10.5.10 仰拱、仰拱填充施工
仰拱、仰拱填充先于拱墙二次衬砌施工，待喷锚支护全断面施作完成后，及时开挖并灌注混凝土仰拱及部分填充，使支护尽早闭合成环，并为施工运输提供良好的条件。为确保隧道结构的稳定和安全，仰拱施工时浇筑部分边墙，以利墙拱衬砌台车进行施工。由于出渣运输与仰拱施工存在干扰，无法正常作业。为了保证安全，有时不得不停止掘进而进行混凝土仰拱作业，这又延长了施工工期。为此采取防干扰仰拱栈桥作为过渡通道，以保证掌子面正常施工。仰拱施工工艺流程见图10.36，仰拱施工防干扰栈桥见图10.37。
仰拱施工采用12m自行式仰拱栈桥，仰拱端头采用大模板，混凝土浇筑前必须将隧底虚渣、杂物、积水等清理干净，超挖部分应采用同级混凝土回填，由中心向两侧对称浇筑，仰拱与边墙衔接处捣固密实。仰拱一次施工长度控制在3～6m，仰拱与填充连续施工，做好仰拱大样，保证填充混凝土不侵入仰拱断面。将上循环混凝土仰拱接头凿毛处理，并与边墙衬砌钢筋连接。
自检合格后，报监理工程师做隐蔽工程检查签证，混凝土输送车运输浇筑，插入式振动棒捣固。
图10.36 仰拱施工工艺流程图
图10.37 仰拱施工防干扰栈桥示意图
1.附属工程施工方法及工艺
1）综合设备洞室及分区所施工
洞内设备洞室及分区所按设计位置施作，主要采用手持凿岩机钻眼，光面微震爆破，人工配合装载机装渣至运输车运出洞外。
开口交叉处引起围岩应力重分布及应力集中，是结构的薄弱环节，要妥善解决辅助洞室开口时的受力转换，确保施工安全。
隧道施工至辅助洞室位置时，按辅助洞室开挖轮廓打设超前小导管预支护，正洞初期支护完成后，辅助洞室开口破除正洞初期支护前，贴焊预制的加强格栅钢架环框，满喷混凝土后在辅助洞室入口开挖面上方形成一个拱部钢筋混凝土加强环，以利开挖。综合洞室衬砌施工采用定型钢模板配合正洞衬砌台车，人工立设拱墙架、模板，灌注混凝土时与正洞混凝土同时进行，施工时注意与正洞防水设施连通。
2）通信、信号、电缆槽施工
隧道内设置双侧电缆槽，分别为通信、信号与电力电缆槽；电力电缆槽尺寸：430mm×300mm（宽×深）；通信、信号电缆槽尺寸：350mm×300mm（宽×深），槽道内用粗砂填实，电力、通信信号电缆槽均为双侧设置。
在模筑衬砌完成地段，根据施工组织安排同时进行水沟、电缆槽施工。沟、槽立模采用专用大块组合钢模板。混凝土由洞外拌和站提供，混凝土灌注采用在混凝土罐车后接长溜槽直接入模的方式，插入式振捣，洒水养生。沟、槽盖板在洞外预制场集中预制，运至洞内后，人工挂线砂浆找平铺设。沟槽施工时，按设计间距在电缆槽沟底及隧底填充（铺底）顶面位置向侧沟内预埋PVC泄水孔，并保证流水坡度。
3）其他附属工程
（1）隧道内设置固定照明，全段隧道内两侧设置贯通的救援通道，救援通道每隔200m设图像文字标识，指示两个方向分别到下一个洞口的整百米数，并配备灯光及应急照明显示方向。
（2）接触网预埋件根据现场模板台车长度和图纸设计要求进行设置。
（3）隧道内电气化接地按相关图纸、规定设置隧道综合接地系统；隧道内专用洞室及站后设备洞室接地按设计要求施作。
（4）隧道洞口及专用洞室、直放站、基站、照明箱变、中继站等洞室处的过轨管线按设计要求设置。
2.施工辅助作业方案
1）施工排水
建平隧道线路在进口～DK030+120段的纵坡设计坡度为0，其余段的纵坡设计坡度为14.5%。根据设计坡度、水文地质条件、施工任务划分及施工顺序安排等因素综合考虑，本隧道在施工过程中隧道进口、斜井大里程方向及出口大里程方向采用顺坡自然排水方式，斜井小里程方向及隧道出口小里程方向采用反坡机械抽排水方式。顺坡排水平面示意见图10.38、反坡排水平面示意见图10.39、斜井排水平面示意见图10.40。上坡施工地段设两侧或单侧排水沟自然排水至洞外污水处理池，经污水处理后排至河沟内。下坡施工地段采用在开挖面附近挖集水坑积水，污水泵抽排、排水管输水的方法将洞内水排至排水沟，再排至洞外的沉淀池内，处理后外排。
图10.38 建平隧道顺坡排水平面示意图
图10.39 建平隧道反坡排水平面示意图
2）施工供电及照明
施工初期使用地方电源或自发电，满足生产和生活用电。电力永临结合竣工交付使用后，采取永临结合的方式供电。
（1）施工供电。
由附近高压线接至高压变配电中心，经高压配电后送出2路10kV线路，其中，1路进洞经洞内的变压器降压后供开挖、装渣、喷锚、衬砌、排水、照明等设备用电，1路经洞外变压器降压后供空压机站及其他生产和生活设施用电。
图10.40 建平隧道斜井排水平面示意图
为满足洞内施工用电需求，供电半径设计为500m，当掘进超过500m时，采用高压进洞，利用移动箱式变压器供电，每500m移动一次，将移动式箱式变压器设于隧道大避车洞内，铺设电缆供隧道使用。
斜井或反坡施工时，每隔500～1000m安装1台固定80kV·A变压器，供洞内前后250～500m范围内抽水和照明用电。
中心高压配电站的控制和断电保护采用微机综合自动化管理系统，所需的控制、保护、各类自动化装置等功能全部自动化。
（2）照明。
照明负荷距洞口500m处，由洞外电源供电，以后的照明由洞内电源的变压器供电。
照明供电均采用TN-S系统，即三相五线制，以各段变电站为中心向两端布置，最远端距离500m，负荷均布。用BLV-25mm2绝缘电线沿右侧边墙蝶式瓷瓶明配，间距10m，下侧距路面4m。照明光源采用高效节能高压钠灯。
距离掌子面100m范围内，考虑作业人员集中，采用24V安全电压供电。
（3）备用电源。
为了满足工程安全以及防灾的需要，供电方式为双回路，并配备发电机组作为备用电源，停电时自动切换电源，以保证洞内抽水、照明和通风等。
（4）施工供电设备配置。
施工供电设备配置详见表10.18。
表10.18 施工供电设备配置表
3）高压供风
高压风采用螺杆式空压机和电动空压机组成的移动压风站集中供风方式，移动压风站随着正洞隧道的掘进而移动，但空压机的位置距开挖面的距离始终保持在1km范围以内。
高压风管采用φ150无缝钢管，进洞后采用托架法安装在边墙上，沿全隧道水沟上50cm位置布置，高度以不影响仰拱及铺底施工为宜。主管道每隔300 m分装闸阀和三通，以备出现涌水时作为排水管使用，管道前段距开挖面30m距离的主风管头接分风器，用高压软管接至各风动工具。移动空压机配备按洞内风动机械同时工作最大耗风量及管道漏风系数等计算。总耗风量Qi计算见式（10.2）。
式中：δ为安全系数，电动机具取0.3～0.5；k为空压机本身磨损的修正系数，取1.05～1.10；km为不同海拔高度的修正系数，取1.14；∑Q为风动机具同时工作耗风量总和，其计算公式见式（10.3）。
式中：qn为管道漏风系数，取1.15。
同时工作的各种风动工具耗风量计算见式（10.4）。
式中：N为使用台数；q为每台风动工具耗风量；k1为同时工作系数，取0.85；k2为风动机磨损系数，取1.10。
每个工作面考虑安排12台风枪，每台耗风量按3.5m3/min计；一个工作面喷射混凝土湿喷机耗风量按16m3/min计，则每个工作面总耗风量为74m3/min。据此每个掘进作业面配备4台20m3/min的电动空压机即可满足供风要求。
4）施工通风
根据确定的施工方案和工期安排以及施工顺序情况，隧道进出口及各斜井工区均采用长管压入式通风。
（1）通风控制条件。
隧道在整个施工过程中，作业环境符合下列卫生及安全标准。
①隧道内氧气含量：按体积计不得小于20%。
②粉尘允许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的水泥粉尘为2mg；含有10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为6mg；二氧化硅含量在10%以下，不含有毒物质的矿物性和动植物性的粉尘为10mg。
③有害气体浓度：一氧化碳不大于30mg/m3，如果施工人员进入开挖面检查的浓度为100mg/m3，则必须在30min内降至30mg/m3；二氧化碳按体积计不超过0.5%；氮氧化物（换算为NO2）低于5mg/m3。
④洞内温度：隧道内气温不超过28℃，洞内噪声不大于90dB。
⑤洞内风量要求：隧道施工时供给每人的新鲜空气量不应低于3m3/min，采用内燃机械作业时供风量不应低于3m3/（min·kW）。
⑥洞内风速要求：全断面开挖时不小于0.15m/s，在分部开挖的坑道中不小于0.25m/s。
（2）施工通风计算原则。
①挖循环进尺按3m考虑，爆破后通风时间按30min考虑。
②进出口正洞和斜井施工正洞开挖工作面所需风量，按洞内最小风速、洞内人员数量、一次爆破后30min排除开挖工作面的炮烟和稀释洞内内燃机废气等四种情况进行计算，取其最大值作为计算依据。
③通风管阻力按静压损失和动压损失相加计算。
④通风管采用高强、低阻、阻燃型软管，直径1.3m，管节长100m。风管内摩阻系数取0.0019，百米漏气率按1.3%考虑。
⑤进出口正洞和各斜井工区均采用长管路独头压入式通风，并适当辅以射流风机加快污浊气体排出洞外的速度。
⑥进出口工区及各斜井工区每个工作面的内燃机械设备按1台装载机（功率113kW）和1台自卸汽车（每台206kW）配置。
（3）施工通风计算。
①进出口工区和各斜井工区开挖工作面所需风量的计算公式、参数取值及计算结果如下。
a.按洞内允许最小风速计算：
式中：V为洞内允许最小风速（m/s），取V=0.25m/s；A为断面面积（m2），按全断面考虑，取A=92m2。
Q开=0.25×60×92=1380（m3/min）。
b.按洞内最多作业人员计算：
式中：K为洞内单个作业人员所需的新鲜空气（m3/min），取K=3m3/min；N为洞内作业人员的数量，每个工作面按50人考虑。
Q开=3×50=150（m3/min）。
c.按最大一次爆破排除掘进工作面炮烟计算：(https://www.daowen.com)
式中：G为最大一次爆破药量（kg），按进尺3m，单位耗药量1.1kg/m3，G=1.1 kg/m3×92m2×3m=303.6kg；b为炸药爆炸时有害气体生成量，岩层中取b=40；t为通风时间（min），取一天30min；A为开挖断面面积（m2），按全断面开挖，取A=92m2；Lo为炮烟抛掷距离（m），Lo=15+G/5=15+303.6/5=75.7（m）。
d.按稀释内燃机废气至允许浓度计算：
式中：K为内燃机械、车辆每kW所需的供风量（m3/min），取K=3m3/（min·kW）；N为内燃机械、车辆的总台数；Ni为各种内燃机械、车辆的额定功率，进出口工区和各斜井工作面取装载机1台（每台功率113kW），19t自卸汽车1台（每台功率206kW）。
通过计算结果比较，取爆破排除掘进工作面炮烟所需风量1792m3/min为开挖面所需风量。
②通风机供风量计算。
通风机供风量应满足掘进工作面所需风量及补足风管沿程漏风损失。
通风机应提供的供风量：Q机=PQ开=1792×P。其中，P为通风管漏风系数，P=1/（1-L/100×Pi），Pi为通风管平均百米漏风率，取1.3%，L为通风管长度（m）。
进出口工区及各斜井工区开挖面的通风管长度L=Lo+30m-50m。其中，30m为通风机进出口至洞口的距离，50m为通风管末端至开挖面的距离，Lo为洞口（井口）至工区分界的长度。
进出口工区和各斜井工区各工作面的通风管长度、通风管漏风系数和风机供风量见表10.19。
表10.19 施工通风风量计算表
③风机选型与风压校核。
风机风压h机应满足通风管全程的风压损失值h损的要求，本隧道通风管为直管，只考虑静压损失，通风管路静压损失值h损按式（10.9）计算：
式中：Q机为通风机供风量（m3/s）；Q开为开挖面所需风量（通风管末端风量，m3/s）；g为重力加速度，取g=9.8m/s2；Rf为通风管全程摩擦风阻，按式（10.10）计算：
式中：α为风管内摩擦阻力系数，取α=0.0019；L为通风管总长度（m）；D为通风管直径（m），取D=1.3m，D5=3.71m5。
即Rf=6.5×0.0019/3.71=0.0033（m-4）。
进出口工区及斜井工区通风管压力损失及选用风机的型号、数量等见表10.20。
表10.20 风机配置一览表
（4）通风管理。
隧道通风管理是隧道通风的一个重要环节，一个良好的通风方案如果没有有效的管理是达不到设计效果的。通风管理从以下几个方面进行。
①风机管理：通风机专职司机对通风机进行专业管理，司机可以从电流表上判断风管通风情况，若电流突然降低，可能是风管中途破裂；若电流突然升高，可能是风管受挤压而缩小过风断面。值班司机发现风管出问题可以立即通知通风班进行抢修。
②风管管理：风管的挂设、检查、修复均由专业班组实施，使风管漏风率、局部阻力降到最低限度。
③工程管理科设置一名通风工程师，对通风方案的实施进行检查指导并对通风效果进行监测，每增加60m风管均要测出风口风速，计算风量，同时测出隧道内的风速，对当前通风质量进行评价，并根据实测结果与通风设计进行对比，验证通风设计的合理性。
根据施工方案、工期安排以及施工顺序情况，本隧道各作业面施工过程中均采用压入式通风。建平隧道通风平面布置图详见图10.41。
图10.41 建平隧道通风平面布置图
5）施工降尘
粉尘排除与风速有关：当风速为0.15m/s时，5μm以下的粉尘悬浮并被排出洞外；风速增大时，能悬浮并带走较大粒径的粉尘，同时增强了稀释作用；风速为1.5～2.0m/s时，粉尘浓度将降到最低；风速继续增大就会扬起已经沉降的粉尘，浓度反而上升。所以做好通风工作将起到较好的除尘效果。
（1）机械净化。
①加强对进洞机械的维修保养。定期检查空气滤清器是否堵塞，进、排水是否畅通。喷油嘴及时更换，则喷油效果好。雾化程度高，可使柴油充分燃烧。
②掺柴油添加剂。为了节油和消烟可掺加柴油添加剂。
③对部分机械进行机外净化。主要给装载机装配带有催化剂的附属箱，将附属箱连接在尾气排放管上，用催化剂和水洗的办法来降低发动机排出的废气中的有害气体含量。
（2）水幕降尘。
施工防尘采用水幕降尘和个人戴防尘口罩相结合的方法，在距掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器，爆破前10min打开阀门，放炮30min后关闭。
水幕降尘是一种比较传统且常用的降尘方法，其优点是工艺简单，施作方便，但是传统水幕发生器大多为风水混合型，实际使用起来并不方便。因为通常在放炮后或出渣时，空压机已不再运转，无法提供高压风。如果专为水幕发生器供风而使空压机运转，又将造成巨大的能源浪费。由此，常用做法是采取节水无风水幕降尘，具体实施方法如下：只使用高压水、多喷头交叉、在水中加入湿润剂。
水幕降尘器安装在距掌子面40m和90m处，由爆破人员撤离开现场时开启，一般在放炮后30min或出渣后关闭。水幕降尘器见图10.42。
图10.42 水幕降尘器示意图
水幕降尘原理：高压水经喷头雾化成微小水滴散射到空气中，与尘粒充分接触，尘粒附着在水滴上，或与被湿润的尘粒碰撞而凝聚成较大的颗粒，从而加速沉降，达到降尘的目的。
湿润剂降尘原理：湿润剂是由亲水基和疏水基两种不同的基团组成的化合物，湿润剂溶于水时，其分子完全被水分子包围，亲水基一端被水分子吸引，疏水基一端被水分子排斥，于是湿润剂分子在微小水滴表面紧密定向排列，形成界面吸附层；界面吸附层的存在使水的表面张力降低，同时朝向空气的疏水基与尘粒之间有吸附作用而把尘粒带入水滴中。湿润剂可选用普通洗衣粉，洗衣粉水溶液浓度为25×10-6～35×10-6。
（3）水炮泥技术。
本隧道爆破时采用水炮泥，以降低粉尘。水炮泥就是用装水的塑料袋填于炮眼内来代替一部分炮泥，装完药后将其填于炮眼内，然后用黄泥封堵。实践表明，此法降尘效率非常高。
（4）湿式作业。
钻孔防尘：钻孔风枪采用湿式钻孔，保证有足够的供水量，水压不低于0.3 MPa。 爆破防尘：采用水封爆破进行降尘，即把水装在塑料袋中置于炮泥前方，这样炮泥可使1～5 μm粉尘降低50%～80%，同时减少爆破产生的有害气体；爆破后采用风水喷雾器进行喷雾降尘；为加速湿润粉尘的沉降，在距掘进工作面20～30m处利用喷雾器设置粗雾粒净化水幕。
（5）出渣防尘。
放炮后出渣前，用水枪在掘进工作面自里向外逐步洗刷隧道顶板及两侧，水枪距工作面15～20m处，水压一般为0.3～0.5MPa；在装渣前及装渣时，向渣堆不断洒水，直到渣堆湿透；对干燥的石渣，其洒水量取4～8L/m3，如果石渣湿度大，则少洒水或不洒水。
（6）喷射混凝土防尘。
隧道采用湿喷混凝土作业，降低喷射混凝土作业时产生的粉尘量；在喷射混凝土作业面，布设局部通风机进行吸尘，来改善作业面的工作环境。
6）高压供风
高压风采用电动空压机组成压风站集中供风方式。高压风管直径采用φ150无缝钢管，进洞后采用托架法安装在边墙上，沿全隧道通长布置，高度以不影响仰拱及铺底施工为宜。主管道每隔300m分装闸阀和三通，以备出现涌水时作为排水管使用，管道前段距开挖面30m的主风管头接分风器，用高压软管接至各风动工具。在各隧道掘进口分别配备4台40m/min的电动空压机，空压机房设置专人看管和维护。
7）高压供水
在各隧道洞口附近钻井或从溪流中进行取水，经相关检验部门检验合格后用作施工用水，生活用水经水质处理后饮用。在现场条件允许的情况下，隧道均在洞口附近的山上距隧底高差50m左右设一座高位水池，水池容量为300～400m3，若现场条件不具备，则在洞口附近的水池内设增压泵向洞内供应压力水，以满足施工用水及开挖掌子面水压的需要。洞内高压水管采用φ80～φ100的无缝钢管。
8）供电及照明
（1）施工供电。
各隧道口从附近高压线接至高压变配电中心，经洞外的变压器降压后供洞外空压机站、其他生产和生活设施用电及洞内的衬砌、排水、照明等设备用电。
中心高压配电站的控制和断电保护采用微机综合自动化管理系统，所需的控制、保护等各类自动化装置功能全部自动化。
（2）照明。
照明供电均采用TN-S系统，即三相五线制，以各段变电站为中心向两端布置，最远端距离500m，负荷均布。用BLV-25mm2绝缘电线沿右侧边墙蝶式瓷瓶明配，间距10m，下侧距轨面4m。照明光源采用高效节能高压钠灯，每延米按10W计，每隔10m一盏，安装在横担上沿。
（3）备用电源。
为了保证不间断供电，在每个洞口配备两台300kV·A柴油发电机组，组成600kV·A的自备电站，当主供线路停电时，自备电站自动投入供洞内外全部施工生活用电。
9）洞内管线布置
隧道洞内管线布置见图10.43。
10）施工通信
隧道必须保障洞内外通信联络畅通，以满足施工和应急需要。为此，拟建立有线通信和无线通信两套系统。
（1）隧道外施工作业区、生活区通信。
队伍进场后，向电信部门申请在项目经理部和各施工队安装直拨电话，方便项目经理部和各施工队的联系，并在项目经理部安装一台传真机。
同时申请无线电话大用户网，为主要工程管理人员配备移动电话，实现网内用户免费通话，从而更方便各级人员与业主、监理及外界联系，加强各部门和人员间的沟通。在项目经理部建立局域网，使信息、数据快速传输，实现资源共享，提高办事效率。
图10.43 隧道洞内管线布置示意图
（2）隧道内通信。
为了使洞内外各道工序协调配合、现场指挥准确可靠，隧道施工采用无线通信系统和有线通信系统相结合的网络方式。两个系统相互交换、全自动接续。
洞内泄漏电缆通信见图10.44。
图10.44 洞内泄漏电缆通信
①无线通信方案。
无线通信系统由基站、固定台、移动手持机、漏泄同轴电缆、天馈线等组成。选用新西兰TAIT集群无线通信系统，该系统最大的特点是以较低的价格提供一套性能先行的数据通信系统，它用电话卡端口与交换机连接完成无线对无线、无线对有线、有线对无线之间全自动接续。隧道内采用漏泄同轴电缆，作为无线电波导体，覆盖全隧道。终端用同频定向天线在隧道里可向前传输1km，即掌子面施工约1km为无缆区，既方便了现场施工，又确保掌子面施工顺利推进时无线通信不间断。
②有线通信系统。
在隧道进、出口设置各个指挥中心，在指挥中心安装60门程控交换机，出入中继与无线基站电话卡口连接，作为有线与无线系统的连接中继线；并且出入中继与电信局用户号连接，作为公用网的呼入呼出中继线。
隧道内敷设一条20对充油电缆连接到程控交换机，将程控自动电话安装至各施工控制点。隧道每隔500m安装自动电话机一部。根据需要在有人值班处随时可安装自动电话机。隧道内电话选型要求具有防震、防潮性能，信号为视听方式，即来电振铃的同时有灯光显示，以满足在隧道内恶劣环境下信号可靠的需要。