高速鐵路長大隧道快速施工關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制措施
——以黃柏山隧道工程項(xiàng)目為例

張永琪

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 300000 ）

我國高速鐵路通車總里程目前位居世界第一，而且建造里程和通車?yán)锍倘匀辉诓粩嘣黾?，過去一些自然環(huán)境條件比較差的區(qū)域的，目前也實(shí)現(xiàn)了高速鐵路通車。在高速鐵路隧道工程中，隧道貫通施工環(huán)節(jié)尤為重要。隧道進(jìn)口至斜井貫通作為隧道工程中的重要施工內(nèi)容，一直是隧道工程施工質(zhì)量的重點(diǎn)監(jiān)控單元。

1 工程概況

黃柏山隧道在贛深高鐵中有著極高的作用和價值，更在我國“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)中有著極高的戰(zhàn)略意義，能夠極大限度緩解鐵路系統(tǒng)的客運(yùn)運(yùn)輸壓力，還能促進(jìn)江西與北線和南線的經(jīng)貿(mào)合作，更重要的是可以促進(jìn)江西與廣東的深層次融合，推動區(qū)域范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃順利實(shí)施。

黃柏山隧道是贛深高鐵中的核心工程之一，具有施工重要性突出、施工難點(diǎn)多、施工難度大等特征。隧道全長6414.2 米，起點(diǎn)位于江西省贛州市信豐縣，重點(diǎn)位于贛州的全南縣。從實(shí)地情況來看，黃柏山隧道工程項(xiàng)目的施工難度比較大，交通基礎(chǔ)條件比較差，隧道進(jìn)斜井僅有村間水泥路，隧道洞身范圍除局部山間谷，地段多為山坡，地形極為陡峭，整個隧道被嵩山峻嶺所包圍。隧道圍巖條件極為復(fù)雜，巖體穩(wěn)定性非常差，破碎帶和斷裂帶帶來的施工安全風(fēng)險(xiǎn)非常嚴(yán)峻，工程項(xiàng)目施工危險(xiǎn)性比較高，存在比較高的泥石流、塌方、流坍等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，而且圍巖中還有數(shù)量龐大的腹水、積水。

2 隧道進(jìn)口至斜井貫通施工方案

2.1 隧道進(jìn)口至斜井端施工分析

該隧道工程項(xiàng)目中，為了保證施工的順利進(jìn)行，根據(jù)實(shí)地勘察和涉及考量，將隧道斜井位置懸在線路前進(jìn)方向左側(cè)，與隧道正洞交于DK89+400 里程處，隧道進(jìn)口里程位于XDKO+410 處，斜井平長410m。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙與施工進(jìn)度測算，掌子面貫通里程為DK87+923.5。該段設(shè)計(jì)圍巖等級為III 級，襯砌類型為IIIa 級，采取的是分步臺階法開挖施工方案。在貫通區(qū)間外臺階長度控制在10-50cm，內(nèi)臺階長度控制在5-8m。各臺階斷面開挖應(yīng)兩側(cè)交錯進(jìn)行，下臺階開挖后仰拱應(yīng)及時跟進(jìn)。臺階施工工序圖如圖1 所示。

圖1 臺階法工序橫斷面示意圖

黃柏山隧道進(jìn)口掌子面為IV 級圍巖，襯砌類型采用IVb 襯砌，施工工法設(shè)計(jì)采用三臺階法；掌子面為III 級圍巖，襯砌類型采用IIIa 襯砌，無鋼架，施工工法設(shè)計(jì)采用臺階法。在隧道貫通施工后期雙向掘進(jìn)改為隧道進(jìn)口單口掘進(jìn)[1]。

2.2 隧道進(jìn)口至斜井貫通施工分析

根據(jù)對隧道施工區(qū)域地質(zhì)條件、施工安全、機(jī)械設(shè)備運(yùn)用等多方面考慮，該隧道采取的是“進(jìn)口單頭掘進(jìn)至隧道貫通掌子面”的貫通施工方案。由于隧道貫通采取的是臺階法挖掘法，需要施工人員及時監(jiān)控隧道圍巖的數(shù)據(jù)變量，從而做到隨時調(diào)整施工方案和支護(hù)參數(shù)，確保隧道內(nèi)施工安全性。在掌子面掘進(jìn)至DK87+938.5 后停止掌子面掘進(jìn)，及時施作下臺階和隧底初期支護(hù)，仰拱及二襯緊跟，保證III 圍巖安全步距要求。

在進(jìn)行超前支護(hù)時，選擇使用直徑42mm 的超前小導(dǎo)管，鋼花管的規(guī)格是42mm×3.5mm 熱軋無縫鋼管。在布設(shè)注漿孔時采取梅花形，注漿孔的直徑為10mm，每個孔洞的間距為15cm，注漿液采取的是水泥漿液，水灰比1：1。在注漿施工前，施工人員必須要對注漿漿液的質(zhì)量進(jìn)行檢查，還應(yīng)當(dāng)對注漿所需機(jī)械設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢查，讓相關(guān)機(jī)械設(shè)備始終維持在較高的性能水平，這是確保漿液順利注入的關(guān)鍵。施工人員還需要對注漿孔進(jìn)行處理，將注漿孔中存在的雜物進(jìn)行處理，這是提升注漿質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。施工人員應(yīng)當(dāng)對注漿壓力有比較高的關(guān)注度，因此，需要做好輸出水壓的調(diào)試工作。為了確保施工進(jìn)度，提升整體速度，需要施工人員依照群管注漿施工體系。施工人員需要嚴(yán)格控制漿液的流出速度，避免出現(xiàn)注漿液泄漏或者注漿管堵塞等影響整體效果的情況。在注漿完畢后要對每個孔洞的注漿效果進(jìn)行檢查，及時對不合格的進(jìn)行處理[2]。

在隧道貫通加強(qiáng)段進(jìn)行施工時，拱部和邊墻分別使用直徑22mm 的組合空中錨桿和直徑22mm 砂漿錨桿，按照梅花狀布置方式。在鉆孔時嚴(yán)格按照事前選擇的鉆位，鉆孔過程要保證鉆孔的規(guī)格、深度和垂直度，鉆孔完畢后及時進(jìn)行清理。如果發(fā)現(xiàn)鉆孔質(zhì)量不合格，應(yīng)當(dāng)將其化為廢棄孔，并重新進(jìn)行鉆孔。注漿完畢后同樣需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，找出注漿不合格的注漿孔，重新進(jìn)行注漿處理。在錨桿安裝后，要對其進(jìn)行保護(hù)，避免違規(guī)操作錨桿引起不必要的質(zhì)量問題。

2.3 隧道進(jìn)口至斜井端監(jiān)測布置

為了確保施工現(xiàn)場的安全性，必須要加強(qiáng)對隧道進(jìn)口至斜井施工區(qū)域的監(jiān)控量測。施工單位需要根據(jù)隧道的施工基本參數(shù)，以及高速鐵路在監(jiān)控量測技術(shù)相面相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定具體隧道貫通測點(diǎn)，如圖2。要確保在隧道弧頂拱部和兩側(cè)邊墻都有足夠的監(jiān)測布置點(diǎn)，這樣做的主要目的是為了監(jiān)測隧道是否發(fā)生了拱頂下沉或者收斂位移施工病害問題，進(jìn)而通過詳細(xì)的數(shù)據(jù)反饋，及時采取相應(yīng)的處理措施。

圖2 隧道貫通洞內(nèi)變形監(jiān)測點(diǎn)布置圖

對于隧道進(jìn)口至斜井貫通施工來說，拱頂下沉和收斂位移是非常常見且高度危險(xiǎn)的施工質(zhì)量問題，從實(shí)際情況來看，拱頂下沉引發(fā)的隧道斷面變量要略低于收斂位移。因此，為了確保施工現(xiàn)場的安全性，必須要在貫通后期，加強(qiáng)對貫通斷面圍巖變量的監(jiān)測，這樣可以在掌握詳細(xì)變量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對圍巖穩(wěn)定性的防護(hù)，同時還能提升洞身結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固效果。

3 長大隧道快速施工關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 基本原則

對于黃柏山高速鐵路隧道來說，從綜合角度來講，該隧道滿足長大隧道的基本條件標(biāo)準(zhǔn)，因此，在實(shí)際施工中要對其采取長大隧道快速施工的相關(guān)技術(shù)要求。在隧道進(jìn)口至斜井貫通施工中，需要從施工現(xiàn)場安全、工程項(xiàng)目質(zhì)量、工程成本控制、工程進(jìn)度管理等方面入手進(jìn)行管理。在目前的高速鐵路長大隧道快速施工中，必須要采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)機(jī)制，這是保證施工質(zhì)量的重要措施[3]。

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

對于黃柏山隧道來說，由于其地理?xiàng)l件十分復(fù)雜，施工難度較高，為了保證施工方案的合理性和可操控性，必須要采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)λ淼绹鷰r可能發(fā)生的變量進(jìn)行準(zhǔn)確推測，對隧道施工過程中的圍巖情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并發(fā)現(xiàn)隧道前方可能存在的富水段，及時發(fā)現(xiàn)存在的異常問題，讓不良地質(zhì)的發(fā)現(xiàn)時間段和處理時間節(jié)點(diǎn)都大幅度提前。通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，探知了隧道貫通段地質(zhì)條件為變質(zhì)砂巖局部夾少量花崗巖，弱風(fēng)化，巖體完整性好，節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力強(qiáng)。在這一條件下，可以讓施工方案變得更加科學(xué)合理，及時調(diào)整技術(shù)參數(shù)，進(jìn)而確保隧道貫通施工的整體效果[4]。

3.3 隧道監(jiān)控量測

對于長大隧道來說，隧道監(jiān)控測量是必不可少的內(nèi)容，更是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化施工的重要途徑。在隧道監(jiān)控量測技術(shù)的支撐下，可以實(shí)現(xiàn)對圍巖狀態(tài)、支護(hù)系統(tǒng)和襯砌穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，然后再通過數(shù)據(jù)分析管理，判斷施工中可能存在的安全隱患與質(zhì)量問題，這樣可以及時改變支護(hù)參數(shù)，并對施工方案進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，讓發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)條件的時間前移，有助于提升施工安全和施工質(zhì)量。

3.4 施工質(zhì)量與安全控制

首先，對于高速鐵路長大隧道快速施工來說，在隧道貫通施工中允許存在施工誤差，但需要將誤差數(shù)值控制在合理范圍內(nèi)。在對貫通誤差進(jìn)行處理時，需要掌握詳細(xì)的誤差數(shù)據(jù)，這就需要做好前期的誤差測量工作，施工人員需要在合理的位置作為誤差數(shù)值測量點(diǎn)。在測量完誤差數(shù)據(jù)后，需要對超出限定的誤差數(shù)值進(jìn)行調(diào)整[5]。

其次，要嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行操作，尤其在加強(qiáng)對砂漿錨桿和中空注漿錨桿的施工工藝管理，同時確保注漿方式的合理性。注漿時必須要對注漿速度、注漿量、砂漿飽和度、以及錨桿的質(zhì)量進(jìn)行全面控制，錨桿不允許存在彎曲、損壞、裂縫等質(zhì)量問題?；炷羾娚渫戤吅螅⒓窗惭b墊板，并對其具體位置進(jìn)行調(diào)整。在施工混凝土噴射項(xiàng)目動工前，需要對混凝土材料整體性能進(jìn)行詳細(xì)的檢測，確保其實(shí)際性能和質(zhì)量符合具體的施工要求。在混凝土噴射過程中，要嚴(yán)格控制隧道側(cè)壁和拱部的混凝土回彈率。在完成噴射混凝土施工工藝后，要對噴射質(zhì)量進(jìn)行檢查，一方面要對混凝土與隧道巖體的粘合度進(jìn)行檢查，另一方面對混凝土平整度進(jìn)行質(zhì)量檢查。如果發(fā)現(xiàn)噴射混凝土存在孔洞等質(zhì)量問題，需要對巖石基地進(jìn)行清潔處理，并進(jìn)行二次混凝土噴射。

第三，所有施工人員都要有強(qiáng)烈的施工責(zé)任意識，不允許在施工過程中出現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)性施工行為，一旦發(fā)現(xiàn)要立即采取相應(yīng)處理。在進(jìn)行超前支護(hù)時，應(yīng)當(dāng)做到“先預(yù)報(bào)、管超前、嚴(yán)注漿、強(qiáng)支護(hù)、勤量測”。在隧道開挖環(huán)節(jié)，必須要求施工人員做到“不多挖、不少挖”，這是保證施工質(zhì)量和施工安全性的重要原則。在項(xiàng)目動工前，施工單位應(yīng)當(dāng)在組織內(nèi)部展開全面的安全生產(chǎn)宣傳工作，要讓每個施工人員都能嚴(yán)格遵守施工現(xiàn)場的規(guī)章制度。在施工前需要對現(xiàn)場所有施工人員進(jìn)行安全教育，提升每個施工人員的安全生產(chǎn)意識。在斜井掌子面施工至貫通里程時，應(yīng)當(dāng)在進(jìn)斜井工區(qū)處拉上危險(xiǎn)警示標(biāo)志，嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入。

第四，要做好施工現(xiàn)場的自然環(huán)境保護(hù)工作，尤其要避免在非施工區(qū)域進(jìn)行開采，不允許對隧道施工現(xiàn)場的自然植被進(jìn)行破壞，針對現(xiàn)場灰塵大的問題，可以通過灑水的方式消除塵土。為了保證巖石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時控制施工噪聲,同一施工區(qū)域不允許存在多輛大型機(jī)械設(shè)備。

在高速鐵路長大隧道快速施工中，隧道進(jìn)口至斜井貫通很容易引起拱頂沉降，因此，必須要加強(qiáng)對其施工質(zhì)量管理。施工單位應(yīng)當(dāng)落實(shí)好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，強(qiáng)化各個環(huán)節(jié)的支護(hù)質(zhì)量，而且當(dāng)開展爆破與掘進(jìn)工作時，需要對隧道圍巖進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測，尤其要詳細(xì)掌握圍巖發(fā)生的變形變量。