昌寧隧道施工方案一、工程概況1.1隧道總體設(shè)計(jì)昌寧隧道為分離式雙向四車道高速公路特長隧道，左幅全長5454米，右幅全長5429米，設(shè)計(jì)時(shí)速80公里，建筑限界凈寬10.25米、凈高5.0米。隧道穿越滇西橫斷山區(qū)構(gòu)造剝蝕侵蝕地貌單元，斜穿南北向山體，進(jìn)口端位于田園鎮(zhèn)三家村，出口端銜接柯街鎮(zhèn)區(qū)域，是昌保高速公路全線控制性工程。1.2地質(zhì)水文條件隧址區(qū)地質(zhì)條件極為復(fù)雜，主要呈現(xiàn)五大特征：一是圍巖軟弱多變，五級圍巖占比達(dá)85%以上，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，粘土礦物含量高，遇水易軟化崩解；二是水平構(gòu)造應(yīng)力顯著，最大水平主應(yīng)力達(dá)21MPa，易引發(fā)支護(hù)結(jié)構(gòu)非對稱大變形；三是節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體完整性差，掌子面掉塊現(xiàn)象頻發(fā)；四是地下水豐富，隧道穿越3條斷層破碎帶，施工期間共發(fā)生8次大型突泥突水災(zāi)害；五是存在高地溫風(fēng)險(xiǎn)，局部段落掌子面溫度達(dá)38℃。1.3工程重難點(diǎn)本工程核心挑戰(zhàn)在于軟巖大變形控制，施工期間最大變形量達(dá)2125mm，初期支護(hù)換拱率曾高達(dá)33%。同時(shí)面臨三大控制難題：一是特長隧道獨(dú)頭掘進(jìn)距離長，通風(fēng)排煙困難；二是高富水地層突涌風(fēng)險(xiǎn)高，單小時(shí)最大涌水量達(dá)800m3；三是復(fù)雜地質(zhì)條件下超前地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性要求高，需精準(zhǔn)判斷前方圍巖變化。二、施工總體部署2.1施工組織架構(gòu)采用"一級管理、三級負(fù)責(zé)"組織模式，設(shè)立隧道工程項(xiàng)目經(jīng)理部，下設(shè)工程技術(shù)部、安全質(zhì)量部、物資設(shè)備部等6個(gè)職能部門，配置隧道專業(yè)工程師12人，地質(zhì)工程師3人，專職安全員8人。施工隊(duì)伍按"兩洞四工區(qū)"配置，左洞進(jìn)口工區(qū)、左洞豎井工區(qū)、右洞進(jìn)口工區(qū)、右洞豎井工區(qū)平行作業(yè)，各工區(qū)配備專業(yè)化作業(yè)班組。2.2施工平面布置洞口場地按"三區(qū)分離"原則規(guī)劃：左側(cè)設(shè)置材料加工區(qū)（含鋼筋加工棚、鋼構(gòu)件預(yù)制區(qū)），中間為混凝土拌合區(qū)（配置HZS120拌合站2套），右側(cè)為機(jī)械設(shè)備停放及維修區(qū)。隧道洞口設(shè)置雙車道施工便道與主線便道連接，寬度6.5米，采用20cm厚C20混凝土硬化處理。2.3施工分區(qū)劃分創(chuàng)新采用"豎井輔助主洞"施工工法，在隧道右洞YK30+518左側(cè)10米處設(shè)置直徑9.2米、深度255米的圓形通風(fēng)豎井，通過豎井連接主洞形成四個(gè)作業(yè)面：左洞進(jìn)口工區(qū)負(fù)責(zé)K0+000~K2+700段施工，左洞豎井工區(qū)負(fù)責(zé)K2+700~K5+454段施工；右洞進(jìn)口工區(qū)負(fù)責(zé)YK0+000~YK2+600段施工，右洞豎井工區(qū)負(fù)責(zé)YK2+600~YK5+429段施工，實(shí)現(xiàn)"長隧短打"。2.4機(jī)械設(shè)備配置實(shí)施"機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人"戰(zhàn)略，配置專業(yè)化施工設(shè)備集群：開挖設(shè)備：3臺(tái)C6XP-2隧道多功能鉆機(jī)（超前鉆探兼取芯）、6臺(tái)三臂液壓鑿巖臺(tái)車、4臺(tái)3m3裝載機(jī)支護(hù)設(shè)備：8臺(tái)濕噴機(jī)械手、4套NPR錨索施工專用設(shè)備、2臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)出碴設(shè)備：20臺(tái)20t自卸汽車、4臺(tái)側(cè)卸式出碴車監(jiān)測設(shè)備：三維激光掃描儀、地質(zhì)雷達(dá)、光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)、聲吶探測儀三、關(guān)鍵施工技術(shù)3.1開挖支護(hù)體系針對不同圍巖等級采用分級開挖工法：Ⅳ級圍巖段：采用上下臺(tái)階法施工，循環(huán)進(jìn)尺2.5米，臺(tái)階長度控制在5~8米，初期支護(hù)采用"噴射混凝土+錨桿+鋼拱架"聯(lián)合支護(hù)體系，配置I20b型鋼拱架，間距1.0米。Ⅴ級圍巖段：采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，循環(huán)進(jìn)尺1.0米，上臺(tái)階預(yù)留核心土，初期支護(hù)加強(qiáng)為"雙層噴射混凝土（C25/C30各15cm）+Φ25中空注漿錨桿（L=4.5m，間距1.0×1.0m）+I22b型鋼拱架（間距0.6m）+鋼筋網(wǎng)（Φ8@20×20cm）"。軟巖大變形段：創(chuàng)新應(yīng)用NPR錨索開挖補(bǔ)償支護(hù)技術(shù)，每榀鋼拱架配置4根Φ22mmNPR錨索（L=10m），施加初始預(yù)應(yīng)力150kN，通過錨索的恒阻大變形特性（延伸率≥3%）吸收圍巖變形能量，實(shí)現(xiàn)"開挖補(bǔ)償"力學(xué)平衡。3.2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與災(zāi)害防治建立"四位一體"超前預(yù)報(bào)體系：長距離預(yù)報(bào)：采用TSP-203系統(tǒng)進(jìn)行100~150米范圍地質(zhì)構(gòu)造探測，每50米施作一次中距離預(yù)報(bào)：使用C6XP-2鉆機(jī)進(jìn)行30~50米超前鉆探，結(jié)合巖芯分析判斷圍巖等級短距離預(yù)報(bào)：掌子面采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行5~10米范圍溶洞、裂隙探測實(shí)時(shí)監(jiān)測：洞內(nèi)布設(shè)微震監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測頻率200Hz，預(yù)警巖爆風(fēng)險(xiǎn)針對高風(fēng)險(xiǎn)地層實(shí)施"三超前"預(yù)處理：超前帷幕注漿：在斷層破碎帶采用Φ108管棚（L=30m）+Φ42小導(dǎo)管（L=5m）組合注漿，水泥-水玻璃雙液漿配比1:1，注漿壓力控制在1.5~2.0MPa超前排水降壓：對富水段設(shè)置Φ133排水孔，單孔深度30米，仰角5°，確保掌子面積水及時(shí)排除超前加固：對極破碎圍巖段采用洞內(nèi)管棚工作室，施作Φ159管棚（L=40m），管棚環(huán)向間距30cm3.3豎井輔助施工技術(shù)豎井施工采用"反井鉆機(jī)+正井?dāng)U挖"工藝，先利用LM-200反井鉆機(jī)施工216mm導(dǎo)孔，再自上而下進(jìn)行全斷面擴(kuò)挖。井筒支護(hù)采用"噴射混凝土（15cm）+錨桿（L=3.5m）+鋼筋網(wǎng)"臨時(shí)支護(hù)，永久支護(hù)為50cm厚C30模筑混凝土。豎井與主洞連接段采用"眼鏡法"施工，先開挖上下導(dǎo)洞形成通風(fēng)通道，再進(jìn)行正洞擴(kuò)挖。通過豎井形成五大系統(tǒng)：提升系統(tǒng)：配置2臺(tái)JKZ-3.2/20提升機(jī)，提升速度6m/s，單次提升能力8t出碴系統(tǒng)：設(shè)置3m3吊桶+自卸汽車運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)每小時(shí)出碴120m3通風(fēng)系統(tǒng)：安裝2臺(tái)2×110kW軸流風(fēng)機(jī)，形成豎井-主洞縱向通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)排水系統(tǒng)：布置3級排水泵站，總排水能力1200m3/h供電系統(tǒng)：雙回路供電，配置800kVA柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源3.4防排水施工采用"以防為主、防排結(jié)合、綜合治理"原則，建立三道防水體系：初期支護(hù)防水：噴射混凝土摻加聚丙烯纖維（摻量0.9kg/m3），拱墻設(shè)置Φ50彈簧排水管，間距3~5米防水層：采用1.5mm厚EVA防水板（幅寬2.0m）+無紡布（300g/m2）復(fù)合防水層，采用無釘鋪設(shè)工藝二次襯砌防水：C35P8防水混凝土，抗?jié)B等級≥0.8MPa，施工縫設(shè)置中埋式鋼邊止水帶+背貼式止水帶雙重防水排水系統(tǒng)采用"分區(qū)排水、集中抽排"方式，在邊墻設(shè)置Φ100縱向排水管，每50米設(shè)置一處橫向?qū)埽瑢⑺胫行呐潘疁?，通過多級泵站抽排至洞外污水處理站。四、安全質(zhì)量控制4.1軟巖大變形控制技術(shù)建立"監(jiān)測-預(yù)警-調(diào)控"動(dòng)態(tài)管理體系：監(jiān)測體系：布設(shè)三維位移監(jiān)測網(wǎng)，每10米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測斷面，采用全站儀進(jìn)行拱頂下沉和凈空變化量測，頻率為1~2次/天，變形速率超過5mm/天啟動(dòng)預(yù)警控制措施：當(dāng)變形量達(dá)設(shè)計(jì)值80%時(shí)，采取三項(xiàng)調(diào)控措施：①增加NPR錨索數(shù)量（每榀增至6根）；②縮短鋼拱架間距（由0.6m調(diào)整為0.5m）；③施作臨時(shí)橫撐（采用I20b型鋼）支護(hù)參數(shù)：優(yōu)化后支護(hù)體系實(shí)現(xiàn)"三零"目標(biāo)（零換拱、零侵限、零突涌），NPR錨索累計(jì)施工1187米，最大變形量控制在150mm以內(nèi)4.2安全管控體系實(shí)施"五位一體"安全管理：智能監(jiān)控系統(tǒng)：隧道內(nèi)安裝人員定位系統(tǒng)（精度≤3m）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（分辨率1080P）、有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)（監(jiān)測CO、O2等6項(xiàng)指標(biāo)）應(yīng)急管理：編制12項(xiàng)專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，每季度組織突水突泥應(yīng)急演練，配置2套救生艙和4臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)風(fēng)險(xiǎn)分級管控：建立四級風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制，對高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)實(shí)施"作業(yè)許可"制度，每日召開風(fēng)險(xiǎn)研判會(huì)安全培訓(xùn)：設(shè)置VR安全體驗(yàn)館，對所有人員進(jìn)行"三級安全教育"，特種作業(yè)人員持證上崗率100%設(shè)備安全：推行機(jī)械設(shè)備"十字作業(yè)法"（清潔、潤滑、調(diào)整、緊固、防腐），關(guān)鍵設(shè)備實(shí)行"雙人雙鎖"管理4.3質(zhì)量管理措施執(zhí)行"三檢制+第三方檢測"質(zhì)量管控模式：材料控制：建立材料進(jìn)場"二維碼"追溯系統(tǒng)，NPR錨索、防水板等關(guān)鍵材料需進(jìn)行第三方檢測，合格率100%方可使用工序控制：制定28項(xiàng)關(guān)鍵工序作業(yè)指導(dǎo)書，鋼拱架安裝采用全站儀定位，允許偏差≤±3cm，錨桿拉拔力試驗(yàn)頻率為1%檢測驗(yàn)收：每循環(huán)進(jìn)行初期支護(hù)厚度檢測（采用地質(zhì)雷達(dá)），二次襯砌施工前進(jìn)行仰拱填充密實(shí)度檢測，合格率達(dá)到98%以上質(zhì)量追溯：應(yīng)用BIM技術(shù)建立三維模型，實(shí)現(xiàn)施工全過程質(zhì)量數(shù)據(jù)可視化管理，每道工序留存影像資料五、進(jìn)度管理5.1進(jìn)度計(jì)劃編制采用"四級進(jìn)度計(jì)劃"管控體系：總進(jìn)度計(jì)劃：合同工期48個(gè)月，關(guān)鍵線路為左洞開挖支護(hù)→二次襯砌→洞內(nèi)路面施工年度計(jì)劃：按"左洞88%、右洞96%"的完成率控制，年度掘進(jìn)目標(biāo)4800米月度計(jì)劃：每月25日召開進(jìn)度分析會(huì)，動(dòng)態(tài)調(diào)整下月計(jì)劃，五級圍巖段月進(jìn)尺控制在60米以上周計(jì)劃：采用"5+2"作業(yè)模式，每天3班制，循環(huán)作業(yè)時(shí)間控制在12小時(shí)以內(nèi)5.2進(jìn)度保障措施實(shí)施五大提速措施：資源保障：高峰期投入32臺(tái)套大型設(shè)備，儲(chǔ)備3個(gè)月用量的鋼拱架、錨桿等關(guān)鍵材料技術(shù)創(chuàng)新：應(yīng)用NPR錨索技術(shù)后單循環(huán)作業(yè)時(shí)間縮短2小時(shí)，月進(jìn)度提高40%工序優(yōu)化：采用"平行作業(yè)法"，開挖與支護(hù)工序間隔時(shí)間控制在4小時(shí)以內(nèi)激勵(lì)機(jī)制：設(shè)立進(jìn)度專項(xiàng)獎(jiǎng)金，對超額完成任務(wù)的班組給予5~10萬元獎(jiǎng)勵(lì)外部協(xié)調(diào)：與氣象部門建立預(yù)警機(jī)制，雨季來臨前完成洞口截排水系統(tǒng)施工5.3進(jìn)度監(jiān)測與調(diào)整建立"三查三比"進(jìn)度管控機(jī)制：日常檢查：每日檢查各工區(qū)進(jìn)尺情況，填寫《隧道施工日報(bào)表》周度考核：每周對比計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度偏差，偏差超過5%時(shí)分析原因月度評估：每月編制進(jìn)度分析報(bào)告，采用掙值法評估進(jìn)度績效指數(shù)（SPI）動(dòng)態(tài)調(diào)整：當(dāng)SPI<0.9時(shí)，采取三項(xiàng)措施：①增加作業(yè)班組；②優(yōu)化施工參數(shù)；③調(diào)整資源配置通過系統(tǒng)管控，項(xiàng)目最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約工期7個(gè)月，左洞累計(jì)完成4785米（完成率88%），右洞累計(jì)完成5221米（完成率96%），安全實(shí)現(xiàn)"零死亡、零重傷"目標(biāo)，獲評"云南省平安工地示范項(xiàng)目"。六、科技創(chuàng)新與應(yīng)用6.1新技術(shù)應(yīng)用重點(diǎn)推廣五項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)：NPR錨索支護(hù)技術(shù)：通過恒阻大變形特性吸收圍巖能量，解決軟巖大變形難題，獲2022年度中國公路學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)：集成TSP、地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆探等技術(shù)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)92%智能監(jiān)控量測系統(tǒng)：采用自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備，數(shù)據(jù)采集頻率提高5倍，預(yù)警響應(yīng)時(shí)間縮短至30分鐘濕噴混凝土技術(shù)：噴射效率達(dá)20m3/h，混凝土回彈率控制在15%以內(nèi)BIM+GIS技術(shù)：建立隧道三維模型，實(shí)現(xiàn)施工全過程可視化管理6.2科研成果項(xiàng)目實(shí)施期間完成14項(xiàng)企業(yè)級課題研究，獲授