高海拔长大隧道快速施工技术研究摘要：在高原隧道建设过程中，高海拔地区由于特殊的低压、低氧环境，造成施工人员效能降低，施工机械设备功率减小，影响隧道开挖进度。
另外，长大隧道一般距离都大于1000m,若前期施工速度达不到施工组织要求，后期抢工、赶工所产生的人员、机械设备费用会成倍增加，抢工及赶工阶段也会导致施工风险增大。
因此，在整个施工阶段，自始至终需要关注隧道施工进度问题。
本文以川藏铁路邦达隧道建设为例，在施工管理、技术管理、创新性技术应用等方面开展研究，以求实现隧道快速施工，降低施工成本，确保隧道如期完工。
关键词：高海拔长大隧道施工管理技术管理创新性技术快速施工引言：川藏铁路是习近平总书记亲自谋划、亲自部署、亲自推动的世纪性战略工程，对推动西部地区特别是川藏两省经济、社会发展，具有重要意义。
川藏铁路沿途多穿越高山峻岭，其中隧道占比超80%，隧道建设进度直接关系到川藏铁路能否如期通车的关键所在。
高海地区气候恶劣，地质条件复杂，在隧洞建设中面临诸多施工困难。
为克服高原隧道建设的各种施工难题，对高海拔长大隧道快速施工开展研究是十分必要的。
在长大隧道快速施工技术研究方面，陈家湘[3]针对不良地质隧道，通过采取优化设计、加强技术措施支撑来提高复杂地质隧道掘进速度。
张潘[5]以长胜特长隧道为依托，研究了通过优化开挖、支护、施工设备等，从而实现隧道快速掘进的目标。
姚大发[4]针对某长大隧道工程实际情况，从决策控制与施工决策两方面入手，对快速施工方面的管理技术及其具体应用进行深入分析。
基于以上文献对长大隧道快速施工方面的研究经验，结合川藏铁路邦达隧道2号斜井工程施工实践。
本文深入探讨了施工管理、技术管理及创新性技术应用对推动施工进度的有力保障。
一、工程背景川藏铁路邦达隧道2号施工斜井位于昌都市卡若区若巴乡叶绒沟南侧，洞口海拔高度4300m，氧气及气压约为内地的60%。
斜井全长3666.5m（X0+000～X3+666.5段），洞身综合坡比-9.61%，最大埋深886.5m,双车道无轨运输，采用钻爆法施工。
斜井周边降雨量丰富，地下水主要受地表降水、层间水、地下裂隙水影响。
隧道内水量主要由掌子面涌水及拱顶渗水组成，根据日常监测，其隧道正常涌水量为5200m3/d，最大涌水量为11000m3/d。
斜井洞身岩性主要为元古界片岩、花岗岩和玢岩，元古界片岩以Ⅳ级为主，花岗岩以Ⅲ级围岩为主，玢岩岩体较破碎，物探低阻围岩以Ⅳ级为主。
其中Ⅲ级围岩2110m，Ⅳ级围岩1220，Ⅴ级围岩336.5m。
二、高原隧道施工影响进度常见问题（一）岩层裂隙发育、岩层软硬不均受地壳运动及岩层发育时间较短等影响，高原地区岩层裂隙发育，岩层软硬不均匀现场比较常见。
导致在隧道爆破过程中，出现岩层滑落，爆破面轮廓不均匀，掌子面单次爆破进尺左右长短不一，造成结构超挖，开挖进尺效率低。
（二）突涌水频发高原地区年均降雨量较大，受到岩层裂隙发育影响，地下水异常丰富。
在隧道开挖过程中极易发生掌子面大量涌水，影响人工钻爆施工进度。
尤其是反坡隧道，若涌水抽排不及时，容易造成掌子面被淹，导致现场被迫停工。
（三）喷射混凝土回弹率较高针对高原隧道，目前没有专用混凝土添加剂，所采用的传统添加剂高原适应性较差，导致隧道喷射混凝土回弹率较高。
而富水隧道加剧了喷射混凝土掉落程度，不仅增加了喷射混凝土超耗量，也增加了补喷时间消耗。
（四）隧道超挖受爆破设计水平、打孔偏差、装药偏差、岩层性质多方面影响，爆破后，会造成开挖轮廓不同程度出现超挖或欠挖。
一般施工单位为避免出现欠挖，在爆破设计过程中，会进行专门考虑，通过减小周边炮孔间距，增加装药量来解决。
但由于多种原因的影响，很多隧道超挖严重，不仅造成出渣量增大，也造成喷射混凝土超耗量增加，无形中也增加了施工时间。
（五）工序衔接不畅隧道施工分为多个不同工序，由不同的施工人员共同完成施工任务。
测量工序由测量人员完成对炮孔进行定位放样；钻爆工序由人工或三臂凿岩台车进行炮眼钻孔打设，炮工完成炸药装填、引爆；出渣工序由装载机及渣土车配合完成出渣；拱架安装工序由施工人员按设计进行拱架架设；初支喷浆工序由喷浆手和混凝土供应系统共同完成。
另外，为保证所有施工工序运转正常，抽排水人员、挖机司机、技术员、监理、混凝土调度员也承担了重要角色。
面对如此多的工序，如此多的配合人员，一旦一个环节出现问题，将影响整个循环系统的运行，导致施工进度受阻。
（六）材料、设备供应不充足高原隧道建设一般距离周边城市较远，材料采购及运输周期较长。
另外，在冬季，大雪封山、封路，也会影响材料、设备供应。
若施工单位材料采购计划与实际需求出现偏差或易损设备储备不足，将直接影响现场施工进度。
（七）管理及施工人员能力、素质有待提高高原地区低压、低氧环境，对人员健康水平要求较高，一些技术及管理能力较强的人员未能参与到高原隧道建设中。
而部分施工管理人员缺乏高原施工经验，其业务、技术能力有待提高。
另外，部分施工单位由于首次参与高原隧道建设，很多施工人员多是在附近高原地区临时招用。
由于前期没有合作经历，对其施工能力、业务能力不能得到有效了解，双方磨合时间增加。
外加，很多不确定因素也造成了工人流动性大，直接影响了隧道施工进度。
（八）高原地区人机效能降低受高原低压、低氧环境影响，人员劳动效能及机械设备功率将出现降低，而人机效能是影响高原隧道施工进度的关键因素。
根据调查显示，在海拔4300m处，与平原地区隧道施工人员相比，其劳动能效会降低40.6%，对隧道施工进度有不利的影响。
（九）新技术应用不足部分施工单位在高原隧道建设中，照搬平原隧道施工经验，没有针对高原隧道建设特点，开展新技术、新设备、新工艺的开发与应用。
采用传统施工手段，受高原地区功效降低等影响，导致施工进度大打折扣。
三、高原隧道开挖技术以邦达隧道2号斜井为例，该隧道Ⅲ级围岩段开挖设计轮廓为56.2m2，前期使用人工钻爆，后期由三臂凿岩台车进行钻爆施工。
以下内容为隧道开挖工序：（一）炮孔定位测量人员利用全站仪，根据设计炮孔位置在掌子面标记周边眼，并对掘进眼、掏槽眼等进行导向标记。
测量人员两人，挖掘机一台，总花费时间21min。
（二）大机或人工钻爆（1）炮孔打设待炮孔放样完成后，使用三臂凿岩台车或气动凿岩机按设计孔深及角度进行孔位打设。
三臂凿岩台车有两名大机操作手进行控制，人工钻爆需配备18人，总施工时间受岩层硬度影响。
在Ⅲ级围岩状态下，两者所用时间相差不大，Ⅳ、Ⅴ围岩状态下，人工钻爆速度优于三臂凿岩台车。
（2）装药及爆破钻孔完成后，根据设计装药量，使用人工进行炸药装填。
大机钻孔工艺，配备10人进行装药，装药+起爆总花费时间约90min;人工钻孔工艺，由18人进行炸药装填，装药+起爆总工花费约60min。
（三）出渣待爆破完成后，使用1台反铲装载机+8台自卸汽车进行洞渣外运,其总耗时约210min。
（四）排险及扒渣使用挖掘机对拱顶及掌子面危岩进行排险，对掌子面底部进行残渣清理，为下一步打设底板炮眼做准备。
最后，将剩余洞渣统一外运，该工序总耗时60min。
四、高海拔长大隧道快速施工技术中铁十局川藏项目部为高质量、高标准完成川藏铁路建设，认真分析高海拔隧道快速施工制约因素，在施工过程中通过开展技术攻关，优化管理措施，使高原隧道建设速度有了质的提升。
（一）所采用的技术措施1.爆破设计爆破设计水平的高低直接影响到爆破效果，对隧道超欠挖及材料超耗量影响较大。
施工单位成立爆破设计小组，邀请隧道爆破专家进行现场指导，根据岩层性质及爆破效果，实时优化、调整爆破设计参数，以求达到爆破面平顺，超欠挖控制符合规范要求。
在施工中，开展水压聚能光面爆破研究，并进行技术优化，有效提高爆破效率，减少炸药消耗，降低隧道内粉尘浓度。
2.超前地质预报为准确掌握隧道开挖面前端地质及水文情况，提前预判施工风险，开展超前地质预报工作。
综合利用地质雷达、瞬变电磁、TSP、超前钻孔等技术开展地质勘查、预报，及时了解隧道前端岩层变化情况，掌握突涌水风险。
以便提前修改支护参数，调整施工工艺，制度应急处置措施，确保安全快速通过风险区。
3.综合水治理高海拔大坡度反坡排水是高原隧道施工需要面对与解决的棘手问题，高海拔与大坡度相互叠加，给反坡排水工作带来了巨大挑战。
为确保反坡排水实施效果，在隧道最大涌水量、水泵选型、管道配置规模、清污分流系统设置、新型移动泵站的研发等方面开展了相关研究与技术攻关。
隧道最大涌水量计算以设计资料为依托，并考虑安全系数，为管道配置规模提供依据；水泵选择需考虑高原降效问题，并尽量考虑水泵耐磨性好，不宜损害的产品；充分利用清污分流系统及新型移动泵站，提高洞内反坡外排能力。
隧道内水泵需按一备一用设置，并安排专人24h进行维护、管理，确保隧道内整个反坡排水系统一直处于运转状态，保证洞内掌子面不出现积水，不影响隧道开挖施工进度。
4.隧道通风供氧技术高原隧道由于其所处的低压环境，加剧了洞内粉尘、焊接烟尘，炸药爆炸产生的有毒有害气体的弥散。
另外，低氧造成施工机械燃料燃烧不充分，加重了洞内空气污染程度。
隧道通风系统对于提高隧道内空气质量显得尤为重要，而隧道供氧系统对于缓解洞内施工人员疲劳，提高身体机能有很大帮助。
隧道通风、供氧系统是对高原隧道建设的有力保障，系统设计以保障施工人员健康，满足施工需求为出发点。
隧道通风以轴流风机采取压入式通风，在隧道内设置环境监测系统，通过数据互联，实现洞内环境监测与风机供风自动控制。
而供氧系统，采取弥散供氧、集中供应、个体携氧相结合的施工方案，力求供氧效果达到最大化。
5.新技术的应用为提高新技术应用对施工进度的贡献程度，联合科研院所针对现场施工难题开展技术攻关工作势在必行。
例如利用开挖爆破及炮眼钻孔产生的振动波为载体，研制新型超前预报探测手段，可以有效解决传统探测手段占用施工时间的弊端；针对高原富水隧道，研发针对高原施工的新型混凝土外加剂，以求降低混凝土回弹率，实现降低材料消耗，节省施工时间的目的；对传统三臂凿岩台车进行技术改造、升级，提高其智能化施工水平，并增加装药功能。
可以大幅提高钻孔效率，提升钻爆效果，降低人员使用数量，加快工序施工速度；通过研究隧道断面激光可视化成像技术，利用激光设备直接将炮孔位置投影至掌子面，大大缩短人工放样时间，提高施工进度。
（二）所采用的管理措施1.基于互联网的管理系统基于互联网络，可以实现对现场施工进度的实时掌握。
通过工程管理系统调度，对计划进度与实际进度展开多维度对比。
有效下达预警提示，督促现场加快施工进度，该系统也是进度考核的重要依据。
智慧调度系统由监控系统、人员定位系统、工序管理系统组成。
监控系统可以将掌子面的施工画面实时上传，方便上级领导掌握现场施工进度；人员定位系统通过设置于安全帽内的电子芯片，实现人员在隧道定位显示，方便管理人员进行管理；工序管理系统，以短消息的方式向下一道工序施工人员下达指令，进行工序提示，确保相关人员提前就位，缩短工序衔接时间。
