高铁隧道施工技术中正洞施工工艺探析

刘创印

摘 要：以新建贵广铁路6标天平山隧道为依托工程，分析了高铁隧道施工特点，在此基础上，分析了隧道施工测量、洞口段施工、进洞施工、超前支护、隧道开挖等施工工艺。

关键词：隧道施工；正洞；工艺

1 工程概况

新建贵广铁路6标天平山隧道起迄里程为DK366+865～DK380+875，全长14010m，为单洞双线隧道。隧道进口段位于半径为5500m的右偏曲线上，出口段位于半径为6000m的左偏曲线上。从隧道进口至出口依次为135m上坡，坡度为17‰；2163上坡，坡度为3‰；10834m下坡，坡度为20‰；878m下坡，坡度为17.8‰。根据地形条件、工期要求，共设置0#、1#、2#、3#、4#斜井。

隧道洞身共穿越3条区域性断裂带，线路走向与断层走向大角度相交。受区域性断裂影响，次级构造极为发育，测绘、物探及钻探等勘探成果综合分析另有10条断层与隧道存在密切关联。洞身的含水岩为碎屑类岩组，主要是基岩的裂缝水。对于地下水来讲，其富水特性同地形地貌、岩性、植被、降水等存在密切的关联。整体隧道主体为页岩及砂岩，裂缝的发育相对较好，节理较清晰，延展性较强，特别是斜核位置，地下富集良好，成分为碎屑岩裂缝水。地面水源的主要补给为自然降雨，通过渗透、补给，顺地势倾向流动，成分散状，在坡脚位置一起排入溪沟及大江大河中，年水位变幅1～5m。

2 施工特点

天平山隧道Ⅲ级围岩段长2980m，占21%；Ⅳ级围岩段长9808m，占70%；Ⅴ级围岩段长1224m，占9%。施工特点如下：

（1）施工现场地处大山深处，施工便道长，路况险峻，材料及机具设备进场十分困难。施工现场崎岖不平，现场临建布设困难。

（2）斜井长，纵坡大，涌水量大，洞内施工运输、通风及排水难度大。

（3）隧道长，施工任务重，工期紧。进场便道修建难度大，时间长，2#、3#斜井承担正洞施工任务较重；同时通过现场实地勘察，2#、3#斜井没有再次优化及增加斜井的条件，工期异常紧张。

（4）工程地质条件复杂，隧道穿越13条断层破碎带，6条褶皱带，施工难度较大。

（5）气候情况相对特别。项目所在区域经常三日没有晴天，降雨较多，所以，应事先做好雨天施工。

（6）沿途少数民族相对较多。项目所在地区少数民族相对较多，施工过程中需要同沿途人员搞好关系，掌握风土人情，加大对职工的教育力度。

（7）隧道处于国家级花坪自然保护区边缘、自治区级寿城自然保护区缓冲带，对水土地质、环境的要求相对较高。项目所在区域水系相对较发达，植被发育良好，所以，应做好环保工作。同时，施工周边树木、森林较多，因此，防火工作施工关键。

（8）安全风险大，天平山隧道属于贵广铁路Ⅰ级风险隧道，存在突泥、突水、瓦斯、软岩大变形等地质风险。

（9）隧道进口、1#、2#斜井位于黄沙河中，需沿黄沙河修建施工便道约30km，途中需架设便桥、穿越峡谷、盘山调缓坡度；进场既有便道多处存在坡陡弯急，需进行改建、扩宽处理，同时所有桥梁涵洞、挡墙需进行加固处理；乡村盘山土路多为其村民和林场出资修建。施工期间干扰大，极有可能索要补偿修路费用。

（10）隧道进口、1#、3#斜井施工场地狭小，临建布置困难；施工期间对水土保持、环境保护及森林防火要求极高，附近没有合适弃土场，均需外运，并且运距较远；考虑到水保要求，弃土场需修建大型挡土墙进行防护。

（11）隧道施工区域附近有4座水电站，施工对附近水系存在一定影响，势必影响水电站的正常运营，特别是步厄水电站引水洞从隧道出口段上方穿过，估计隧道施工对其影响较大。

（12）隧道区域附近水系发育，考虑到隧道除进口有788m上坡外，其余均处于下坡，只有出口作业面顺坡排水，进口及0#、1#、2#、3#、4#斜井作业面施工期间全部需反坡排水，施工难度极大。

3 施工技术

3.1 施工测量

（1）对洞口进行测量

依据斜井口结构及地面标高情况，对洞口的坐标及边坡的挖掘中心坐标进行细致计算，通过了解导线同相关数值的关联，使用全站测量设备在洞口的边坡位置进行放线，以10m桩体的中心点为坐标基准，以放出的坐标点当做骑马桩，从而对洞口的挖掘坡度予以控制。

（2）对洞身进行测量

在进行隧道的洞身挖掘期间，需要依据相关设计标准开展工作，保证线路桩体坐标及结构标高、尺寸的数值精准，同时每间隔5～10m左右编订隧道的标高图表。测量工作人员借助洞里测量的控制点，尽快传递挖掘的高程及中线，然后测量队伍使用断面检测设备对隧道的支架、挖掘轮廓线及砌模进行核对，保证所有内容符合标准后才可以开展下一工序施工，同时施工解析法对混凝土的净断面进行测量。在洞中实施放样期间，需要配备温度计、气压表，从而保证能够随时依据真实情况修正设备的温度及气压。

3.2 洞口位置施工

（1）对洞口仰坡、边坡等位置进行开挖防护

在挖掘边坡、仰坡期间，需要事先进行截水天沟施工，遵照相关设计标准由上到下挖掘边坡、仰坡，同时尽快遵照设计标准对边坡、仰坡进行巩固，防止发生雨水渗透情况，引发坍塌隐患。

（2）洞口的排水

在进行边坡、仰坡施工前，需要人为挖掘5～10m左右的边缘线，同时进行截水天溝的施工，等到进入洞中，尽快进行洞门及两边排水沟的施工，进而保证其同截水沟连接成排水体系。

（3）洞门的修筑

当进洞以后，施工步入正轨，相应的需要进行洞门的修筑，选用混凝土进行浇筑，使用钢管架设脚手架平台，并且施工大面积的钢模板进行建模，施工混凝土输送泵实施浇筑施工，在混凝土内部插入振捣设备，保证混凝土振捣均匀。当洞门修筑完成后，尽快进行洞顶边坡、仰坡防护项目及排水沟的修筑工作，确保洞口排水通畅、稳固。

防止积水长时间浸泡墙脚和隧底造成边墙围岩失稳。

（4）明洞的施工

一般来讲，在对明洞进行施工时选用的方法为明挖法，选用机械挖掘设备进行分层、分段挖掘，同时拱上选用放坡挖掘的措施，拱下选用竖直边坡挖掘的形式，如有必要，可以辅助以爆破、震动挖掘，机械设备同人工予以配合。遵照相关标准对挖掘位置进行支护，选用挂钢筋网、喷混凝土等技术予以防护。当隧道底部挖掘完成后，需要对其地质情况进行勘察，依据勘察的结构对地基予以处理，之后开展仰拱施工。结合监控的数据尽快开展明洞铺砌施工，铺砌施工选用的建材原料为复合防水板，将其铺设到墙角的渗水孔位置，在外部应用标号为M10的混凝土刷图3cm厚的保护层，预防出现回填损坏防水层的问题。等到铺砌的强度满足相应标准后，最终在洞顶种植植被。

3.3 进洞施工

天平山的隧道正洞选用大管棚进洞，斜井采用喷锚构筑“临时明洞法”进洞。

（1）喷锚构筑“临时明洞法”进洞

施工时少量开挖边坡，尽量减少对土体扰动，然后架立工字钢架抵紧仰坡面，60～80cm/榀，施工?42小导管超前支护，钢架之间用螺纹钢纵向连接并挂网，喷射混凝土将钢架包裹，形成半断面的临时明洞，喷射明洞混凝土时延伸到仰坡坡面，连成一体。进洞采用环形开挖，预留核心土法施工。

（2）大管棚进洞

在进行大管棚施工时，选用直径为108mm的钢管，成环状铺设，长度约为15～30m左右。在施工期间，应依据设计标准开展工作，事先预留导向管，应用管棚钻设备进行钻孔，加装钢管，注入水泥砂浆。当管棚支护完成以后，使用环状挖掘预留法或双侧壁导坑法进洞。

进洞施工坚持“弱（不）爆破、短开挖、强支护、勤量测”的施工原则，以策安全。

3.4 超前支护

（1）超前大管棚

本隧道进出口各设一环30m长超前大管棚，超前长管棚采用?108热轧无缝钢管。

施工注意事项：大管棚施工前编制详细的专项施工作业指导书，组织所有施工人员学习。钻孔前，按设计对钻孔的位置进行精心布置。在注入水泥砂浆时，需要了解注浆的压力及浆液的配合比，保证注浆的压力满足设计标准，持续注浆10min以后停止注浆。创造良好的照明条件，施工时专人统一指挥。

（2）?42mm超前小导管

施工措施：在挖掘施工前，选用型号为YT-28的风动凿岩设备沿着轮廓线10cm的距离进行钻孔施工，待成孔后，加装超前小导管，并将其尾部同钢架焊接在一起。

施工工艺：制作钢花管用?42mm超前小导管在构件加工厂。将其前面制作成锥状，在其尾部焊接直径为8mm钢筋箍，在导管壁上，每间隔15cm进行钻眼，互相交错，直径控制在6～8mm之间。风动凿岩机钻孔后，把小导管遵照相关标准要求安插进孔内，如果四周岩体相对较软弱，则可以直接使用凿岩设备或者游锤将导管顺格栅架打入其中，同钢架焊接在一起，组成预支护体系。

（3）超前锚杆

施工方法：采用凿岩机钻孔，搅拌机拌制砂浆，注浆泵注浆。

3.5 隧道开挖

依据四周的环境及围岩的等级选用挖掘措施：如果为双线隧道，围岩的等级为Ⅲ级，则可以选用台阶的方法进行施工；如果围岩的等级为Ⅳ级，则可以选用台阶或七步法进行挖掘施工；如果围岩的等级为Ⅴ级，则选用七步法、CD或CRD法施工，洞口段Ⅴ级围岩采用双侧壁法施工。

围岩等级为Ⅲ级的区域为高效控制超欠挖，应用光面爆破的技术进行挖掘施工；围岩等级为Ⅳ级选用控制微振动爆破技术挖掘施工；配合多功能的凿岩设备；当围岩等级为Ⅴ级时，选用挖掘设备或者风镐进行施工，如果有必要，可以辅佐以弱爆破。

4 结 语

天平山隧道是贵广铁路的重难点工程，施工时抽调了施工经验丰富的管理技术人员，专业化的施工队伍，配备性能优越、状况良好的施工机械设备以及先进的一整套检测设备。按照文中施工工艺施工后，得到了較好的效果。

参考文献

[1]江厚祥.隧道通过断层区围岩稳定性数值模拟[D].重庆大学，2008.

[2]郑彦奎.隧道洞口边坡稳定性研究[D].重庆大学，2008.

[3]杨 利.光面爆破技术在永龙隧道施工中的应用[J].中国市政工程，2010（01）.