A1版:集团新闻总第3029期 >2019-06-07编印

依靠管理技术创新 提升软隧施工水平
——安定隧道快速施工管理与实践
刊发日期:2019-06-07 阅读次数: 作者:
  五公司 叶 胜 何增旺
   玉磨铁路安定隧道全长17476米,是全线第一长隧,I级高风险隧道,局负责进口端8822米施工任务,分进口、1号、2号斜井三个工区,管段内分布有11条断层和1个向斜,IV、V级围岩占比90%,是典型的软弱围岩隧道。
   自2018年3月,铁路总公司工管中心工作组进驻现场,大力开展软弱围岩快速施工课题研究以来,项目部按照“正工法、顺工法、配资源、抓安全、强考核、重宣传”的技术和管理理念,进行软弱围岩隧道的快速施工组织研究与实践,取得了显著成效:在工程地质条件相同、支护措施相同的前提下,月进度提升45%。2018年5月至2019年4月期间,1号斜井共完成1324米,月均115米,最高月进度130米,较之前工效提高47米;2号斜井共完成865米,月均128米,最高月进度152米,较之前工效提高49米。同时,循环时间明显缩短,斜井由原来的18小时缩短至12小时内,正洞由22小时缩短至14小时内。围岩变形也得到有效控制,围岩边墙最大收敛由原来最大148厘米减小至9.0厘米、拱顶沉降由原来最大55厘米减小至4.8厘米,未发生初期支护拆换。今年5月10日,铁路总公司组织了9家铁路局、17家铁路公司,以及玉磨、大临等铁路线施工单位150人到安定隧道进口,举行软弱围岩隧道快速施工管理现场观摩会。
   他们的主要做法有:
   一、困难及原因分析
   安定隧道开工至2018年3月,掌子面多次发生溜坍、初支变形开裂、支护体系失效、涌水,斜井日均涌水量超过两万方,施工进度严重受阻。在2017年12月至2018年2月期间,1号斜井因处理变形,导致月均进度不足20米,滞后施组较多。
   分析前期变形导致进度缓慢原因,主要存在四个方面问题:一是地质原因。全隧以Ⅳ、Ⅴ级软岩为主,实际揭示Ⅳ、Ⅴ级达90%以上,地质差,软弱富水,施工难度极大。二是工法控制不规范。主要表现为上台阶过长,存在仰拱封闭不及时、上下台阶施工相互干扰、通风供风以及供水效率低下等诸多问题。下台阶和仰拱施工时还可能存在盲目冒进,软弱围岩隧道关门塌方风险极高。三是工序管理不达标。主要表现为工序衔接不紧凑。工序衔接时间占到总循环时间的10%~20%,个别达到30%以上。未能组织平行作业。四是资源配置不足。四是考核效果不明显。对效能考核重视程度不够,考核制度不完善、考核周期长、实现考核目标的困难较多,作业人员对效能考核失去信心。积极性、主动性很难得到充分发挥,施工生产效率低下。
   二、工法设计
   1.工法选择
   隧道初期支护含有钢架的情况下,选择台阶法施工,上、下台阶同步推进。台阶法主要分两台阶和三台阶。台阶数量选择主要考虑隧道岩石强度、围岩稳定性、隧道断面尺寸等因素。
   双车道斜井一般采用两台阶法,当围岩自稳能力较差、岩石强度较低时,可采用三台阶法施工。双线铁路隧道一般采用三台阶法,当围岩自稳能力较好、岩石强度较高时,可采用两台阶法施工。
   2.台阶长度及高度确定
   台阶高度选择主要考虑围岩的稳定性、作业的协同性、工装的可靠性、设备的匹配性、人员的适应性五项因素;台阶长度的选择主要考虑围岩的稳定性、台架的稳定性、扒碴的快捷性、司钻的操作性、设备的匹配性五项因素。
   以前,在斜井两台阶法施工中,台阶太高,扒碴时间长;台阶太低,机械操作空间受限;台阶太长,扒碴困难,不利于平行作业;台阶太短,台架不稳定,司钻操作不便。
   经参观学习、反复试验研究发现,双车道斜井两台阶施工上台阶高度优化为3.5米,长度控制在5~7米;双线隧道三台阶施工上台阶高度3.8米,长度5~7米,仰拱与下台阶同步开挖,是科学合理、行之有效的。
   优化后的台阶参数达到了较高的效果。掌子面更稳定,溜坍次数减少;循环时间缩短,进度加快;设备操作更方便,工效更高;作业环境更整洁。
   3.循环进尺
   台阶法开挖循环进尺主要基于围岩的稳定性、设备的匹配性、作业的高效性三方面因素决定。熟能生巧、熟能增效,相对稳定的工法和单循环进尺为快速施工提供了基本的前提条件,应尽量避免频繁调整工法和单循环进尺。非特殊情况下,严格执行正洞三台阶、斜井两台阶工法。
  
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   三、工序管理
   1.工艺流程。双车道斜井施工工艺流程主要为:上下台阶带仰拱同时钻眼、爆破——通风、排险——扒碴——上台阶初支,下台阶出碴——上台阶超前支护,下台阶立架——上台阶初支;双线正洞施工工艺流程主要为:上下台阶带仰拱同时钻眼、爆破——通风、排险——上台阶扒碴——上台阶初期支护,中台阶扒碴,下台阶出碴——上台阶超前支护,中台阶初期支护,下台阶及仰拱立架——上台阶初支。
   2.工序管控。充分利用掌子面上、下台阶的空间,捋顺出碴、上台阶立架等工序间的关系,实现平行作业。要实现平行作业,掌子面需具备合适的作业空间和良好的作业环境。安定隧道双车道斜井通过工序设计、反复试验、优化调整,将台阶法施工的工序调整为:(1)上中下台阶带仰拱同时钻爆:含作业台架吊装等施工准备、钻孔、装药和爆破,上中下台阶和仰拱同时进行。(2)通风和扒碴:响炮后并经通风排烟达到作业环境标准后,采用挖掘机找顶、清除危石并将上台阶洞碴扒至下台阶,上台阶达到安装钢架条件。(3)上台阶立架与下台阶出碴。通过装载机将钢架、钢筋网片、超前小导管等材料以及电焊机、风钻等小型设备运输至上台阶,组织实施上台阶安装钢架作业。中台阶采用挖掘机将洞碴扒至下台阶,下台阶展开装载机配合自卸汽车出碴。(4)上台阶超前支护与中台阶立架同步。上台阶立架完成后开始进行下一循环超前支护作业,中台阶在扒完碴后,开始立架作业。(5)中下台阶立架。下台阶出完碴后开始仰拱和下台阶立架作业。(6)喷射混凝土。下台阶立架完成开始喷射混凝土作业,喷砼顺序按照先仰拱后下台阶,最后上下台阶的顺序进行。
   四、资源配置
   1.人员配置。人员配置原则:单班人数配置到位,相关工种配全到位,进度目标匹配到位。开挖工序作业班组主要包括开挖班、立架班、出碴班、喷浆班、综合班。其中开挖班主要负责接拆高压风水软管、开挖及超等钻孔、装药、爆破,单班配备16人,风动凿岩机14台;立架班主要负责安装拱架、锚杆、小导管、钢筋网,注浆,单班配备8人;出碴班负责碴土装运,机械、车辆保养,单班挖掘机、装载机按2人/台,出碴车按1人/车配置;喷浆班负责喷射砼,清洗、保养喷砼设备,单班配置4人;综合班负责电力、管道、机修、供风、通风、文明施工等,单班配备15~16人,其中电工3人,管道工3人,空压机司机3人,通风3人,机修3~4人。
   制约隧道快速施工的是开挖、装运、支护三条作业线,机械设备的配置应与作业线的施工方法相配套;应根据各工序的特点,综合考虑整体工序间的衔接,设备配置开挖能力应大于运输能力,运输能力应大于施工进度指标的要求。同时,挖掘机、装载机、水泵、发电机等重要设备应留有备用,斜井、富水隧道配备双电源。
   2.工装配置。台阶法施工工装主要为开挖台架和梯子,台架供钻爆、立拱兼顾锚杆、挂网作业,应尽可能轻便,方便移动,双线隧道可由两幅简易台架拼装而成;梯子主要供人员上下台阶和辅助立架。
   五、安全保障
   软岩施工安全管理核心是控制初支变形、防止掌子面坍塌、保证围岩的稳定。施工中按照“预支护、快挖、快支、快封闭”的施工原则,根据围岩应力调整的特征及变形规律,合理选择开挖分部和开挖进尺,切实做好超前支护,加强施工管理。在隧道施工中,项目部坚持以问题为导向,以红线为目标,坚持宏观控制和微观引导为手段,重点从工艺质量和信息化管理两方面做好安全保障。
   1.切实强化工序质量控制,以工艺质量保安全。对下台阶和仰拱单循环进尺、锁脚、喷射混凝土强度、钢架基础不牢固等影响结构安全的质量通病,地下水侵泡软化基底、洞内行车速度、掌子面通风效果等安全问题严格落实责任人,采取强化项目部检查处罚、定期点评通报等宏观管控,鼓励作业人员小改小革进行工艺创新等微观引导手段,强化质量安全控制,确保施工安全。
   2.加强信息化管理,以信息化手段促安全。加强地质超前预报和监控量测。根据预报结果及时请求优化调整支护参数;分析通报量测结果,及时预警,确保施工安全。通过狠抓质量安全管控,有力促进了施工生产进度的提升。
   六、评比考核
   对工班、工区实行奖罚并举的强硬考核措施。
   1.奖。工班实行工序考核激励机制,斜井在单循环进尺2榀钢架的前提下,考核基准时间为16小时,16~12小时内每提前1分钟奖励8元,12小时内每提前1分钟奖励15元,循环结束后结算,当天兑现,并在工区厂务公开栏公布、公示,奖金直接发放至工人手中;工区实行月形象进度考核,与安全步距挂钩,考核指标为斜井V级80米/月,IV级120米/月;正洞V级50米/月,IV级70米/月,考核基数为1100元,进度每增减一米奖罚每人25元,安全步距每超标1组扣减5%基数,工区按月考核,当月兑现。
   2.罚。按照“谁误事、谁负责”的原则,对影响掌子面进度的所有因素按不同标准处罚,包括补炮、机械故障、管理脱节、后勤保障等,不讲原因、不讲理由,只要影响掌子面施工,责任人就要受到处罚。通过奖罚并举的管理手段,基本上做到了掌子面“零耽搁、负交接、重保障”。
   3.表彰。项目部每周在施工现场召开安定隧道施工周考核总结表彰会议,对当周在施工进度、安全质量中表现突出的架子队、施工班组、个人给予表彰奖励,发放 “优胜架子队流动红旗”“先进工班”“先进个人”等锦旗、证书,激发全体参建员工的积极性、主动性、创造性。
   七、几点体会
   一是思路决定出路,软弱围岩隧道快速施工是破解山区复杂地质条件下隧道施工难题有效途径,建设管理创新和参建各方合力共为是实现软弱围岩快速施工的重要保证。
   二是细节决定成败,强化基础管理,严格落实工艺工法和资源配置要求,不断总结提高工程实践取得的经验是决定软弱围岩隧道快速施工成败的关键。
   三是管理创造效益,明确管理目标、找对路径方法是管理的出发点;细管理抓落实、严考核提工效、重宣传树信心是管理创造效益的重要抓手。
   总之,软弱围岩隧道快速施工的本质就是“强基达标、提质增效”。