京張高鐵八達(dá)嶺長(zhǎng)城站施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

李常青

（北京中鐵誠(chéng)業(yè)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，北京 100070）

京張高鐵八達(dá)嶺長(zhǎng)城站位于新八達(dá)嶺隧道內(nèi)，是目前國(guó)內(nèi)埋深最大的高速鐵路地下車站，采用三層三縱的群洞結(jié)構(gòu)，豎直方向分為上、中、下3層，分別為“出站通道及設(shè)備層”、“進(jìn)站通道層”和“站臺(tái)層”。站臺(tái)層分為左、中、右3個(gè)分離的洞室，分別為“左到發(fā)線及站臺(tái)”、“正線”、“右到發(fā)線及站臺(tái)”。因?yàn)檐囌緦哟味啵词覕?shù)量多，洞型復(fù)雜，所以，建造過(guò)程中應(yīng)用了一系列新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備。

1 新技術(shù)應(yīng)用

1.1 BIM技術(shù)的應(yīng)用

運(yùn)用基于BIM+GIS的三維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整體隧道進(jìn)度把控，施組智能管理，并將拌和站、試驗(yàn)室、圍巖量測(cè)、隱蔽工程驗(yàn)收、檢驗(yàn)批等質(zhì)量安全信息關(guān)聯(lián)查詢，將抽象平縱斷面圖建成立體的三維圖形，直觀反映結(jié)構(gòu)形式及組成，既能簡(jiǎn)潔的表達(dá)方案編制的情況及交底培訓(xùn)的內(nèi)容，又能反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度及相關(guān)工程數(shù)量，便于施工管理[1]。

1.2 精準(zhǔn)微損傷控制爆破技術(shù)

該工程采用了電子雷管減振爆破技術(shù)，通過(guò)使用電子雷管精細(xì)化分段進(jìn)行控制爆破，實(shí)現(xiàn)高精度起爆時(shí)序控制，實(shí)施逐孔起爆，以最大限度地降低爆破振動(dòng)，將爆破振速降至允許范圍內(nèi)，消除了工程建設(shè)對(duì)文物和環(huán)境的不利影響，克服了施工爆破對(duì)相鄰洞室圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)和國(guó)家文物的影響[2-3]。

1.3 “天佑智隧”地質(zhì)預(yù)報(bào)分析技術(shù)的應(yīng)用

利用地質(zhì)素描、隧道地震勘探（Tunnel Seismic Prediction，簡(jiǎn)稱TSP）、地質(zhì)雷達(dá)、地質(zhì)鉆孔、數(shù)碼成像等綜合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)手段，查明工程地質(zhì)條件的情況下，采用“天佑智隧”系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用高清攝像機(jī)拍攝掌子面圖片，上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，通過(guò)結(jié)構(gòu)面識(shí)別分析節(jié)理、裂隙等，再通過(guò)修正審核后出具相應(yīng)的地質(zhì)素描報(bào)告，同時(shí)經(jīng)過(guò)三維重新構(gòu)建圍巖，可精確判斷前面圍巖的發(fā)育情況，對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工有較好的效果。

1.4 信息化監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

采用全站儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)圍巖變形，利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)分析變形信息，及時(shí)將變形信息自動(dòng)發(fā)布給參建各方，根據(jù)變形情況采取針對(duì)性措施，實(shí)現(xiàn)了隧道圍巖變形的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和全覆蓋管理，確保施工安全。

1.5 “整體抽出式、局部壓入式”的綜合通風(fēng)技術(shù)

地面到設(shè)備層設(shè)置了4個(gè)直徑為5.8 m、深度53 m的通風(fēng)豎井，設(shè)備層到站臺(tái)層分別對(duì)稱設(shè)置了14個(gè)深度12.5 m的通風(fēng)豎井，前期采用壓入式通風(fēng)模式，后期利用通風(fēng)豎井實(shí)現(xiàn)巷道式通風(fēng)，形成了“整體抽出式、局部壓入式”的綜合通風(fēng)模式，使站臺(tái)層、進(jìn)出站層、設(shè)備層相互通風(fēng)，有效減少粉塵和有害氣體，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。

1.6 曝氣生物濾池技術(shù)的應(yīng)用

曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，簡(jiǎn)稱 BAF）是近年新開(kāi)發(fā)的污水生物處理技術(shù)，是一種集生物吸附、生物氧化、固液分離于一體的高效污水處理設(shè)備。研究采用曝氣生物濾池（BAF）污水處理設(shè)備進(jìn)行污水處理，即采用混凝沉淀+曝氣生物濾池及活性炭吸附過(guò)濾的方案，利用生物濾池活性炭工藝，絮凝沉淀、曝氣生物濾池（BAF）、活性炭吸附等有效解決了八達(dá)嶺風(fēng)景旅游區(qū)污水排放達(dá)標(biāo)問(wèn)題。

2 新材料應(yīng)用

2.1 高強(qiáng)快凝硫鋁酸鹽水泥漿液的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力錨索注漿材料采用了硫鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥漿屬于單液漿，凝結(jié)時(shí)間較短，配置方便，一次性完成，能在注漿完成后1 d達(dá)到設(shè)計(jì)的張拉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)快速?gòu)埨哪康?，大幅提高施工效率，操作過(guò)程簡(jiǎn)單實(shí)用。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨索

新八達(dá)嶺隧道大跨過(guò)渡段支護(hù)結(jié)構(gòu)采用了預(yù)應(yīng)力錨索，錨索同時(shí)具有圍壓作用，提高隧道的圍巖承載能力。為了增加錨索與混凝土漿液的握裹力，錨固段每隔1.0 m在每根鋼絞線上安裝錨固結(jié)。

2.3 新型防水材料的應(yīng)用

新八達(dá)嶺隧道進(jìn)口采用新型自黏式防排水一體化技術(shù)，該種防水材料的防水板表面為凹凸?fàn)?，將凹凸式防水板采用自黏帶固定黏接在無(wú)紡布上，減少了因平時(shí)防水板超聲波焊接工藝不成熟導(dǎo)致防水板焊穿的現(xiàn)象，凹凸式防水板在收集隧道散狀出水處較常用的環(huán)向排水盲管，有更明顯的導(dǎo)排優(yōu)勢(shì)，有效提高防排水體系施工的便捷性和可靠性。

2.4 長(zhǎng)壽命耐久性混凝土的應(yīng)用

試驗(yàn)使用長(zhǎng)壽命耐久性混凝土，主要從材料措施、配合比優(yōu)化、澆筑措施、養(yǎng)護(hù)措施及監(jiān)測(cè)措施5個(gè)方面全方位提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，通過(guò)與普通混凝土試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，長(zhǎng)壽命耐久性混凝土有效控制水化熱，減少了混凝土內(nèi)外溫差，降低結(jié)構(gòu)開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

3 新工藝應(yīng)用

3.1 大跨過(guò)渡段“品”字型開(kāi)挖工法的應(yīng)用

“品”字形工法是以“頂洞超前、分層下挖、核心預(yù)留，重點(diǎn)鎖定”的新型開(kāi)挖施工技術(shù)，按照橫、豎向均勻分布的原則，將隧道超大斷面劃分為4層11步（圖1）。該方法支護(hù)體系由超前支護(hù)、格柵鋼架以及噴射混凝土、預(yù)應(yīng)力錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索4部分組成，承擔(dān)全部圍巖荷載。其中，預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索是該工法的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→頂洞超前施工→兩側(cè)邊洞開(kāi)挖→分層下挖、預(yù)留核心土→開(kāi)挖核心土→開(kāi)挖仰拱→填充仰拱、隧底→施做二襯。

3.1.2 施工要點(diǎn)

3.1.2.1 頂洞超前開(kāi)挖

頂洞超前開(kāi)挖，以探明隧道前方地質(zhì)情況，從而為②、③部反饋地質(zhì)信息，達(dá)到快速動(dòng)態(tài)施工的目的。具體施工流程分為5步。1）施做頂洞超前支護(hù)。2）依據(jù)“少擾動(dòng)”圍巖的原則，采取弱爆破方式開(kāi)挖①部頂洞，同時(shí)每循環(huán)進(jìn)尺1次，掌子面噴5 cm厚混凝土封閉。3）按照設(shè)計(jì)方案施作①部頂洞周邊的初期支護(hù)，即初噴5 cm厚混凝土，拱部架設(shè)鋼架，邊墻施做鋼筋肋。4）①部頂洞拱部按照設(shè)計(jì)厚度要求噴射第2次混凝土，覆蓋格柵鋼架，并標(biāo)記普通錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索位置。5）施做①部頂洞拱部藥卷錨桿及邊墻玻璃纖維錨桿。6）①部頂洞開(kāi)挖至30 mm～50 mm時(shí)，施做預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索，并張拉至設(shè)計(jì)拉力，監(jiān)測(cè)張拉應(yīng)力穩(wěn)定后進(jìn)行注漿鎖定。7）施做①部頂洞拱部第3次噴混凝土（鋼筋網(wǎng)），復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，覆蓋預(yù)應(yīng)力錨桿端頭、預(yù)應(yīng)力錨索端頭錨具。

3.1.2.2 兩側(cè)邊洞開(kāi)挖

具體施工流程有8個(gè)。1）在①部開(kāi)挖30 m后，施做②部和③部拱部超前支護(hù)。2）弱爆破施工②部和③部，③部滯后②部施工30 m。3）分步施作②部周邊的初期支護(hù)，即初噴5 cm厚混凝土，架設(shè)鋼架與拱部鋼架相接，施做鎖腳錨管。4）②部導(dǎo)坑拱部按照設(shè)計(jì)厚度要求噴射第2次混凝土，覆蓋格柵鋼架，并標(biāo)記普通錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索位置。5）施做②部拱部藥卷錨桿。6）滯后掌子面30 m，施做預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索，并張拉至設(shè)計(jì)拉力，監(jiān)測(cè)張拉應(yīng)力穩(wěn)定后進(jìn)行注漿鎖定。7）施做②部頂洞拱部第3次噴混凝土（鋼筋網(wǎng)），復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，覆蓋預(yù)應(yīng)力錨桿端頭、預(yù)應(yīng)力錨索端頭錨具。 8）③部施工工序及要求同②部。

3.1.2.3 分層下挖、預(yù)留核心土

具體施工流程包括9個(gè)步驟。1）在②部、③部初期支護(hù)完成（錨桿、錨索體系完成）30 m后，分別施做④部和⑤部拱部超前支護(hù)。2）弱爆破施工④部和⑤部，分別滯后已完成的②部、③部初期支護(hù)體系30 m，并在滯后于④部一段距離后，弱爆破開(kāi)挖⑤部。3）分步施作④部周邊的初期支護(hù)，即初噴5 cm厚混凝土，架設(shè)鋼架與拱部鋼架相接，并施做鎖腳錨管。4）④部導(dǎo)坑邊墻按照設(shè)計(jì)厚度要求噴射第2次混凝土，覆蓋格柵鋼架，并標(biāo)記普通錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索位置。5）施做④部邊墻藥卷錨桿。6）滯后掌子面30 m，施做預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索，并張拉至設(shè)計(jì)拉力，監(jiān)測(cè)張拉應(yīng)力穩(wěn)定后進(jìn)行注漿鎖定。7）施做④部邊墻拱部第三次噴混凝土（鋼筋網(wǎng)），復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，覆蓋預(yù)應(yīng)力錨桿端頭、預(yù)應(yīng)力錨索端頭錨具。 8）⑤部施工工序及要求同④部，預(yù)留中臺(tái)階核心土。9）在④部、⑤部初期支護(hù)完成（錨桿、錨索體系完成）30 m后，分別施做下臺(tái)階⑥部和⑦部拱部超前支護(hù)。⑥部施工工序及要求同④部，⑦部施工工序及要求同⑤部，并預(yù)留核心土。

圖1 超大斷面隧道“品”字形施工工法示意圖

3.1.2.4 開(kāi)挖核心土

具體施工流程如下：滯后⑥部、⑦部30 m，開(kāi)挖中臺(tái)階⑧部核心土，錯(cuò)開(kāi)10 m后，開(kāi)挖下臺(tái)階⑨部核心土。

3.1.2.5 開(kāi)挖仰拱

仰拱分2次開(kāi)挖，即： ⑩、?部開(kāi)挖。

3.1.2.6 澆筑Ⅰ部仰拱及隧底填充

仰拱、隧底填充應(yīng)該分次施工。

3.1.2.7 施作二襯

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂后，利用襯砌模板臺(tái)車一次性澆筑 Ⅱ 部襯砌（拱墻襯砌一次施作）。

3.2 帶模注漿成套工藝的應(yīng)用

合理布置澆筑窗口，對(duì)襯砌臺(tái)車加裝料斗與滑槽，實(shí)現(xiàn)混凝土分窗入模澆筑，襯砌臺(tái)車端頭采用L形模板，保證止水帶安裝居中及順直，確保施工縫的防水質(zhì)量；在襯砌臺(tái)車上預(yù)埋徑向注漿管，二襯混凝土澆筑完畢后，在未脫模狀態(tài)下及時(shí)通過(guò)注漿管進(jìn)行注漿，填充拱頂脫空區(qū)，漿液與襯砌混凝土良好結(jié)合，形成一個(gè)完整的受力整體。

3.3 長(zhǎng)大隧道二襯混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)合國(guó)內(nèi)外隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用一套有效的長(zhǎng)大隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)體系。該套養(yǎng)護(hù)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：1）智能化養(yǎng)護(hù)臺(tái)車彌補(bǔ)了以往養(yǎng)護(hù)臺(tái)車的不足，可以設(shè)定養(yǎng)護(hù)溫度曲線，自動(dòng)控制養(yǎng)護(hù)溫度。襯砌養(yǎng)護(hù)臺(tái)車自動(dòng)化程度高，減小人工操作的難度，提高襯砌混凝土的施工質(zhì)量。隧道養(yǎng)護(hù)臺(tái)車輕便、靈活、可靠，可隨時(shí)移動(dòng)，不影響其他施工車輛通行。2）自黏式保濕養(yǎng)護(hù)膜具有良好的吸水和保水能力，在鋪設(shè)時(shí)使自黏式保濕養(yǎng)護(hù)膜吸足水分，則可以保證隧道襯砌表面長(zhǎng)期濕潤(rùn)，防止產(chǎn)生干縮裂縫。3）自行式噴淋養(yǎng)護(hù)車具有輕便、操作簡(jiǎn)單靈活、噴霧效果好、適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，可以作為養(yǎng)護(hù)臺(tái)車和保濕養(yǎng)護(hù)膜的補(bǔ)充，對(duì)襯砌混凝土重點(diǎn)部位進(jìn)行噴霧補(bǔ)濕。噴淋養(yǎng)護(hù)必須對(duì)隧道壁面進(jìn)行柔和噴灑，避免水流對(duì)隧道壁面產(chǎn)生較大沖擊；噴灑用水的溫度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境調(diào)整，避免水溫與混凝土表面溫差過(guò)大，產(chǎn)生裂紋，確保養(yǎng)護(hù)效果。

3.4 充氣式帆布保溫技術(shù)

防止混凝土芯部溫度與表面溫度、表面溫度與環(huán)境溫度之差大于15℃，從而造成混凝土溫差開(kāi)裂，采用充氣式帆布密貼的方式進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，解決了混凝土表面與環(huán)境間的溫差。

3.5 鍍高爾凡覆聚酰胺有機(jī)涂層綠色加筋格賓邊坡綠化技術(shù)

因新八達(dá)嶺隧道進(jìn)口洞門兩側(cè)邊坡為巖石，恢復(fù)綠化比較困難，所以設(shè)置了鍍高爾凡覆聚酰胺有機(jī)涂層綠色加筋格賓結(jié)構(gòu)，同時(shí)面墻采用高性能生態(tài)基材進(jìn)行噴播綠化，在綠色加筋賓格結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置種植槽進(jìn)行綠化。且有效解決了石質(zhì)邊坡無(wú)法綠化的問(wèn)題。

4 新設(shè)備應(yīng)用

4.1 大型機(jī)械及養(yǎng)護(hù)設(shè)備

配置了Boomer XE3C全電腦三臂鑿巖臺(tái)車、三臂拱架安裝臺(tái)車、HT150錨索鉆孔機(jī)、CYTJ45錨桿鉆孔機(jī)、混凝土噴射機(jī)械手、帶橫向銑頭的進(jìn)口PC220-8全液壓挖機(jī)、美國(guó)卡特966H大型側(cè)卸裝載機(jī)、防水板自動(dòng)鋪設(shè)臺(tái)車、自行式仰拱棧橋、混凝土養(yǎng)護(hù)噴淋車等成套隧道施工設(shè)備，創(chuàng)造了良好的施工環(huán)境，實(shí)現(xiàn)安全快速施工。

4.2 大跨度可調(diào)式液壓襯砌臺(tái)車的應(yīng)用

大跨度可調(diào)式液壓襯砌臺(tái)車的使用，實(shí)現(xiàn)了凈空跨度從17.6 m→22.5 m→25.82 m→29.16 m→30.82 m的襯砌混凝土施工，節(jié)約了臺(tái)車改裝或重復(fù)拼裝、拆卸臺(tái)車的費(fèi)用，解決了傳統(tǒng)臺(tái)車只能澆筑固定凈空斷面混凝土的問(wèn)題。

4.3 襯砌混凝土振搗集中控制設(shè)備的應(yīng)用

襯砌臺(tái)車平板振動(dòng)器采用集中控制，將襯砌臺(tái)車上的48個(gè)附著式振搗器連接到1個(gè)集中控制平臺(tái)，對(duì)每個(gè)振搗器進(jìn)行編號(hào)，操作每個(gè)振搗器的開(kāi)關(guān)，控制相應(yīng)部位混凝土的振搗，該設(shè)備使用后不但便于操作，而且利于控制振搗部位、時(shí)間和頻次。

4.4 A3000降塵除塵設(shè)備的應(yīng)用

采用某公司生產(chǎn)的XA3000降塵設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)降塵。XA3000降塵設(shè)備采用特有的風(fēng)幕隔絕技術(shù)，能有效控制粉塵擴(kuò)散，處理后的空氣粉塵含量可低至0.1 mg/m3，并可凈化PM2.5。

5 結(jié)論

八達(dá)嶺長(zhǎng)城站是我國(guó)采用礦山法修建的首座地下火車站，建造過(guò)程中存在埋深及提升高度大、疏散救援困難、環(huán)保要求嚴(yán)格、兩端過(guò)渡段隧道跨度大，地質(zhì)條件復(fù)雜、群洞布局?jǐn)嗝婧凸ぷ髅娑嘁约斑\(yùn)輸困難等諸多關(guān)鍵技術(shù)難題。且在國(guó)內(nèi)外無(wú)建成實(shí)例可供參考，參建各方開(kāi)展了科研技術(shù)攻關(guān)，成功攻克了八達(dá)嶺長(zhǎng)城站建設(shè)中遇到的技術(shù)難題，形成了一套地下車站綜合修建技術(shù)。