘查,并经过反复比选,确定在线路右侧、竖井所在沟谷的下游增设一处斜井,斜井口对应右洞里程为YK10+554,距离右洞中线约400米,缓坡斜井全长1130米,与隧道右洞交于YK9+500处,夹角为21.1°。斜井断面采用双车道,最大坡度12.5%,采用无轨运输。斜井内轮廓按双车道断面设计,并预留30cm二次衬砌的厚度。新增斜井无轨运输方案与陡坡斜井有轨运输方案相比,大大提高了施工的效率,减少了安全隐患,便于施工组织管理,可以有效加快施工进度,为西山隧道总工期目标的顺利实现打下了良好的基础。
  4.2隧道出口左洞洞口段施工技术方案
  西山特长隧道出口左洞洞口,设计位于沟谷旁的陡崖下,洞口位置与山体斜交,按原设计洞口左侧的边坡开挖高度达60m,高边坡采用预应力锚索框架梁防护,如按正常施工,需要完成洞口边仰坡防护,之后再进洞施工。由于高边坡施工难度大,隧道工期紧,通过对洞口段施工方案反复研究,结合隧道出口左线洞口地形,制定并实施了采用横洞从侧面提前进入正洞施工技术方案,通过横通道提前进入正洞施工,大大缓解了隧道工期压力。后期通过与业主和设计单位沟通,对原设计的半明半暗结构以及洞口段的高边坡防护进行了优化,将隧道明洞加长,高边坡防护工程变更为主动防护网,不但降低了施工难度,而且避免了因深挖路堑及预应力锚索防护单价较低造成的成本亏损。
  4.3 2号竖井施工技术方案
  由于2号竖井的设计直径8.1m,深度156.8m。由于我公司没有类似竖井的施工经验,通过反复比较,选择了传统的利用提升井架和绞车进行施工的方案,自上而下进行开挖支护,开挖支护到底后,自下而上进行二衬施工的方案,同时考虑后期有可能利用竖井辅助正洞施工,设备配置上留有一定的富余量,最终确定配备大型井架和直径2.5m的矿用提升绞车进行施工。
  在2号竖井的二次衬砌施工中,根据先进行二次衬砌施工,中隔板预留暂时不施工的要求,项目技术部门通过查阅相关资料,大胆提出了利用开挖施工用的绞车作为提升系统,采用整体模板自下而上施工的方案,对厂家加工的模板进行了合理的优化,使二衬整体模板的定位、拆模更加便捷,大大提高了竖井二衬的施工速度和质量,使竖井的二衬在4个月内顺利完成。
  4.4新增斜井进入正洞交叉口施工技术方案
  由于新增斜井与正洞交叉口处的跨度大、受力复杂、作业面多,在方案的确定过程中充分发挥集体力量,集思广益,充分借鉴以往的施工经验,并查阅相关的技术资料和论文等,结合现场实际围岩情况,编制专项技术方案,采用台阶法矩形断面垂直挑顶直接转入正洞施工,通过优化调整设计参数,采取加强支护、减震爆破等技术措施,实现了斜井安全、简便、快速的转入正洞的施工,为正洞早日形成生产能力打下了良好的基础。
  4.5 2号竖井辅助正洞施工技术方案
  在隧道施工过程中,由于出口正洞和斜井实际围岩情况发生变化,对隧道的施工进度造成了一定影响,为了保证总工期目标,项目部提出的利用2号竖井辅助正洞施工的方案,得到了业主组织专家论证会通过,在2号竖井井底与左、右正洞之间设置横通道,通过横通道进入正洞,在正洞中间设置小导洞,断面积约20m2,利用竖井先进行小导洞的开挖,正洞施工时进行扩挖。利用竖井进行正洞小导洞的施工,提前探明了正洞的地质情况,使竖井与斜井方向的开挖面提前贯通,有效提高隧道正洞的通风排烟效果,改善洞内的空气质量,加快了正洞施工进度,对隧道总工期目标的实现起到了促进作用。
  4.6 施工通风技术方案
  长大隧道的施工通风问题,是直接制约隧道施工的一个重要因素,在西山特长隧道的施工中,通过斜井辅助正洞施工,将隧道划分为两个工区组织施工,分别为出口工区和斜井工区,隧道通风方案也分为斜井通风方案和出口通风方案。
  4.6.1隧道出口工区通风方案
  隧道出口工区独头掘进长度达3500米,施工中的通风方案分为两个阶段,第一阶段在通风距离2500m以内时,采用压入式通风,左右洞分别在洞口各设一台2×110KW的轴流风机,采用直径1.5米的柔性软风管,分别向洞内开挖面送风。正常情况下,独头通风距离达到2500米以上时,需要改变通风方式才能满足要求,类似工程一般采用巷道式通风。实际施工中,通过对地形情况的了解,距离出口约2500米处,隧道穿越一处沟谷,该处隧道洞内覆盖层约40米,采用了增加临时通风竖井的通风方案,在沟谷底左右洞洞顶,各设一个直径2米的竖井,将轴流风机移动到临时通风竖井下,利用硬质风管与风机联通,利用竖井将新鲜空气送至开挖面,进行洞内第二阶段通风,妥善解决了出口长距离的通风问题。
  4.6.2隧道斜井工区通风方案
  相对于出口工区,斜井工区的通风就比较复杂,由于斜井进入正洞以后,要承担左右洞分别向进出口方向四个开挖面的施工,在施工通风方案制定时,考虑利用设计2号竖井辅助进行通风。斜井通风分为三个阶段:
  第一阶段,新增斜井施工时,在斜井洞口设置一台采用一台2×110KW的轴流风机,采用直径1.8米的柔性软风管,向洞内开挖面送风,并预留另一台轴流风机和风管的位置。
  第二阶段,是在斜井进入右洞正洞以后,分别向进出口两个方向进行开挖,并通过车行通道进入左洞,分别向进出口两个方向进行开挖。其中右洞先行开挖,使用原来斜井用的风机和风管,从斜井交叉口处,柔性软风管分成两个方向,分别向进出口方向送风。左洞开挖后,启用斜井原来预留的另外一台风机和风管,通风方案与右洞相同。
  第三阶段,是在斜井向出口方向与2号竖井贯通以后(斜井交叉口处距离2号竖井800米),将原来斜井的两个通风管路,全部改为向进口方向送风,同时在竖井井底增加两个风机,分别负责左右洞向出口方向的通风。后期因为斜井工区增加了136工程,需要封闭右洞(向进口方向开挖面),进行停车港的扩挖施工,通风管路无法通过,修改了通风方案,在2号竖井下又增加了一台风机,从左洞设置通风管路,绕过右洞扩挖施工地段以后,再从车行横洞转入右洞,进行右洞开挖面的通风。
  4.6.3隧道施工通风的管理技术
  隧道通风效果的好坏,一方面是合理的通风方案和设备配置,更重要的是要加强通风管理,尤其是通风管路的管理。在西山特长隧道的施工过程中,出口工区风管挂设平顺,修补及时,有专人进行挂设和日常的维护管理,最终通风效果较好,对施工造成的影响较小。而斜井工区作业队由于通风管理不到位,风管挂设不按要求进行,风管破损不能及时修补,漏风较为严重,造成后期通风效果极差,特别是斜井向进口方向开挖面,后期洞内环境极差,由于开挖距离已经很长,再重新挂设风管工作量极大,增加接力风机和射流风机后,仍然不能妥善解决通风问题,对施工进度造成的影响极大。为保证开挖面有足够的有效风量,老化和破损的风管必须及时修补或更换,同时从施工开始风管吊挂必须平直、顺畅,在过横通道的转弯处和穿越衬砌台车处,必须采取有效措施保证其顺畅通过,以减小通风阻力,只有合理的通风方案和设备配置基础上,再加强施工通风的日常管理,才能保证隧道施工进度不受影响。
  
  5施工方案中的不足之处
  5.1对合理优化设计的工作力度不足
  采用新增斜井辅助正洞施工后,原设计的2号斜井承担运营通风功能,在集团公司专家论证會上,专家提出对运营通风设计进行优化,建议将2号竖井直径扩大,左右洞共用2号竖井通风,将原设计2号陡坡斜井取消。该方案向业主提出后,由于运营通风变更属于重大设计变更,需交通厅审批,过程较长,业主急于完成年度投资计划,项目部不得已只能按2号竖井原设计进行施工。
  在2009年隧道施工正常后,提出了增设第二斜井辅助正洞施工的设想,通过进行行实地勘查,初步设计斜井长度约400m,坡度10%左右,采用单车道(设错车道),可以大大缓解正洞施工的工期压力。但由于种种原因,未能实施。后期隧道正洞抢工期间大量增加投入、以及反映出的问题,通过反思,该方案未能实施十分可惜。
  增加缓坡斜井、取消陡坡斜井对运营通风设计的优化,均属于重大的设计变更,在前期项目部应当通过业主争取和设计单位、交通厅进行沟通,加大优化设计的工作力度,为后期施工奠定基础,为项目的经营成果打下好的基础。
  5.2对解决关键技术难点的措施贯彻不力
  针对工程中的技术难点,采取了相应的措施,但在实际施工中的效果并不好,主要反映在施工通风中,施工组织设计中的通风方案没有得到有效的落实,特别是在斜井工区,由于136工程景观段扩挖对通风也造成了一定影响,项目部为此专门聘请了隧道通风方面的专家,到现场勘查以后制定了通风优化方案,但没有能够在现场认真落实,突出反映在通风的现场管理跟不上,通风管路挂设不顺直、出现破损不能进行修补,造成风量损失过大,后期作业队增加接力风机基本不起作用,不但造成施工通风的费用增加加剧,而且并未彻底解决问题。
  实际施工中,围岩情况绝大部分处于Ⅲ级~Ⅳ级,主要的是水平状石灰岩掉块严重,对施工影响较大。针对这种特殊的地质情况,项目部先后提出了控制爆破以及增加型钢拱架的措施,但在施工中未能得到彻底的贯彻。一方面因为增加钢拱架支护后施工进度受到影响,同时费用增加较多,业主方面控制严格;另一方面,在后期抢工期间一味追求开挖的速度,开挖爆破作业的随意性增大,炮眼的间距以及装药量等没有严格控制,造成绝大地段开挖后掉块超欠挖严重,不但影响到二次衬砌的施工质量和速度,而且造成二衬砼严重超耗,成本大幅度增加。
  
  6结束语
  太古高速公路S3标的西山特长隧道,自2009年4月份正式开工至2012年5月份工程全部完工,历经3年多的施工建设。期间克服了种种困难,取得了一定的成绩,但同时也暴露出一些问题,特别是在长大隧道的施工技术管理方面有很多值得总结的地方。
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