鮮 國(guó)

(成蘭鐵路有限責(zé)任公司， 四川 成都 610037)

0 引言

近些年，隧道工程在設(shè)計(jì)方面逐步呈現(xiàn)出長(zhǎng)大、特長(zhǎng)的特點(diǎn)。結(jié)合我國(guó)隧道及地下工程施工技術(shù)在多元化發(fā)展方面的成熟[1]，隨著我國(guó)國(guó)產(chǎn)隧道機(jī)械化施工設(shè)備的自主創(chuàng)新和優(yōu)化完善，在隧道施工組織方面，如何實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)管控”機(jī)制，充分發(fā)揮機(jī)械化配置配套工效，實(shí)現(xiàn)工法靈活轉(zhuǎn)變、安全風(fēng)險(xiǎn)管控有效等是目前面臨的主要難題。

我國(guó)鐵路隧道工程在施工組織管控方面，普遍存在著以施工單位為主的“管理局限性”，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位參與作用和功能性缺乏，進(jìn)而導(dǎo)致國(guó)內(nèi)隧道施工組織動(dòng)態(tài)控制技術(shù)一直處于緩慢發(fā)展?fàn)顟B(tài)，得不到實(shí)質(zhì)性發(fā)展，相應(yīng)成體系的施工組織動(dòng)態(tài)管理研究工作也進(jìn)展緩慢[2]。

成蘭鐵路躍龍門(mén)隧道工程施工中受地質(zhì)災(zāi)害、輔助坑道設(shè)置、地質(zhì)變化頻繁、軟巖大變形、高瓦斯發(fā)生等多種因素影響，導(dǎo)致其施工組織動(dòng)態(tài)調(diào)整呈現(xiàn)出多方面局限性，施工組織困難從“單一性”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸嘣?，建設(shè)工期壓力極大。本文通過(guò)對(duì)各階段、各因素的管控技術(shù)措施和動(dòng)態(tài)施工組織管理進(jìn)行詳細(xì)介紹，旨在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以期為我國(guó)同類型復(fù)雜隧道工程建設(shè)提供有益借鑒。

1 工程概況

躍龍門(mén)隧道采用雙洞分修，隧道左線全長(zhǎng)19 981 m、右線全長(zhǎng)20 042 m，左、右線線間距為29.999～62.493 m。線路設(shè)計(jì)為單面上坡17.8‰，最大埋深1 445 m，由中鐵十九局與中鐵五局承建施工。

躍龍門(mén)隧道穿越我國(guó)著名的龍門(mén)山山脈，隧道不良地質(zhì)復(fù)雜多變，主要有地震活動(dòng)斷裂帶、斷層破碎帶、巖溶富水、下穿河道、高地應(yīng)力、高地溫、高瓦斯及硫化氫有毒有害氣體、巖爆等，同時(shí)隧道外部環(huán)境受2008年“汶川特大地震”影響，危巖落石、山體滑坡及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，屬極高風(fēng)險(xiǎn)隧道。躍龍門(mén)隧道平面位置示意圖如圖1所示。

圖1 躍龍門(mén)隧道平面位置示意圖

為加快施工進(jìn)度及解決施工場(chǎng)地、棄碴、排水、通風(fēng)、防災(zāi)救援等問(wèn)題，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，隧道輔助坑道采用“1平導(dǎo)+3橫洞+2斜井”的設(shè)置方案。受2013年“7·9” 四川特大洪災(zāi)影響，躍龍門(mén)隧道2號(hào)橫洞變更為3號(hào)斜井，增加1號(hào)泄水洞，調(diào)整3號(hào)橫洞洞口位置[3]。2016年隧道因穿越高川坪活動(dòng)段落及下穿高川河總體調(diào)整排水系統(tǒng)，又增加2號(hào)泄水洞。在后期，躍龍門(mén)隧道平導(dǎo)工區(qū)施工期間受3號(hào)斜井工區(qū)平導(dǎo)及正線大變形段“洞群效應(yīng)”影響，整體平導(dǎo)區(qū)間工區(qū)總體工期滯后。

變更調(diào)整后隧道輔助坑道總體設(shè)置為“1平導(dǎo)+2橫洞+3斜井+1通風(fēng)副洞+2泄水洞”布置結(jié)構(gòu)，平導(dǎo)中線距左線線路中線為30 m，左右線間及其與平導(dǎo)之間共計(jì)設(shè)置75處橫通道，均采用無(wú)軌運(yùn)輸模式組織施工。躍龍門(mén)隧道線路平面示意圖見(jiàn)圖2。躍龍門(mén)隧道施工任務(wù)劃分統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

圖2 躍龍門(mén)隧道線路平面示意圖(單位： m)

表1 躍龍門(mén)隧道施工任務(wù)劃分統(tǒng)計(jì)

Table 1 Statistics of construction task assignment of Yuelongmen Tunnel

m

2 躍龍門(mén)隧道施工組織管控制約因素

2.1 特長(zhǎng)隧道、輔助坑道設(shè)置種類繁多且施工條件差

躍龍門(mén)隧道屬特長(zhǎng)型隧道，輔助坑道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為24 118.033 m，全隧75處橫通道聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為2 333 m，相較于隧道正線全長(zhǎng)40 023 m(左、右線)，占比高達(dá)65.7%。躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井工區(qū)施工便道長(zhǎng)達(dá)9.2 km，3號(hào)橫洞工區(qū)施工便道長(zhǎng)達(dá)9 km。同時(shí)，輔助坑道種類繁多，除隧道進(jìn)出口以外，輔助坑道施工洞口條件、洞內(nèi)不良地質(zhì)發(fā)育程度高轉(zhuǎn)而造成整體施工條件差，尤其是躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井坡度高達(dá)10.378‰，200 m大高差反坡排水(最大涌水量約40 000 m3/d)和無(wú)軌運(yùn)輸安全管控風(fēng)險(xiǎn)高。

2.2 隧道穿越活動(dòng)斷裂帶，施工組織安全管控難度大

躍龍門(mén)隧道位于我國(guó)著名的“南北向地震構(gòu)造帶”的中段(龍門(mén)山地震帶)，是我國(guó)活動(dòng)斷裂和地震強(qiáng)烈的集中地帶之一。其穿越的高川坪斷層屬于龍門(mén)山中央斷裂帶(隧道通過(guò)長(zhǎng)度130 m)，最新活動(dòng)時(shí)代為第四系全新世(Q4)，歷史最大地震為2008年“汶川特大地震”；斷層破碎帶寬度50～100 m；未來(lái)發(fā)震能力為8級(jí)；活動(dòng)斷裂變形復(fù)雜，隧道的施工安全、結(jié)構(gòu)安全及后期運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)極高，控制難度大。

2.3 隧道圍巖復(fù)雜多變，軟巖大變形顯著，群洞效應(yīng)明顯

躍龍門(mén)隧道擠壓性圍巖大變形發(fā)生區(qū)段位于大屋基倒轉(zhuǎn)背斜核部附近,有巖漿熱液侵入、多次褶曲等構(gòu)造活動(dòng)，處于較高地應(yīng)力(20～31.5 MPa)環(huán)境中，最大水平主應(yīng)力方向平均值為北偏東31°，與隧洞軸線方向(N66°W)交角僅約9°。圍巖含炭質(zhì)板巖、頁(yè)巖軟弱巖體較多，軟弱圍巖與該區(qū)段整體輝綠巖不規(guī)則侵入，原設(shè)計(jì)為左右線夾中間平導(dǎo)“3洞并行”的線路結(jié)構(gòu)，群洞效應(yīng)極為明顯，造成躍龍門(mén)隧道軟巖大變形復(fù)雜多變的顯著特點(diǎn)。

2.4 復(fù)雜型高瓦斯隧道、獨(dú)頭掘進(jìn)隧道施工通風(fēng)難度大

躍龍門(mén)隧道整體采用雙線分修設(shè)計(jì)，在3號(hào)斜井與3號(hào)橫洞區(qū)間設(shè)置中間平導(dǎo)，而后由于高瓦斯、高地應(yīng)力等原因在右線右側(cè)增設(shè)外移平導(dǎo)，整體上形成“2+1+1”4洞并行的復(fù)雜型線路結(jié)構(gòu)，大變形區(qū)段與高瓦斯區(qū)段疊加，導(dǎo)致原本隧道通風(fēng)方案整體需風(fēng)量驟增，施工過(guò)程中高峰時(shí)期多達(dá)7個(gè)工作面同時(shí)施工，最長(zhǎng)獨(dú)頭通風(fēng)距離長(zhǎng)達(dá)8 km(3號(hào)斜井2 025 m+左線大里程5 989 m=8 014 m)，施工通風(fēng)難度極大，安全管控風(fēng)險(xiǎn)高。

2.5 隧道線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多工作面隧道施工組織物流運(yùn)輸困難

躍龍門(mén)隧道的施工組織不僅僅是施工技術(shù)措施和地質(zhì)難點(diǎn)，受整體大變形及高瓦斯通風(fēng)系統(tǒng)影響，洞內(nèi)交通路線布置受限于運(yùn)輸路線上通道空間、隧道通風(fēng)管道布置凈空、中間平導(dǎo)變形段安全風(fēng)險(xiǎn)變化頻繁等方面，進(jìn)而導(dǎo)致隧道施工組織在物流交通管理方面變成突出問(wèn)題。僅躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井工區(qū)施工高峰期最多高達(dá)7個(gè)作業(yè)面(左線3個(gè)、右線3個(gè)、外移平導(dǎo)1個(gè))同時(shí)掘進(jìn)施工，如何確保在復(fù)雜線路結(jié)構(gòu)、多工作面交叉作業(yè)、洞內(nèi)車輛交通安全、設(shè)備物流調(diào)度等方面形成高效運(yùn)轉(zhuǎn)，成了施工組織過(guò)程中的難題。

2.6 隧道機(jī)械化配置配套動(dòng)態(tài)調(diào)整難度大，工期壓力大

躍龍門(mén)隧道在3號(hào)斜井至3號(hào)橫洞關(guān)鍵線路區(qū)段采用機(jī)械化組織施工，但是受該區(qū)段地質(zhì)變化頻繁、軟巖大變形、高瓦斯等多種原因影響，導(dǎo)致機(jī)械化配置如何實(shí)現(xiàn)快速有效的配套、工法靈活性的轉(zhuǎn)變、機(jī)械化優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮、施工安全風(fēng)險(xiǎn)的管控等方面均出現(xiàn)了前所未有的困難，使隧道施工組織多方面呈現(xiàn)出多元化的特點(diǎn)[4]。

2.7 隧道外部施工環(huán)境受2008年“汶川特大地震”地質(zhì)災(zāi)害影響嚴(yán)重

2008年“汶川特大地震”震后次生地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，屬于震中強(qiáng)烈影響區(qū)域，在每年7—9月雨季期間，原松動(dòng)破碎的山體極易引發(fā)大面積山體滑坡和泥石流，并時(shí)常伴隨山區(qū)洪災(zāi)等地質(zhì)災(zāi)害，期間遭遇2013年“7·9”百年不遇的特大洪災(zāi)、泥石流，2018年“7·11”建國(guó)以來(lái)最大的洪災(zāi)，2019年“8·20”特大強(qiáng)降雨引發(fā)山體滑坡、洪災(zāi)，造成施工電力、交通、信號(hào)、供水等全部中斷，臨建設(shè)施被沖毀或者淹沒(méi)，對(duì)施工人員生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅。

3 躍龍門(mén)隧道動(dòng)態(tài)施工組織管控措施

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施

躍龍門(mén)隧道受到2008年“汶川特大地震”強(qiáng)烈影響，地形切割極其明顯，同時(shí)隧道穿越龍門(mén)山中央斷裂帶、龍門(mén)山活動(dòng)地震帶和雎水河，施工不良地質(zhì)條件包括淺埋、偏壓、軟巖大變形、巖溶、巖爆、高地應(yīng)力、活動(dòng)斷裂帶、斷層、突水、山洪泥石流、有毒有害氣體等14類，使該隧道為成蘭鐵路控制工期性工程，也是極高風(fēng)險(xiǎn)隧道。

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是保證隧道施工安全的重要環(huán)節(jié)和技術(shù)手段，但是面臨多種多樣的隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，如何能有針對(duì)性地選定方法，并且進(jìn)行合理化組合，發(fā)揮高效作用，是現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)。

地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道應(yīng)采用多種手段進(jìn)行綜合預(yù)報(bào)。綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確性高，通過(guò)對(duì)多種超前預(yù)報(bào)方法的遴選，總體上形成“長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)與短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合，二維宏觀探測(cè)與三維精準(zhǔn)探測(cè)相結(jié)合，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與靶向鉆孔驗(yàn)證相結(jié)合”的新型超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)綜合分析技術(shù)可起到“綜合預(yù)報(bào)、精確定位、風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)”的明顯效果。

1)宏觀定性預(yù)報(bào)——TSP法。屬于地震波探測(cè)法，對(duì)可能給隧道施工帶來(lái)安全隱患的斷層、破碎帶、采空區(qū)、巖溶富水區(qū)等不良地質(zhì)構(gòu)造具有較好的定性預(yù)報(bào)效果，但很難實(shí)現(xiàn)不良地質(zhì)體的精準(zhǔn)定位。

2)二維定位預(yù)報(bào)——瞬變電磁法。是一種時(shí)間域電磁法，對(duì)低阻體有著異常的敏感性，因此，在探水方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性，可實(shí)現(xiàn)掌子面前方含導(dǎo)水構(gòu)造及富水區(qū)域的二維精準(zhǔn)定位。

3)三維定位定量預(yù)報(bào)——激發(fā)極化法。是電法勘探的一個(gè)重要分支，該方法通過(guò)采用多同性源陣列式觀測(cè)方式，可以實(shí)現(xiàn)隧道掌子面及其周邊區(qū)域(30 m×30 m)、掌子面前方區(qū)域(30 m)含導(dǎo)水構(gòu)造及富水區(qū)的三維精準(zhǔn)定位；通過(guò)二電流半衰時(shí)之差可以對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)的靜水量進(jìn)行估算。

3.2 躍龍門(mén)隧道平導(dǎo)區(qū)段動(dòng)態(tài)施工組織管控措施

1)根據(jù)全線軌道鋪架工期的要求，原設(shè)計(jì)隧道左線要求土建工期為48個(gè)月；左線隧道土建工程施工工期為47.47個(gè)月(包括準(zhǔn)備工期)，右線隧道土建工程施工工期為61.92個(gè)月(包括準(zhǔn)備工期)。其中，躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井與3號(hào)橫洞區(qū)間為全隧關(guān)鍵線路，采用中間平導(dǎo)設(shè)置，整體按照“平導(dǎo)超前、左右增開(kāi)、長(zhǎng)隧短打”的施工組織原則，集中主要資源加快平導(dǎo)施工進(jìn)度，從而增加正線左右線超前工作面縮短整體工期[5]。

躍龍門(mén)隧道關(guān)鍵線路為3號(hào)斜井工區(qū)至3號(hào)橫洞工區(qū)區(qū)間左線施工任務(wù)，施工進(jìn)度指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 施工進(jìn)度指標(biāo)

2)躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井工區(qū)平導(dǎo)、3號(hào)橫洞工區(qū)平導(dǎo)各采用1套無(wú)軌運(yùn)輸中度機(jī)械化設(shè)備配置，3號(hào)斜井工區(qū)左線采用2套無(wú)軌運(yùn)輸高度機(jī)械化設(shè)備配置，3號(hào)橫洞工區(qū)平導(dǎo)對(duì)應(yīng)左線段施工采用1套無(wú)軌運(yùn)輸高度機(jī)械化設(shè)備配置，左線隧道施工完畢后可將高度機(jī)械化設(shè)備使用在對(duì)應(yīng)右線段落，其余各工區(qū)作業(yè)面均采用基本機(jī)械化配置。躍龍門(mén)隧道無(wú)軌運(yùn)輸機(jī)械化設(shè)備配置見(jiàn)表3和表4。躍龍門(mén)隧道施工組織示意圖如圖3所示。

表3 躍龍門(mén)隧道無(wú)軌運(yùn)輸機(jī)械化設(shè)備配置(平導(dǎo)中度機(jī)械化設(shè)備配置)

Table 3 Mechanized equipment for trackless transportation of Yuelongmen Tunnel(moderately mechanized equipment for parallel adit)

機(jī)械名稱規(guī)格數(shù)量超前水平鉆機(jī)能取芯1二臂鑿巖臺(tái)車1多功能作業(yè)臺(tái)架1挖掘機(jī)/m31.21風(fēng)鉆30移動(dòng)式空壓機(jī)/(m3/min)18～253～5炮泥機(jī)1挖裝機(jī)/m32～62自卸車/t15～4010注漿泵1～2鉆注一體鉆機(jī)/(m/h)15～201～2濕噴機(jī)械手2鋼拱架拼裝機(jī)1混凝土輸送泵/m35～102混凝土輸送車/m35～105

表4 躍龍門(mén)隧道無(wú)軌運(yùn)輸機(jī)械化設(shè)備配置(正線高度機(jī)械化設(shè)備配置)

Table 4 Mechanized equipment for trackless transportation of Yuelongmen Tunnel(highly mechanized equipment for main line)

機(jī)械名稱規(guī)格數(shù)量超前水平鉆機(jī)能取芯1三臂鑿巖臺(tái)車1多功能作業(yè)臺(tái)架1挖掘機(jī)/m31.21風(fēng)鉆30移動(dòng)式空壓機(jī)/(m3/min)18～253～5炮泥機(jī)1挖裝機(jī)/m32～62自卸車/t15～4010注漿泵1～2鉆注一體鉆機(jī)/(m/h)15～201～2濕噴機(jī)械手2鋼拱架拼裝機(jī)1混凝土輸送泵/m35～102混凝土輸送車/m35～105二次襯砌模板臺(tái)車/m9～122仰拱模板臺(tái)架/m9～122自行式仰拱棧橋/m242防水板作業(yè)臺(tái)車移動(dòng)式2水溝電纜槽臺(tái)車移動(dòng)式2

圖3 躍龍門(mén)隧道施工組織示意圖

Fig. 3 Schematic of Construction Organization of Yuelongmen Tunnel

3)躍龍門(mén)隧道從2012年12月進(jìn)場(chǎng)，2013年10月正式開(kāi)工，截至2020年1月，隧道整體僅剩3號(hào)斜井至3號(hào)橫洞區(qū)段剩余施工任務(wù)，截至目前施工周期已60個(gè)月，超出原計(jì)劃左線工期12個(gè)月。

4)躍龍門(mén)隧道在施工過(guò)程中整體采用動(dòng)態(tài)管理體系，受地質(zhì)條件復(fù)雜多變、長(zhǎng)大隧道通風(fēng)、物流運(yùn)輸組織、機(jī)械化配置配套及高瓦斯設(shè)備改造工效損耗等原因，僅躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井工區(qū)在高峰期最多達(dá)7個(gè)工作面同時(shí)掘進(jìn)施工，在確保安全和質(zhì)量的前提下，施工組織管理難度極大。

躍龍門(mén)隧道始終堅(jiān)持利用平導(dǎo)超前形成動(dòng)態(tài)調(diào)整，在確保左線施工組織為最關(guān)鍵線路的前提下，動(dòng)態(tài)調(diào)整左右線各個(gè)作業(yè)面的施工順序、施工配置、支護(hù)措施以及變形控制等，實(shí)現(xiàn)針對(duì)圍巖變化條件下最大化的施工組織目標(biāo)動(dòng)態(tài)管控模式[6]。

3.3 3號(hào)斜井至3號(hào)橫洞區(qū)段大變形動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及施工組織

1)躍龍門(mén)隧道的大變形段落預(yù)測(cè)總體上分為2種情況。①軟質(zhì)巖大變形預(yù)測(cè)發(fā)生段落。大變形發(fā)生可能性較高，需要重點(diǎn)防護(hù)，并加強(qiáng)超前支護(hù)。根據(jù)發(fā)生大變形的危害情況，可分為： 輕微大變形、中等大變形及嚴(yán)重大變形3個(gè)等級(jí)。②隧道地質(zhì)條件極其復(fù)雜，而軟質(zhì)巖大變形影響因素也是復(fù)雜多樣，綜合判斷過(guò)程中除去預(yù)測(cè)發(fā)生段落，還有部分段落在多因素疊加情況下可能發(fā)生軟質(zhì)巖大變形。

預(yù)測(cè)長(zhǎng)度分別為左線4 346 m、右線4 536 m、平導(dǎo)4 189.033 m。

2)根據(jù)開(kāi)挖揭示情況，大變形段落較施工圖預(yù)判里程段落有很大差別。開(kāi)挖揭示震旦系邱家河組(Zbq)炭質(zhì)板巖、頁(yè)巖夾砂質(zhì)板巖發(fā)生了擠壓型大變形，共有3個(gè)工區(qū)發(fā)生大變形，分別為1號(hào)斜井工區(qū)、3號(hào)斜井工區(qū)和3號(hào)橫洞工區(qū)。

3)躍龍門(mén)隧道大變形段落中，3號(hào)斜井工區(qū)大變形發(fā)生最嚴(yán)重且最具代表性。23#～24#(D2K99+735～+890)橫通道區(qū)間對(duì)應(yīng)的左線、中部平導(dǎo)、右線大變形最為嚴(yán)重。變形區(qū)段位于大屋基倒轉(zhuǎn)背斜核部附近的節(jié)理密集帶，受地質(zhì)構(gòu)造、高地應(yīng)力、圍巖破碎、水體軟化等綜合因素引發(fā)，其中平導(dǎo)最大變形PDK99+805斷面豎直方向累計(jì)變形96.7 cm，水平方向累計(jì)收斂41.4 cm，其中仰拱上鼓達(dá)55 cm。

由于躍龍門(mén)隧道為“左右線+中間平導(dǎo)+聯(lián)絡(luò)通道”3線并行的“復(fù)雜型洞群”結(jié)構(gòu)，平導(dǎo)大變形通過(guò)區(qū)段在后期受鄰近左線、右正線對(duì)應(yīng)段施工的“洞群效應(yīng)”影響，先期平導(dǎo)第1次發(fā)生大變形段落變形情況加劇，對(duì)比最嚴(yán)重的平導(dǎo)PDK99+805斷面，豎直方向累計(jì)變形220.4 cm，水平方向累計(jì)收斂122.9 cm,其中仰拱累計(jì)上鼓達(dá)140 cm；對(duì)應(yīng)區(qū)段的正線拱頂累計(jì)最大下沉35 cm，水平方向累計(jì)最大收斂62 cm，仰拱累計(jì)最大上鼓25 cm；初期支護(hù)鋼架出現(xiàn)扭曲、折斷、錯(cuò)位斷開(kāi)等現(xiàn)象。躍龍門(mén)隧道平導(dǎo)及正線大變形平面位置三維示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 躍龍門(mén)隧道平導(dǎo)及正線大變形平面位置三維示意圖

4)支護(hù)措施及工法動(dòng)態(tài)調(diào)整

①為了降低中間平導(dǎo)未施工段群洞效應(yīng)的影響，確定將平導(dǎo)平面位置進(jìn)行優(yōu)化，采用中部平導(dǎo)外移方案，中部平導(dǎo)外移至右線右側(cè)70 m處，如圖5所示。

圖5 外移平導(dǎo)平面布置示意圖(單位： m)

②結(jié)合前期躍龍門(mén)隧道軟巖大變形發(fā)生情況及過(guò)程措施優(yōu)化調(diào)整控制效果，并依托成蘭鐵路軟巖大變形科研成果，在后期大變形段落施工中，遵照“主動(dòng)控制”的理念，重點(diǎn)采取“雙層支護(hù)”和“長(zhǎng)短錨桿結(jié)合”措施，通過(guò)及時(shí)有效的支護(hù)和采用分層分次的支護(hù)，可有效改善洞周應(yīng)力分布和減少圍巖破碎范圍的發(fā)展。

一次支護(hù)采用HW200型鋼拱架，二次支護(hù)主要采用HW175型鋼拱架，鋼架間距60 cm。

拱部短錨桿：φ22組合中空錨桿，每根長(zhǎng)3 m，1.2 m×1.0 m(環(huán)×縱)交錯(cuò)布置。

拱部長(zhǎng)錨桿：φ25樹(shù)脂錨桿，每根長(zhǎng)6 m， 1.2 m×1.2 m(環(huán)×縱)交錯(cuò)布置。

邊墻及隧底長(zhǎng)錨桿：φ32自進(jìn)式錨桿，每根長(zhǎng)8 m，1.2 m×1.2 m(環(huán)×縱)交錯(cuò)布置；

③采用“二臺(tái)階帶仰拱(短臺(tái)階)快速封閉成環(huán)施工方法”，可完全滿足隧道大變形段的施工過(guò)程控制，將大變形隧道的變形量分解到各施工環(huán)節(jié)，分步控制，快速封閉，進(jìn)而控制總變形量。拱頂下沉及周邊收斂均可控制在8～10 cm，隧底隆起可控制在5～8 cm。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)后續(xù)的施工驗(yàn)證，其大變形控制效果顯著。

5)躍龍門(mén)隧道作為復(fù)雜特殊型、特長(zhǎng)單線隧道，其施工組織進(jìn)度受多方面的影響，相較于原設(shè)計(jì)進(jìn)度指標(biāo)要求，實(shí)際施工過(guò)程中整體工效降低明顯；特別是軟巖大變形區(qū)段，施工進(jìn)度受制約更為明顯[7]。實(shí)際施工進(jìn)度指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 實(shí)際施工進(jìn)度指標(biāo)

3.4 高瓦斯隧道通風(fēng)措施

由于躍龍門(mén)隧道是高瓦斯隧道，而且由于隧道具有線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多工作面和動(dòng)態(tài)施工組織的特點(diǎn)，增加了高瓦斯情況下的隧道施工通風(fēng)難度和施工組織難度。

1)根據(jù)原設(shè)通風(fēng)方案，躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井工區(qū)整體采用“自然通風(fēng)為主+機(jī)械局部通風(fēng)為輔”的組合模式，隧道掌子面內(nèi)屬于“正壓通風(fēng)模式”，即隧道掌子面內(nèi)氣壓大于洞外氣壓。從整體通風(fēng)方式分類，躍龍門(mén)隧道屬于利用“自然通風(fēng)”的巷道式通風(fēng)方式。躍龍門(mén)隧道通風(fēng)方案平面布置示意圖見(jiàn)圖6。

圖6 躍龍門(mén)隧道通風(fēng)方案平面布置示意圖

Fig. 6 Plane layout of ventilation scheme for Yuelongmen Tunnel

2)結(jié)合實(shí)地測(cè)量情況分析，躍龍門(mén)隧道目前采用“自然通風(fēng)為主+機(jī)械局部通風(fēng)為輔”的組合模式，在整體施工組織第1階段完畢并進(jìn)入第2階段施工組織中，受多種因素的影響，整體通風(fēng)系統(tǒng)的效果將在一定程度上影響現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)，而且在《煤礦安全規(guī)程》中也有明確規(guī)定，必須采用機(jī)械通風(fēng)方式。

3)針對(duì)通風(fēng)形式的選擇及評(píng)定分析，結(jié)合鐵路隧道通風(fēng)技術(shù)要求、礦山通風(fēng)技術(shù)要求和目前進(jìn)入第2階段通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工作量、安全風(fēng)險(xiǎn)等方面，綜合分析認(rèn)為，最終確定躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井高瓦斯工區(qū)通風(fēng)方法總體采用“全機(jī)械式壓入通風(fēng)方法”，并結(jié)合躍龍門(mén)隧道3號(hào)斜井工區(qū)剩余工程動(dòng)態(tài)施工組織，形成隧道通風(fēng)動(dòng)態(tài)實(shí)施方案。

4)針對(duì)3號(hào)斜井高瓦斯工區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)和通風(fēng)管理，必須遵守“以風(fēng)定產(chǎn)”的根本原則，加強(qiáng)隧道主風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量、局部風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量、風(fēng)筒出風(fēng)量、總回風(fēng)量這“四量”的監(jiān)測(cè)計(jì)算，按照洞內(nèi)防瓦斯積聚、施工生產(chǎn)綜合確定施工組織方案，調(diào)整施工作業(yè)面?zhèn)€數(shù)，做到科學(xué)化管理。

5)躍龍門(mén)隧道在通風(fēng)模式方面引入礦山通風(fēng)技術(shù)，同時(shí)也成功地將隧道通風(fēng)能力和施工組織有效結(jié)合，形成“以風(fēng)定產(chǎn)”科學(xué)化、安全高的施工組織，其實(shí)就是“有多少供風(fēng)就開(kāi)多少作業(yè)面，不能超過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)本身的供風(fēng)能力，風(fēng)不夠瓦斯就超標(biāo)，所以必須嚴(yán)格控制高瓦斯隧道施工中瓦斯超標(biāo)的安全風(fēng)險(xiǎn)”。

3.5 加強(qiáng)信息化管理，自主研發(fā)特長(zhǎng)隧道無(wú)軌運(yùn)輸智能交通調(diào)度管控系統(tǒng)

隧道無(wú)軌運(yùn)輸智能交通調(diào)度管控系統(tǒng)由中鐵十九局自主研發(fā)，基于城市智能交通管控理念，總體上可分為隧道機(jī)械車輛定位和交通信號(hào)燈遠(yuǎn)程控制2套操控平臺(tái)。調(diào)度室內(nèi)設(shè)置顯示裝置，在隧道指定交叉路口設(shè)置對(duì)應(yīng)車輛運(yùn)行方向的交通紅綠信號(hào)燈，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)式調(diào)度平臺(tái)，經(jīng)后臺(tái)模塊組合軟件計(jì)算處理車輛移動(dòng)數(shù)據(jù)，施工車輛安裝無(wú)線射頻裝置，實(shí)現(xiàn)車輛精確定位。通過(guò)隧道施工組織調(diào)整，研究隧道出渣工序環(huán)節(jié)中車輛運(yùn)行軌跡和流量統(tǒng)計(jì)分析，在操控平臺(tái)中預(yù)設(shè)對(duì)應(yīng)工作面出渣特權(quán)線路，可一鍵式修改出渣線路所經(jīng)交叉口信號(hào)燈參數(shù)，行車區(qū)間內(nèi)“綠波帶”暢通的特權(quán)線路；遠(yuǎn)程控制聯(lián)網(wǎng)式交通信號(hào)燈控制器，最后實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)式交通控制指揮平臺(tái)。躍龍門(mén)隧道無(wú)軌運(yùn)輸智能交通調(diào)度管控系統(tǒng)見(jiàn)圖7。

(a) (b)

圖7 躍龍門(mén)隧道無(wú)軌運(yùn)輸智能交通調(diào)度管控系統(tǒng)

Fig. 7 Intelligent traffic dispatching and control system for trackless transportation in Yuelongmen Tunnel

平導(dǎo)的快速掘進(jìn)是整個(gè)工期的關(guān)鍵，由此在系統(tǒng)研發(fā)中針對(duì)5 m×6 m小斷面平導(dǎo)作業(yè)面，采用在通道內(nèi)安裝紅外感應(yīng)線，結(jié)合避車段信號(hào)燈控制器形成“重車避讓預(yù)控”功能，即在重車駛出方向上提前控制下一個(gè)避車段信號(hào)燈，以指示對(duì)向行駛的車輛，自動(dòng)避讓，形成平導(dǎo)重車駛出路線的“綠波帶”優(yōu)勢(shì)。

該系統(tǒng)還配備了應(yīng)急救援功能，當(dāng)洞內(nèi)發(fā)生緊急情況，駕駛員可擊碎“車載無(wú)線射頻裝置”頂殼，按下SOS按鈕即可向洞外調(diào)度室發(fā)出“告警”并在顯示屏顯示定位信息，且可通過(guò)該模塊為洞內(nèi)車輛和人員撤離提供救援線路引導(dǎo)作用。

成蘭鐵路隧道無(wú)軌運(yùn)輸智能交通調(diào)度管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)躍龍門(mén)隧道平導(dǎo)施工區(qū)段機(jī)械車輛的精確定位、智能調(diào)度、交通違章、交通管控的功能，整體洞內(nèi)車輛物流運(yùn)輸效率提高約25%以上，單隧道出渣工序環(huán)節(jié)效率提高近33%，效果極為顯著，徹底解決了施工階段機(jī)械車輛運(yùn)輸安全、物流調(diào)度的施工難題。

4 解除施工組織動(dòng)態(tài)管控邊界約束管理措施

依據(jù)目前躍龍門(mén)隧道最新動(dòng)態(tài)施工組織優(yōu)化方案，針對(duì)如何全力保證躍龍門(mén)隧道的剩余工程施工組織，主要從機(jī)械設(shè)備、人員配置、制度保障、安全管理、質(zhì)量控制等進(jìn)行細(xì)化管控，旨在解除邊界約束條件的制約，推進(jìn)各項(xiàng)重點(diǎn)工作的推進(jìn)和落實(shí)[8]。

1)隧道機(jī)械化設(shè)備采取合理化的“雙配套”配置，保證關(guān)鍵線路和關(guān)鍵作業(yè)面的設(shè)備高效出勤率，確保工效。

2)加強(qiáng)專業(yè)化維修班組，加強(qiáng)過(guò)程管控和維修保養(yǎng)。

3)推行隧道機(jī)械化架子隊(duì)管理模式，施行專業(yè)化隧道施工管理人員隊(duì)伍建設(shè)，增加執(zhí)行力和落實(shí)力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械與人的有效結(jié)合。

4)針對(duì)特長(zhǎng)型隧道工效降低問(wèn)題，在工班配置方面，以專業(yè)化施工班組為管理單元，工班組在配置方面由原來(lái)的“二班制”人員配置增加調(diào)整為“三班制”人員配置，并且通過(guò)整體優(yōu)化資源配置，將3號(hào)斜井整體作業(yè)班組和管理人員采用“三八換班制”，通過(guò)合理分配工作量，實(shí)現(xiàn)工作效率最大化。

5)結(jié)合目前整體施工組織和重難點(diǎn)工點(diǎn)，相繼組織開(kāi)展了序節(jié)點(diǎn)考核、節(jié)點(diǎn)工期考核、勞動(dòng)競(jìng)賽考核等活動(dòng)，通過(guò)“科學(xué)化、合理化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化”施工組織結(jié)合全面考核，形成多控獎(jiǎng)罰機(jī)制，充分調(diào)動(dòng)全體施工人員的積極性，最大限度解除邊界約束條件。

①重點(diǎn)以工序?yàn)榭刂茖?duì)象，把進(jìn)度責(zé)任層層分解，落實(shí)到人，實(shí)現(xiàn)工序轉(zhuǎn)換“負(fù)時(shí)差”轉(zhuǎn)換交接；制定嚴(yán)格的循環(huán)時(shí)間考核獎(jiǎng)罰標(biāo)準(zhǔn)。

②進(jìn)一步推進(jìn)和實(shí)行工序量化及工序卡控管理，建立內(nèi)部考核標(biāo)準(zhǔn)，將工序循環(huán)壓縮空間重點(diǎn)放在工序總體時(shí)間較長(zhǎng)的“錨噴支護(hù)”環(huán)節(jié)，通過(guò)工裝設(shè)備、工藝調(diào)整、混凝土配合比優(yōu)化等措施的調(diào)整，將1個(gè)掘進(jìn)段落工序總循環(huán)時(shí)間壓縮10%～20%。

6)結(jié)合智能交通調(diào)度管控系統(tǒng)，設(shè)置專職調(diào)度人員進(jìn)行管控系統(tǒng)的操作和日常運(yùn)行維護(hù)，同時(shí)增設(shè)洞內(nèi)外車輛專職協(xié)同調(diào)度，配合專職調(diào)度人員完成洞內(nèi)外機(jī)械設(shè)備、車輛管理的調(diào)度工作，形成“人機(jī)結(jié)合、協(xié)同管控”的高效施工物流組織。

5 結(jié)語(yǔ)

躍龍門(mén)隧道作為成蘭鐵路全線控制工期性工程，其工程特點(diǎn)主要從隧道本身不良地質(zhì)條件復(fù)雜多變、外部施工環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、內(nèi)部隧道組織及輔助施工技術(shù)困難3方面概述。躍龍門(mén)隧道是越嶺隧道施工組織動(dòng)態(tài)化管控中一個(gè)極具代表性的“組合型困難戶”系統(tǒng)工程。

通過(guò)對(duì)躍龍門(mén)隧道科學(xué)化的動(dòng)態(tài)管控技術(shù)研究，結(jié)合實(shí)施過(guò)程中逐步完善和優(yōu)化，使得躍龍門(mén)隧道的工程進(jìn)展可控有效，可為以后同類特長(zhǎng)、復(fù)雜隧道工程建設(shè)提供有益借鑒。