硬质岩浅埋大断面高速铁路隧道施工技术要点及应用

艾金爽

安徽省皖江城际六庆铁路股份有限公司 安徽 合肥 230000

引言

随着我国在经济水平与社会发展水平同步增强的基础上，交通建设行业对于地下空间展开了相应的开发工作，并将开发成果投入使用，大大提高了交通运输效率，同时人们的出行质量也同步提高。在地下空间的开发和建设过程中，硬质岩大断面情况的出现有着一定的概率，针对此情况选择的施工技术、施工方案都对最终的使用效果产生显著影响。

1 工程概况

我国高速铁路隧道工程线路非常多，例如石太客运专线——太行山隧道，该隧道全长27.848km，最大埋深为445m，该工程将隧道类型设计为双洞单线式隧道，两线之间的距离为35m，该隧道是我国目前为止最长的高速铁路山岭隧道，隧道中设有运营通风系统以及防灾通风设施。由于高速铁路工程的施工区域普遍施工难度较大，尤其是硬质岩浅埋大断面情况，大断面的位置存在非常明显的断层，具有较大施工难度，并加剧了整个工程的施工风险，不利于保证施工安全性。所以，在正式施工之前，相关人员需提前制定相应的施工方案，并逐步根据地理信息、数据完善施工方案的内容、规划以及设计。

某铁路单洞双线隧道开挖断面净空在130m2左右，岩石类型为硬质破碎岩，少水。该工程设计为四级围岩支护，并需要立拱支护，拱架的间距为1m。超前支护所用导管长为4m，混凝土的喷施厚度为25cm，初支仰拱无拱架和钢筋网。该工程采取三台阶法带仰拱施工技术，每循环进尺为2-3榀拱架，混凝土喷施设备选取机械收喷装置。

2 高速铁路大断面隧道施工方法分析

2.1 隧道施工方法

由于高速铁路隧道工程涉及的地层具有一定的复杂性和多变性，相关人员可以根据地质条件的具体情况和状态进行分析，其中地质状态可以以稳定到不稳定之间的变化进行分类，一般来说，高速铁路隧道工程的常用开挖方法可分为全断面法、两台阶法、三台阶法、CRD法、双侧壁导坑工法以及CD法等。其中，CD法、双侧壁导坑法、CRD法能够将大断面进行分割为小块，整个施工流程和各个施工工序之间的转换十分复杂，且操作空间非常小，大型的施工机械无法进行现场，造成整体施工效率较低。台阶法可以提供相对宽敞的作业空间，促使相关的机械装置能够正常进入现场使用，在隧道工程中的应用十分广泛。还有，此类方法的应用过程中还会涉及临时支护的拆换工序，该环节存在一定的安全隐患。在上述方法中，适用范围为软弱围岩的特殊变形情况。

2.2 针对硬质岩施工方法

在开展相应的方案规划过程中，结合硬质岩特点，隧道工程需结合双侧壁导坑法进行施工，并将隧道的作业施工区域进行科学划分，在各类施工区块中分配各自的施工任务。在不同区块间，相关人员可以充分结合临时支护装置，对施工区域进行固定。但是，该方法容易出现安全风险，并存在爆破隐患。所以，相关人员在该施工方案的基础上进行了更加深入的优化与升级。其中，关于施工区域的地质、地形、地貌、水文条件等方面的信息必须充分掌握，并吸收新型的隧道设计理念。其中，超前帷幕注浆技术的使用能够有效对硬质岩结构起到稳定作用，通过超前注浆技术能够促使周边隧道的施工环境更加的安全，同时，临时支护的安装与拆卸环节都具有风险，在此类技术的应用下也能够在最大限度上降低临时支护的使用频率，既降低施工成本，又尽可能地避免施工支护环节的开展对其他工序产生的阻碍。

在案例隧道工程中，该工程所属围岩层类型是硬质岩，此类岩体结构整体较为稳定，不容易发生松散情况，具有较好的自成拱条件。在工程前期勘测过程中，发现硬质岩的岩脉和大断面之间存在的一个相对较小的斜角夹角，所以，在施工期间，相关人员可以根据该夹角的特征进行支护操作的安装。正式施工之前，各类地质信息参数的准确性需予以充分保障，可采取模拟的方式进行计算，通过这种方式能够应对不同类型的硬质岩浅埋大断面，并促使隧道施工技术能够达到一定的适配程度。

在上述施工方法中，若其他的施工参考因素保持不变，采用台阶法会在开挖期间对硬质岩层的整体结构产生较大的影响，安全风险较高，但若充分结合止水措施、必要支护措施以及注浆措施的开展，对于硬质岩也能够起到相应的改善效果，其后续应用效果也会比其他类型的方法具有更高的优势。在案例隧道工程中，施工过程中，最终选择台阶法进行分层、左右开挖，将每次开挖深度控制在4m左右，在下台阶的施工区域可以划分为三次开挖阶段，并事先预留中部岩层结构，以保障隧道的支撑力效果和水平，若在施工期间存在竖向的支撑压力值过高的情况，相关人员需结合施工现场具体信息开展相应的补救措施[1]。

3 硬质岩浅埋大断面高速铁路隧道的施工技术应用

作为隧道施工重点，相关人员需充分考虑到断面面积等因素所产生的影响，并科学分析施工风险，尽可能地降低施工难度。从我国部分道路工程中，在对软质岩浅埋大断面区域开展施工时，通常采用临时支撑、封闭循环以及化整为零等施工原则，但在硬质岩浅埋大断面的隧道开展施工时，需对现场施工情况与地理信息进行全面分析和研究，从根本上提高施工安全性。针对硬质岩浅埋大断面隧道情况，笔者将从隧道工程的整体结构出发，对硬质岩大断面运用相应的处理技术。

3.1 超前注浆

在高速铁路隧道工程中，为确保硬质岩和工程整体结构能够达到相应的稳定性，超前注浆技术的运用十分关键。超前注浆环节主要内容为对岩层进行加固和注浆，促使围岩得到充分加固的同时也能起到相应的止水作用，在注浆应用过程中，可以采取超细水泥材料作为单液浆的调配用材之一，然后，通过应用泥浆开展超前注浆技术。在超前注浆环节中，相关施工人员需充分结合隧道上断面和外轮廓线位置的5m左右予以注浆，并实现闸道、第三断面有序注浆。

3.2 锚杆强化

对于高速铁路隧道而言，铁路客专以及高速铁路隧道单洞双线断面较为常见，其开挖断面在100m2以上，断面的开挖高度、宽度分别在12m、14m左右。硬质岩大断面的处理期间相关人员需从隧道结构整体角度出发进行支护，通过这种方式提高工程的施工安全与后续的使用安全。大断面隧道的施工方法中的台阶法施工措施，该方法的开展通常建立在上台阶区域当中，将长锚杆装置提前安装，通过锚杆装置对隧道内部结构予以有力支护。在台阶法进入循环施工环节后，相关施工人员需严格遵循施工方案具体内容，明确开挖顺序，并依次增设锚杆装置，进而起到对周边围岩加固的作用。若锚杆暴露在外面，其多余部分可以通过钢筋格栅进行焊接，确保施工安全和工程稳定[2]。

3.3 纵向连接加固措施

案例工程中存在大断面，针对大断面的施工处理方案以及规划设计要点时，相关人员需充分考虑断面实际的受力情况，通过这种方式能够有效改善因无法平衡纵向、横向的栅格结构互相作用的情况。对于硬质岩浅埋大断面隧道工程而言，对纵向连接采取相应的加固措施，能够促使围岩具有更加稳定的支撑力，将围岩和现有支护进行紧密联系，当各个内部结构具有一定的整体性效果，隧道稳定性也会进一步增强。在纵向连接加固环节当中，铁格栅加固连接方式主要是通过搭接纵向连接的钢筋，并对连接钢筋的部分予以科学划分并分段处理，确保受力平衡和受力均匀，在这种方式下能够有效避免钢筋在纵向刚度方面所产生的影响。在钢筋和钢架之间进行焊接过程中，十字型交叉焊接法的连接作用也十分明显。在对各个连接点进行点焊时，连接点之间的受力效果能够达到相应的整体性作用，并形成隧道结构内的支撑体系。为促使硬质岩浅埋大断面的隧道具有整体支护作用，十字形交叉焊接法具有突出的连接作用，但会对钢筋刚度予以削弱。基于此，针对硬质岩浅埋大断面施工可以适当增加纵向连接格栅，并将整体的连接形状设置为L型，确保焊接长度有所延长，为支护结构的纵向延伸作用打下基础。

3.4 弱爆破措施

在完成对周边围岩开展的保护施工措施与支护措施后，围岩能够产生非常明显的自成拱作用，自成拱能够促使弱爆破施工效果提高，并将爆破风险及安全因素控制在较低范围内，降低爆破环节对周边硬质岩所造成的破坏因素和扰动影响，大大提高工程的安全性。在开展弱爆破施工过程中，相关施工人员可以提前对爆破影响进行分析，结合周边的硬质岩、围岩条件数据信息进行综合确定，将爆破震速以及爆破方式科学优化，并将爆炸材料的用量进行合理设计，避免出现用量过大而造成震速过高的情况，保障岩层的整体结构稳定性。与此同时，相关施工人员也可以在施工现场对周边环境进行考察，根据不同类型的围岩施工特点、科学选择雷管的数量，并将循环进尺距离合理控制[3]。

3.5 其他注意事项

3.5.1 前期勘察。在高速铁路隧道工程施工过程中，相关施工人员需做好充分的前期地理岩层数据勘测工作，包括对围岩的类型、特性等情况的分析，其中硬质岩内部划分类型也十分多样，例如砂岩、白云岩等，还有一些中强风化破碎岩。只有做好充分的前期勘察工作，才能根据硬质岩特点制定具有针对性的施工方案，并选择合适的装置、设备、施工技术。若隧道施工区域的地质类型为软岩，该类型岩石的形变空间非常大，若不进行加固处理容易产生塌方等安全事故，结合此类情况来看，支护结构的应用十分必要，软岩可选择闭合环支护结构与方法，促使公路隧道工程围岩的稳定性能够达到相应的安全标准，同时对围岩的塑性形变量予以管控。若高速铁路隧道施工区域为硬质岩，前期勘测期间必须对围岩的承重情况进行分析，促使掌子面能够达到一定的稳定效果。硬质岩情况可以降低原有的开挖进尺距离，同时需采取相应的支护措施和保护方法，其中弱爆破和预先注浆法的运用能够促使工程效率提高，保证施工环境的安全性达到要求。

3.5.2 合理支护。针对硬质岩浅埋大断面特点的隧道工程，相关施工人员可以充分运用拱架装置和锚杆装置的固定作用，将此类装置进行焊接后，能够对硬质岩隧道工程内部的支护结构起到相应的平衡受力作用。还有，隧道工程会涉及相应的开挖程序与环节，其中支护结构的安装和拆卸都具有一定的复杂性并且很容易影响隧道整体结构稳定性，所以，支护结构一定要在必要基础中应用，非必要情况需尽可能的采取其他手段进行加固。由于工程的特殊性和复杂性，除围岩整体外，围岩的自身强度、刚度等因素都会对施工产生影响，所以，在支护方式以及地质信息数据测量信息方面需提高水平，尤其在洞口段、堆积体、浅埋段、破碎段等方面需严格按照施工规范进行[4]。

4 结束语

总的来看，与其他类型的地质条件相比，硬质岩层具有一定的自供性，同时自稳条件也十分突出，相关人员在选择施工技术时，必须充分结合浅埋大断面隧道的岩层特点，保障施工安全性和隧道的结构整体性。由于此类工程的施工难度较大，在施工前期相关人员需做好充分的勘测工作，并结合实例对实际施工情况进行全面分析，避免形成安全隐患。通过超前注浆等施工环节的开展，能够有效提高施工效率，以此满足高速铁路工程的施工建设需求。