硬質巖淺埋大斷面高速鐵路隧道施工技術要點及應用

艾金爽

安徽省皖江城際六慶鐵路股份有限公司 安徽 合肥 230000

引言

隨著我國在經濟水平與社會發(fā)展水平同步增強的基礎上，交通建設行業(yè)對于地下空間展開了相應的開發(fā)工作，并將開發(fā)成果投入使用，大大提高了交通運輸效率，同時人們的出行質量也同步提高。在地下空間的開發(fā)和建設過程中，硬質巖大斷面情況的出現(xiàn)有著一定的概率，針對此情況選擇的施工技術、施工方案都對最終的使用效果產生顯著影響。

1 工程概況

我國高速鐵路隧道工程線路非常多，例如石太客運專線——太行山隧道，該隧道全長27.848km，最大埋深為445m，該工程將隧道類型設計為雙洞單線式隧道，兩線之間的距離為35m，該隧道是我國目前為止最長的高速鐵路山嶺隧道，隧道中設有運營通風系統(tǒng)以及防災通風設施。由于高速鐵路工程的施工區(qū)域普遍施工難度較大，尤其是硬質巖淺埋大斷面情況，大斷面的位置存在非常明顯的斷層，具有較大施工難度，并加劇了整個工程的施工風險，不利于保證施工安全性。所以，在正式施工之前，相關人員需提前制定相應的施工方案，并逐步根據(jù)地理信息、數(shù)據(jù)完善施工方案的內容、規(guī)劃以及設計。

某鐵路單洞雙線隧道開挖斷面凈空在130m2左右，巖石類型為硬質破碎巖，少水。該工程設計為四級圍巖支護，并需要立拱支護，拱架的間距為1m。超前支護所用導管長為4m，混凝土的噴施厚度為25cm，初支仰拱無拱架和鋼筋網。該工程采取三臺階法帶仰拱施工技術，每循環(huán)進尺為2-3榀拱架，混凝土噴施設備選取機械收噴裝置。

2 高速鐵路大斷面隧道施工方法分析

2.1 隧道施工方法

由于高速鐵路隧道工程涉及的地層具有一定的復雜性和多變性，相關人員可以根據(jù)地質條件的具體情況和狀態(tài)進行分析，其中地質狀態(tài)可以以穩(wěn)定到不穩(wěn)定之間的變化進行分類，一般來說，高速鐵路隧道工程的常用開挖方法可分為全斷面法、兩臺階法、三臺階法、CRD法、雙側壁導坑工法以及CD法等。其中，CD法、雙側壁導坑法、CRD法能夠將大斷面進行分割為小塊，整個施工流程和各個施工工序之間的轉換十分復雜，且操作空間非常小，大型的施工機械無法進行現(xiàn)場，造成整體施工效率較低。臺階法可以提供相對寬敞的作業(yè)空間，促使相關的機械裝置能夠正常進入現(xiàn)場使用，在隧道工程中的應用十分廣泛。還有，此類方法的應用過程中還會涉及臨時支護的拆換工序，該環(huán)節(jié)存在一定的安全隱患。在上述方法中，適用范圍為軟弱圍巖的特殊變形情況。

2.2 針對硬質巖施工方法

在開展相應的方案規(guī)劃過程中，結合硬質巖特點，隧道工程需結合雙側壁導坑法進行施工，并將隧道的作業(yè)施工區(qū)域進行科學劃分，在各類施工區(qū)塊中分配各自的施工任務。在不同區(qū)塊間，相關人員可以充分結合臨時支護裝置，對施工區(qū)域進行固定。但是，該方法容易出現(xiàn)安全風險，并存在爆破隱患。所以，相關人員在該施工方案的基礎上進行了更加深入的優(yōu)化與升級。其中，關于施工區(qū)域的地質、地形、地貌、水文條件等方面的信息必須充分掌握，并吸收新型的隧道設計理念。其中，超前帷幕注漿技術的使用能夠有效對硬質巖結構起到穩(wěn)定作用，通過超前注漿技術能夠促使周邊隧道的施工環(huán)境更加的安全，同時，臨時支護的安裝與拆卸環(huán)節(jié)都具有風險，在此類技術的應用下也能夠在最大限度上降低臨時支護的使用頻率，既降低施工成本，又盡可能地避免施工支護環(huán)節(jié)的開展對其他工序產生的阻礙。

在案例隧道工程中，該工程所屬圍巖層類型是硬質巖，此類巖體結構整體較為穩(wěn)定，不容易發(fā)生松散情況，具有較好的自成拱條件。在工程前期勘測過程中，發(fā)現(xiàn)硬質巖的巖脈和大斷面之間存在的一個相對較小的斜角夾角，所以，在施工期間，相關人員可以根據(jù)該夾角的特征進行支護操作的安裝。正式施工之前，各類地質信息參數(shù)的準確性需予以充分保障，可采取模擬的方式進行計算，通過這種方式能夠應對不同類型的硬質巖淺埋大斷面，并促使隧道施工技術能夠達到一定的適配程度。

在上述施工方法中，若其他的施工參考因素保持不變，采用臺階法會在開挖期間對硬質巖層的整體結構產生較大的影響，安全風險較高，但若充分結合止水措施、必要支護措施以及注漿措施的開展，對于硬質巖也能夠起到相應的改善效果，其后續(xù)應用效果也會比其他類型的方法具有更高的優(yōu)勢。在案例隧道工程中，施工過程中，最終選擇臺階法進行分層、左右開挖，將每次開挖深度控制在4m左右，在下臺階的施工區(qū)域可以劃分為三次開挖階段，并事先預留中部巖層結構，以保障隧道的支撐力效果和水平，若在施工期間存在豎向的支撐壓力值過高的情況，相關人員需結合施工現(xiàn)場具體信息開展相應的補救措施[1]。

3 硬質巖淺埋大斷面高速鐵路隧道的施工技術應用

作為隧道施工重點，相關人員需充分考慮到斷面面積等因素所產生的影響，并科學分析施工風險，盡可能地降低施工難度。從我國部分道路工程中，在對軟質巖淺埋大斷面區(qū)域開展施工時，通常采用臨時支撐、封閉循環(huán)以及化整為零等施工原則，但在硬質巖淺埋大斷面的隧道開展施工時，需對現(xiàn)場施工情況與地理信息進行全面分析和研究，從根本上提高施工安全性。針對硬質巖淺埋大斷面隧道情況，筆者將從隧道工程的整體結構出發(fā)，對硬質巖大斷面運用相應的處理技術。

3.1 超前注漿

在高速鐵路隧道工程中，為確保硬質巖和工程整體結構能夠達到相應的穩(wěn)定性，超前注漿技術的運用十分關鍵。超前注漿環(huán)節(jié)主要內容為對巖層進行加固和注漿，促使圍巖得到充分加固的同時也能起到相應的止水作用，在注漿應用過程中，可以采取超細水泥材料作為單液漿的調配用材之一，然后，通過應用泥漿開展超前注漿技術。在超前注漿環(huán)節(jié)中，相關施工人員需充分結合隧道上斷面和外輪廓線位置的5m左右予以注漿，并實現(xiàn)閘道、第三斷面有序注漿。

3.2 錨桿強化

對于高速鐵路隧道而言，鐵路客專以及高速鐵路隧道單洞雙線斷面較為常見，其開挖斷面在100m2以上，斷面的開挖高度、寬度分別在12m、14m左右。硬質巖大斷面的處理期間相關人員需從隧道結構整體角度出發(fā)進行支護，通過這種方式提高工程的施工安全與后續(xù)的使用安全。大斷面隧道的施工方法中的臺階法施工措施，該方法的開展通常建立在上臺階區(qū)域當中，將長錨桿裝置提前安裝，通過錨桿裝置對隧道內部結構予以有力支護。在臺階法進入循環(huán)施工環(huán)節(jié)后，相關施工人員需嚴格遵循施工方案具體內容，明確開挖順序，并依次增設錨桿裝置，進而起到對周邊圍巖加固的作用。若錨桿暴露在外面，其多余部分可以通過鋼筋格柵進行焊接，確保施工安全和工程穩(wěn)定[2]。

3.3 縱向連接加固措施

案例工程中存在大斷面，針對大斷面的施工處理方案以及規(guī)劃設計要點時，相關人員需充分考慮斷面實際的受力情況，通過這種方式能夠有效改善因無法平衡縱向、橫向的柵格結構互相作用的情況。對于硬質巖淺埋大斷面隧道工程而言，對縱向連接采取相應的加固措施，能夠促使圍巖具有更加穩(wěn)定的支撐力，將圍巖和現(xiàn)有支護進行緊密聯(lián)系，當各個內部結構具有一定的整體性效果，隧道穩(wěn)定性也會進一步增強。在縱向連接加固環(huán)節(jié)當中，鐵格柵加固連接方式主要是通過搭接縱向連接的鋼筋，并對連接鋼筋的部分予以科學劃分并分段處理，確保受力平衡和受力均勻，在這種方式下能夠有效避免鋼筋在縱向剛度方面所產生的影響。在鋼筋和鋼架之間進行焊接過程中，十字型交叉焊接法的連接作用也十分明顯。在對各個連接點進行點焊時，連接點之間的受力效果能夠達到相應的整體性作用，并形成隧道結構內的支撐體系。為促使硬質巖淺埋大斷面的隧道具有整體支護作用，十字形交叉焊接法具有突出的連接作用，但會對鋼筋剛度予以削弱?；诖耍槍τ操|巖淺埋大斷面施工可以適當增加縱向連接格柵，并將整體的連接形狀設置為L型，確保焊接長度有所延長，為支護結構的縱向延伸作用打下基礎。

3.4 弱爆破措施

在完成對周邊圍巖開展的保護施工措施與支護措施后，圍巖能夠產生非常明顯的自成拱作用，自成拱能夠促使弱爆破施工效果提高，并將爆破風險及安全因素控制在較低范圍內，降低爆破環(huán)節(jié)對周邊硬質巖所造成的破壞因素和擾動影響，大大提高工程的安全性。在開展弱爆破施工過程中，相關施工人員可以提前對爆破影響進行分析，結合周邊的硬質巖、圍巖條件數(shù)據(jù)信息進行綜合確定，將爆破震速以及爆破方式科學優(yōu)化，并將爆炸材料的用量進行合理設計，避免出現(xiàn)用量過大而造成震速過高的情況，保障巖層的整體結構穩(wěn)定性。與此同時，相關施工人員也可以在施工現(xiàn)場對周邊環(huán)境進行考察，根據(jù)不同類型的圍巖施工特點、科學選擇雷管的數(shù)量，并將循環(huán)進尺距離合理控制[3]。

3.5 其他注意事項

3.5.1 前期勘察。在高速鐵路隧道工程施工過程中，相關施工人員需做好充分的前期地理巖層數(shù)據(jù)勘測工作，包括對圍巖的類型、特性等情況的分析，其中硬質巖內部劃分類型也十分多樣，例如砂巖、白云巖等，還有一些中強風化破碎巖。只有做好充分的前期勘察工作，才能根據(jù)硬質巖特點制定具有針對性的施工方案，并選擇合適的裝置、設備、施工技術。若隧道施工區(qū)域的地質類型為軟巖，該類型巖石的形變空間非常大，若不進行加固處理容易產生塌方等安全事故，結合此類情況來看，支護結構的應用十分必要，軟巖可選擇閉合環(huán)支護結構與方法，促使公路隧道工程圍巖的穩(wěn)定性能夠達到相應的安全標準，同時對圍巖的塑性形變量予以管控。若高速鐵路隧道施工區(qū)域為硬質巖，前期勘測期間必須對圍巖的承重情況進行分析，促使掌子面能夠達到一定的穩(wěn)定效果。硬質巖情況可以降低原有的開挖進尺距離，同時需采取相應的支護措施和保護方法，其中弱爆破和預先注漿法的運用能夠促使工程效率提高，保證施工環(huán)境的安全性達到要求。

3.5.2 合理支護。針對硬質巖淺埋大斷面特點的隧道工程，相關施工人員可以充分運用拱架裝置和錨桿裝置的固定作用，將此類裝置進行焊接后，能夠對硬質巖隧道工程內部的支護結構起到相應的平衡受力作用。還有，隧道工程會涉及相應的開挖程序與環(huán)節(jié)，其中支護結構的安裝和拆卸都具有一定的復雜性并且很容易影響隧道整體結構穩(wěn)定性，所以，支護結構一定要在必要基礎中應用，非必要情況需盡可能的采取其他手段進行加固。由于工程的特殊性和復雜性，除圍巖整體外，圍巖的自身強度、剛度等因素都會對施工產生影響，所以，在支護方式以及地質信息數(shù)據(jù)測量信息方面需提高水平，尤其在洞口段、堆積體、淺埋段、破碎段等方面需嚴格按照施工規(guī)范進行[4]。

4 結束語

總的來看，與其他類型的地質條件相比，硬質巖層具有一定的自供性，同時自穩(wěn)條件也十分突出，相關人員在選擇施工技術時，必須充分結合淺埋大斷面隧道的巖層特點，保障施工安全性和隧道的結構整體性。由于此類工程的施工難度較大，在施工前期相關人員需做好充分的勘測工作，并結合實例對實際施工情況進行全面分析，避免形成安全隱患。通過超前注漿等施工環(huán)節(jié)的開展，能夠有效提高施工效率，以此滿足高速鐵路工程的施工建設需求。