大斷面鐵路隧道施工沉降控制技術(shù)研究

吳曄

摘 要：經(jīng)濟(jì)發(fā)展，時(shí)代不斷進(jìn)步，現(xiàn)階段，鐵路的使用對(duì)我國經(jīng)濟(jì)貿(mào)易發(fā)展具有重要作用，為人們的出行也帶來了較大的便利。城市化建設(shè)水平不斷提高，提高鐵路建設(shè)質(zhì)量，對(duì)城市化建設(shè)以及社會(huì)穩(wěn)定都具有積極意義?，F(xiàn)階段，鐵路的使用中經(jīng)常出現(xiàn)大斷面隧道施工沉降問題，加深了鐵路隧道建設(shè)的難度。本文通過對(duì)大斷面鐵路隧道施工沉降控制技術(shù)研究，針對(duì)其中的建設(shè)重點(diǎn)以及難點(diǎn)，提出相應(yīng)的建設(shè)技術(shù)，促進(jìn)鐵路隧道的順利發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大斷面;鐵路隧道;沉降控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隧道工程的施工具有一定局限性，作業(yè)空間較為狹窄，工作人員的施工作業(yè)面也較為狹窄，相應(yīng)的機(jī)械也難以進(jìn)行工作開展，因此隧道施工具有較大難度。大斷面隧道施工主要是指隧道的凈空斷面面積在20 m2～100 m2實(shí)施的隧道工程項(xiàng)目，這種隧道條件，造成的斷面面積較大，工程的施工規(guī)模也會(huì)較大，其中涉及到的施工技術(shù)較為復(fù)雜，具有繁瑣的施工工序，主觀因素以及客觀因素都會(huì)影響施工質(zhì)量。因此需要更加合理化的施工技術(shù)，完善工程施工中的技術(shù)管理，提高施工工藝水平，保證施工質(zhì)量。

1 關(guān)于施工方案設(shè)計(jì)分析

結(jié)合實(shí)際施工隧道的特點(diǎn)，以及施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，需要將隧道兩端作為水平旋噴樁，通過這種方式實(shí)現(xiàn)拱部土層的加固，實(shí)施長管棚以及超前注漿，制作兩側(cè)的小導(dǎo)洞，經(jīng)過兩側(cè)的小導(dǎo)洞，實(shí)現(xiàn)地鐵底層的注漿加固，在小導(dǎo)洞內(nèi)使用洞樁法制作圍護(hù)樁，最后使用CRD技術(shù)施工正洞[1]。在導(dǎo)洞以及正洞進(jìn)行開挖之后，逐漸接近鐵路的正下方時(shí)，需要調(diào)整作業(yè)開挖的時(shí)間，不影響鐵路的正常使用，只能在夜間的12.00～5.00進(jìn)行，其他時(shí)間需要施工初期的支護(hù)工作。實(shí)際施工中，需要對(duì)鐵路隧道結(jié)構(gòu)等進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)，在監(jiān)控的數(shù)據(jù)超過設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，需要立即停止施工，查找問題的原因，在監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效控制后，可以恢復(fù)施工。

（1）關(guān)于水平旋噴樁分析。水平旋噴樁的位置需要在隧道的拱部，具體為3排，600高壓，其中孔間距為400 mm。

排間距為400 mm，施工方向?yàn)樗淼纼啥耍嘞蚴┕?，使用跳打以及?duì)打的方式，將北端長度加固41 m左右，南端需要加固43 m左右（具體長度結(jié)合實(shí)際施工情況），其中塔接為3 m，設(shè)置旋噴樁以及超前注漿的位置[2]。水平旋噴樁的施工質(zhì)量保證，要確定在施工之前，試樁的效果，這一過程中需要選擇最為準(zhǔn)確的施工參數(shù)，施工之前，在地層的不同深度埋設(shè)接收天線，通常情況下，是2個(gè)，這一動(dòng)作是為保證鉆孔過程中測(cè)量鉆孔的偏斜度，在鉆進(jìn)3 m之后測(cè)量一次，及時(shí)調(diào)整，保證孔位誤差小于等于50 mm，其中傾角以及設(shè)計(jì)的誤差需要小于等于1°。實(shí)際施工中，工作人員要對(duì)壓力、噴漿量以及鉆進(jìn)速度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效記錄，在出現(xiàn)問題時(shí)，采取有效措施進(jìn)行及時(shí)處理。例如，在實(shí)際使用的鐵路線路中，距離隧道的拱頂開挖線3米處的高處存在運(yùn)行列車情況下，施工中，旋噴排漿出現(xiàn)問題后，會(huì)造成鐵路隆起超標(biāo)，造成嚴(yán)重后果，因此這里建議使用真空負(fù)壓強(qiáng)制排漿系統(tǒng)。在對(duì)拱頂樁基土體加固過程中，使用6根旋噴樁，噴嘴的角度是在商業(yè)街樁基方向的90°～135°，進(jìn)行擺動(dòng)噴射注漿，這里的注漿壓力以及相應(yīng)參數(shù)與其他水平下的旋噴樁相同。

（2）關(guān)于長管棚以及超前注漿分析。完成水平旋噴樁的施工之后，需要將地層巖的土體進(jìn)行加固，這一施工過程強(qiáng)度較高，針對(duì)長管棚的施工需要采用潛孔錘成孔施工技術(shù)，這一隧道拱部主要設(shè)有27根以及159根熱軋無縫鋼管長管棚，其相關(guān)參數(shù)為外徑159 mm，壁厚8 mm，其中環(huán)向間距為40 cm，在隧道的兩端，其豎井以及南端的井側(cè)墻上進(jìn)行鉆孔，其中外墻的設(shè)計(jì)為止?jié){墻，將隧道的兩側(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同的端長，其中間間距也是不同的，為保證長管棚質(zhì)量以及整體施工效果，需要對(duì)孔位鉆進(jìn)的精確度嚴(yán)格控制，其中外插角的角度設(shè)置為1°～3°，在編號(hào)為單號(hào)的位置使用鋼花管，雙號(hào)位置使用鋼管，在樁基的兩側(cè)每一根管棚使用鋼花管進(jìn)行注漿，實(shí)際施工中使用間隔式技術(shù)施工，首先進(jìn)行單號(hào)鉆孔，再依次進(jìn)行雙號(hào)鉆孔，每一個(gè)成孔需要進(jìn)行及時(shí)注漿，注漿過程中使用的施工技術(shù)為前進(jìn)式的分段注漿，并且分段的長度需要控制在4 m左右[3]。其中水泥漿液的占比為1：1，壓力設(shè)置在0.5 MPa～1 MPa，速度為5 L/min～110 L/min，這一過程中的孔底間距為1.6 m，擴(kuò)散半徑為1.2 m，漿液的填充系數(shù)需要保證大于0.8。

（3）關(guān)于小導(dǎo)洞以及地板地層加固注漿分析。首先是小導(dǎo)洞施工，隧道拱腳部位需要設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)洞，主要設(shè)置參數(shù)為斷面尺寸3.68 m寬，3.74 m高，實(shí)際開挖之前，需要對(duì)隧道斷面進(jìn)行全面的注漿加固，這種方式能夠?qū)Σ僮髑暗牡叵滤M(jìn)行及時(shí)封閉，降低地層失水情況，保證上層滯水不會(huì)出現(xiàn)泄露的情況，防止工作面的前方土地塌陷或者是嚴(yán)重性的沉降，在加固體達(dá)到齡期之后，需要在導(dǎo)洞的底部進(jìn)行超前鉆孔，檢查注漿的具體質(zhì)量。導(dǎo)洞施工采用小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)，使用人工臺(tái)階法進(jìn)行開挖，需要注意核心土層，在循環(huán)進(jìn)尺0.8 m之后，間距需要控制在0.8 m，對(duì)開挖面進(jìn)行噴射混凝土，在噴射之后的混凝土達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度之后，進(jìn)行初期支護(hù)注漿，保證初期支護(hù)背后的密實(shí)程度。

在開挖過程中，與相鄰的掌子面保持安全距離，這一過程中要保證導(dǎo)洞監(jiān)測(cè)，在變形達(dá)到預(yù)警數(shù)值時(shí)，停止開挖，將掌子面進(jìn)行封閉，查找其中原因之后，采取相應(yīng)的措施，進(jìn)行妥善處理，之后進(jìn)行繼續(xù)開挖[4]。

實(shí)施小導(dǎo)洞內(nèi)的加固和注漿，在兩側(cè)的小導(dǎo)洞實(shí)現(xiàn)鉆孔樁之后，會(huì)造成地下水降水量較大，并且地下水的水位會(huì)下降，主要表現(xiàn)形式為鐵路結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸下沉，因此，基于這一情況需要在區(qū)間之內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化儀器，進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以及結(jié)果的分析，保證鐵路結(jié)構(gòu)底板下的兩側(cè)注漿位置以及注漿量，使用雙液注漿以及固化劑進(jìn)行注漿補(bǔ)償，進(jìn)行分層，不同各部位實(shí)現(xiàn)主體加固，防止鐵路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降變形。

結(jié)合鐵路內(nèi)部的監(jiān)測(cè)實(shí)際情況，在其結(jié)構(gòu)水平位移或者是沉降量變化較大的情況下，其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)相應(yīng)的異常，實(shí)施注漿，工作時(shí)間是在列車停運(yùn)之后，并且間隔2小時(shí)之后進(jìn)行一次數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，控制監(jiān)測(cè)信息后，保證注漿壓力以及單孔注漿量[5]。

（4）關(guān)于隧道圍護(hù)樁分析。進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，實(shí)現(xiàn)小導(dǎo)洞的貫通，在導(dǎo)洞內(nèi)實(shí)施鉆孔灌注樁，將其作為圍護(hù)樁，兩側(cè)的導(dǎo)洞鉆孔樁數(shù)量進(jìn)行確定，樁徑以及樁長以及間距距離結(jié)合實(shí)際施工情況進(jìn)行確定，導(dǎo)洞空間較小，會(huì)受到限制，結(jié)合導(dǎo)洞的實(shí)際尺寸，需要制作小鉆架，其中導(dǎo)洞以及洞口需要設(shè)置沖擊鉆，在不同的導(dǎo)洞設(shè)置相應(yīng)的泥漿池，使用泥漿泵將其泵入樁孔內(nèi)，順著導(dǎo)洞會(huì)設(shè)置排漿槽，直至導(dǎo)洞外面的泥漿池，樁基兩端，向兩端部分實(shí)現(xiàn)跳孔施工，并且底節(jié)部分鋼筋加工成型后，在不同節(jié)段進(jìn)行加工廠下料，在空口位置對(duì)接長主筋等，實(shí)現(xiàn)混凝土灌注，使用水下灌注施工技術(shù)，混凝土使用通過輸送泵實(shí)現(xiàn)灌注。

旋噴圍護(hù)樁施工技術(shù)，需要在鉆孔樁全部結(jié)束之后，使用兩重管旋噴機(jī)在施工樁中間制作旋噴樁，從內(nèi)向外，進(jìn)行逐根施工，在導(dǎo)洞內(nèi)旋噴樁一共132根，樁徑以及樁長的距離以及間距具有進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使用旋噴樁水泥漿進(jìn)行攪拌，其中注漿泵以及空壓機(jī)需要設(shè)置在導(dǎo)洞外，攪拌水泥漿后，使用注漿機(jī)噴入孔內(nèi)，其中渣土需要及時(shí)清運(yùn)，直至豎井，之后實(shí)現(xiàn)提升外運(yùn)。進(jìn)行冠梁以及小導(dǎo)洞回填工作，鉆孔樁以及旋噴樁需要在施工結(jié)束后，將洞內(nèi)的雜物進(jìn)行清除，之后清除樁頭，提高混凝土澆筑振搗密實(shí)程度，通過中間逐漸向兩端進(jìn)行分段式澆筑，澆筑的間隔為8 m，在澆筑冠梁上面的導(dǎo)洞實(shí)現(xiàn)回填，拱頂主要使用注漿填充密實(shí)，在澆筑之前要注意連接正洞的鋼架等。實(shí)施正洞開挖施工，主要使用的施工技術(shù)是CRD工藝，在循環(huán)開挖之后，可以立即施工，初支部分需要重視，使用定型臺(tái)架以及小模板澆筑，在混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，要對(duì)隧道內(nèi)的樁基以及臨時(shí)支護(hù)進(jìn)行拆除，進(jìn)行防水層以及下一層的襯砌進(jìn)行施工，使用液壓襯砌進(jìn)行澆筑[6]。

（5）關(guān)于底層沉降監(jiān)測(cè)分析。在確定注漿時(shí)機(jī)之后，確定注漿位置，這兩種因素是控制鐵路沉降的重要手段，提高鐵路底層運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，在實(shí)際施工中，主要使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行安全施工，進(jìn)行指導(dǎo)。首先進(jìn)行靜力水準(zhǔn)測(cè)量，主要使用測(cè)量系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要使用在相對(duì)沉降過程中，位置在正洞上方50 m位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，測(cè)量結(jié)構(gòu)是否變形。使用測(cè)量機(jī)器人，這是一種硬件與軟件的結(jié)合設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)鐵路隧道形變的自動(dòng)化檢測(cè)儀器?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的使用主要是通過相關(guān)模塊數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心之后，將監(jiān)測(cè)指令發(fā)送到采集設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 總結(jié)

針對(duì)鐵路運(yùn)營線路的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為3小時(shí)左右/次，在施工影響較大的情況下，監(jiān)測(cè)次數(shù)為1-2小時(shí)/次。使用不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)相互核對(duì)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止鐵路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降，提高施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉文軍.復(fù)雜地層中大斷面鐵路隧道施工沉降控制技術(shù)[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，36（03）：11-16.

[2]紀(jì)鴻朋，王國靖，徐帥軍.隧道軟弱圍巖大斷面開挖支護(hù)施工工藝研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2020，16（07）：44-49.

[3]陶鼎，李大華，劉成，等.淺埋大斷面黃土隧道大變形特性及其控制措施研究[J].建筑技術(shù)，2020，51（02）：198-203.

[4]周宇.大斷面軟弱圍巖隧道合理開挖方法研究[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2019，62（16）：122-123.

[5]朱雷敏，沈以珍，尹勝瑞，等.軟弱腐殖土地層淺埋大斷面隧道施工技術(shù)研究[J].市政技術(shù)，2015，33（01）：90-93.

[6]譚玉琪.淺埋鐵路隧道下穿高速公路施工沉降分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020，68（02）：198-199.