武广客专某隧道综合施工技术.doc

xx客专xx隧道综合施工技术
1、工程概况
xx隧道位于xx省xx市境内，起讫里程DⅡK1560＋785～DⅡK1570＋900，全长10.115Km，是xx客运专线的重点控制性工程之一，也是我国第一条穿越水底及市区的大断面铁路隧道。
xx承担xx隧道出口（南端）DⅡK1565＋743～DⅡK1570＋900段施工任务，长度5157m。其中暗挖隧道3959m，明挖隧道1018m，洞外引道180m，辅助坑道有一斜井和一竖井（3#）。共分三个工区组织施工，分别为斜井、竖井、出口工区，各工区的任务划分如下图所示。
隧道设计为单洞双车道，断面总宽约14.8m、总高约12.7m，断面面积约160㎡，隧道出口位于R－9000m的左偏曲线上，其它地段均为直线，纵坡呈“V”字形，最大纵坡20‰，隧道纵坡最低处位于斜井与正洞交叉口位置。
隧道围岩主要为泥质砂岩，岩石破碎，强度低，整体性差。暗洞除过机场路56m为Ⅵ级围岩外，其它地段主要以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主，其中Ⅳ级围岩1350m，Ⅴ级围岩2050m。
2、工程特点及难点
2.1 工程特点

2.1.1 地质条件较差，埋深浅，施工难度大
隧道围岩岩性主要以泥质砂岩为主，中间夹有薄层石膏，岩石强度低，单轴抗压强度最大为5～8Mpa，且地下水丰富，遇水后极易软化成泥状，造成岩体失稳和边坡坍塌。暗挖段平均埋深49m左右，其中xx南岸埋深仅15～29m。明挖暗埋段最大开挖深度为20m，边坡稳定性一般。
2.1.2 施工风险大，安全管理难度大
xx为一通航河道，河水正常水深7m多，洪水季节可达到14m以上。xx隧道以19.1～23.8m较小埋深穿越xx河槽及黄花向斜构造，为我国第一座穿越河底的铁路隧道。地表水体丰富并略具承压性，洞内岩体破碎，开挖后易出现掌子面及后部洞身突涌水、坍塌，防灾救援方面具有很大难度，施工投入大，安全风险较高。
2.1.3 施工工艺新、标准高
xx隧道所采用的三大技术目前在国内均属于首次应用。其一是xx隧道“铣钻法”开挖技术，可最大限度地减小对围岩的扰动，在铁路建设史上是一个全新的技术。其二是全封闭防水，防水卷材采用EVA自粘式防水板，其理念主要体现在“皮肤式”防水思想及预铺后粘施工技术；其三是过河段采用全断面预加固技术，掌子面采用18m长的玻璃纤维锚杆，可有效加固隧道开挖前方的岩体，提高隧道施工安全度。
2.2 工程难点
2.2.1 下穿xx地段施工
隧道于DⅡK1568+666～DⅡK1569+028段下穿xx，共计362m，并与黄花向斜相连，施工过程中极易发生较大规模的突涌水及隧道坍塌、掌子面失稳等现象。
2.2.2 下穿机场高速公路地段施工
隧道于DⅡK1570+146～DⅡK1570+202段（56m）下穿机场高速公路，采用暗挖法施工。隧道基本位于第四系土层中，围岩级别为Ⅵ级，地质条件差，洞顶埋深浅（洞顶距高速公路路面仅8m），地表道路交通流量大，且路面总沉降量要求不超过2cm。
2.2.3 斜井下穿鱼塘段施工
斜井XDK0＋355～+389段下穿水塘（水塘为山沟沟口筑坝而成水库），长34m，水深约5.5m，埋深约12m（隧道拱顶至水底）。隧道埋深浅，上覆水塘富水体极易沿隧道围岩贯通裂隙产生渗水，从而造成岩体失稳产生坍塌。
2.2.4 下穿地表敏感建筑物和城区道路施工
隧道所穿越部分地段地面建筑物密集、道路较多。建筑物结构简易，以居民区和厂房为主，所穿越的道路大部分为城市主干道，交通流量大。在施工过程中，极易因隧道围岩变形或地下水渗漏引起地表沉降，导致建筑物破坏，甚至出现倒塌事故。
3、关键工序施工技术
3.1 超前支护
在超前支护措施方面，按照设计要求，Ⅳ级围岩采用φ25mm中空锚杆，Ⅴ级围岩一般地段采用φ42mm小导管进行超前支护。超前锚杆及小导管单根长度均为3.5m/根，布设范围为拱部140°内，环向间距40cm。隧道在浅埋及下穿xx地段设计采用φ108mm超前长管棚套打φ42mm小导管进行预支护，管棚长度18m，纵向搭接长度不小于6m，12m/环，环向间距40㎝，外插角≯12°；小导管长度3.5m，纵向搭接不小于1.0m，环向间距40㎝，外插角10°～20°。
3.1.1 设备配置
按照支护措施要求，通过对工效、经济性等各方面进行比较，在设备配置上根据不同的支护方式分别采用水平坑道钻机和C6钻机施作超前支护。水平坑道钻机主要施作超前锚杆、超前小导管；C6钻机主要施作超前管棚。
C6钻机主要性能参数表
序号
项 目
单 位
参 数
1
动力配置
kW
96
2
行走速度
km/h
2.2
3
机体运输尺寸
mm
7712×2250×2767
4
重量
T
12.7
5
动力头最大扭矩
kN·m
13.55
6
钻孔直径
mm
≤250
7
最大水平钻孔高度
mm
3702
8
单根钻杆长度
m
3
9
最大推进力
kN
35
3.1.2 管棚施工
管棚施作前，首先在掌子面位置处架设1榀I20a工字钢架作为导向架，采用锚杆进行固定，在钢架中心按照管棚环向间距开孔。然后在掌子面后方距导向架1.0m处再架设1榀I20a钢架，并与上一循环钢架联结固定。根据管棚施作位置，C6钻机就位以后，按照设计的外插角度进行钻孔。管棚施作完成后，在两榀钢架中间再增设1榀I20a工字钢架，以满足0.5m/榀的间距要求，并及时喷射砼封闭。
3.2 全断面预加固施工技术
xx隧道于DⅡK1568+666～DⅡK1569+028下穿xx河底，全长362m，为了确保过河段的施工安全，掌子面在开挖之前，首先打设Φ25mm玻璃纤维锚杆进行预加固。玻璃纤维锚杆长度18m，1.5m×1.5m梅花型布置，纵向搭接不小于6m，12m/环，外插角1°～3°。玻璃纤维锚杆的特点是既能保证掌子面稳定，又便于机械开挖，其抗拉强度是抗剪和抗扭强度的3～5倍。xx隧道采用掌子面预加固技术是基于前期“新意法”之上的一项全新技术，是根据目前我国隧道施工现状所提出的一种新的理念和技术，在xx隧道属于首次应用。通过对掌子面进行预加固以后，将隧道由多台阶转换为全断面或半断面开挖，同时也
可以加大开挖进尺，可以有效提高施工进度，同时也能够充分发挥大型设备功效，有利于实现机械化作业。
掌子面预加固施工流程主要为钻孔→锚杆安设→封口→注浆→退出设备→开挖，配置水平坑道钻机进行钻孔，孔径φ75mm。钻孔成型后，开始安设锚杆，锚杆单根长度为6～10m，中间采用连接器进行连接。注浆采用全孔后退式一次进行注浆，注浆材料为1：1水泥浆液。在锚杆施作完成3小时以后，开始安排进行掌子面开挖。通过预加固技术的实施，保证了掌子面的稳定，从而确保了过河段的安全顺利施工。
3.3 开挖
根据xx隧道围岩差、埋深浅、地表敏感建筑物多、以及下穿xx、渔塘等困难地段的特点，在开挖方式的选择上，采用了机械法与弱爆破法相结合的“铣钻法”施工技术，该技术目前在国内大断面铁路隧道属于首次应用。在开挖方法上，除下穿机场路段采用双侧壁导坑法施工外，其余Ⅳ级、Ⅴ级围岩均采用两台阶四部法施工。
铣挖法开挖：铣挖法主要用于岩体完整性较差的中硬岩地段，在岩石强度小于20Mpa以下时其功效较为明显。其主要特点是对围岩扰动小，超欠挖容易控制，安全性高。采用铣挖法施工的机械设备主要有两类，一类为装配式铣挖机，一类为整体式悬臂掘进机。目前，该两类设备在xx隧道均进行了使用。其中装配式铣挖机设备配置为ZAIS330挖掘机+ER1500-1S铣挖头；整体式铣挖机为EBZ160S型悬臂掘进机。
根据本隧道的实际情况，隧道斜井井身上半断面采用铣挖法开挖，下半断面采用弱爆破法开挖。铣挖法开挖时其开挖部位分为左右两侧，先开挖周边1.0m～1.5m宽范围，后开挖掌子面中心部位。由于断面修边困难，局部采用人工风镐修整。开挖出碴流水线作业，施工进度较快。开挖进尺1.5m～2.0m，月施工进度可以达到60m左右。

铣挖法（悬臂掘进机）工艺流程图

掌子面降水

按预先设计好的断面铣挖
修整轮廓线、人工局部处理
退出保养
场地清理
喷水除尘、出碴
移位并按设计断面铣挖
悬臂掘进机就位

施工准备（高压电缆、输水管线安装）
施工机械设备配套及选型
开挖断面参数设计
核定断面尺寸

弱爆破法开挖：隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖方式采用弱爆破法，弱爆破主要体现在两个方面，一个是炸药单耗小（每立方的炸药用量）、一个是一次起炮药量少。具体结果就是将爆破振动速度和对围岩的扰动控制在合理范围以内，以确保围岩的稳定和地表建筑物的安全。
由于xx隧道围岩岩性为泥质砂岩，岩石完整性较差，强度低，且埋深浅，地表建筑物密集，对爆破参数的选定非常重要。通过现场多次优化比选，在爆破方式上主要采用的是以斜眼楔形掏槽的光面爆破，按照“密打眼、少装药、分段爆”的原则进行布眼和联线，周边眼的眼距控制在35cm左右。周边眼采用导爆索进行爆破；其它辅助眼、底板眼采用导爆管进行爆破，按照由内到外的爆破顺序通过采用不同段别，实现分层、分段爆破，装药结构采用空气柱状装药。
通过对爆破参数的认真比选，隧道达到了光面爆破的效果。爆破后断面圆顺、齐整；同时炸药单耗控制在了0.5kg/m3左右，一次最大起爆药量控制在10kg以内。通过实地监测，爆破振动速度为2.8cm/s，远小于规范所规定的小于10cm/s的要求。

在开挖方法上，隧道开挖共分为四个部分完成（如下图）。第一步：开挖上台阶（①部），考虑断面总体高度、机械正常操作空间等因素，将上台阶高度控制在6.5m左右，长度控制在35～45m。第二步：开挖下台阶左侧（②部），开挖到边墙钢架底部，台阶高度为3.8m，在线路右侧修临时便道，下台阶左侧完成10～15m时停止施工，将便道改至左侧，开始下台阶右侧施工。第三步：下台阶完成20m时，开始仰拱施工（④部），仰拱采用12m临时栈桥，全幅开挖、浇注，仰拱与下台阶距离20m～30m。
3.4 衬砌施工技术
xx隧道暗洞及明挖DⅡK1569+650～DⅡK1570+146段（共4459m）设计为拱形结构衬砌，明挖DⅡK1570+202～+720段（共518m）设计为矩形结构衬砌，明挖DⅡK1570+720～+900段（共180m）设计为U形敞口结构衬砌。
隧道正洞暗挖地段及明挖DⅡK1569+650～DⅡK1570+146段（共4459m）采用10.2m
长的液压模板台车组织施工；机场路以南明挖暗埋段（518m）矩形结构采用模板台架和满堂支架进行衬砌施工；U形结构（180m）采用支架配合大模板进行衬砌施工。
衬砌砼采用拌合站集中拌合，砼输送车运输，泵送砼入模，模板台车、台架由厂家加工，台车长度为10.2m，模板台架长度为8m。捣固采用模板台车上附着式振动器及插入式振捣器联合振捣。模板台车顶部按要求每组留2个注浆孔。
隧道衬砌按照“先仰拱、后拱墙”的顺序组织施工，仰拱采用简易栈桥进行整体浇注，拱墙混凝土利用10.2m长的液压模板台车施工。隧道衬砌采用C40防水钢筋砼，衬砌在施工前，先铺设全圆防水层，然后施作仰拱及仰拱填充，仰拱施工长度每10m一组。为了保证洞内运输畅通，施作仰拱时在其上面搭设12m的钢栈桥。
明挖段衬砌结构形式分为矩形和U形，结构形式如下图：
4、隧道防排水技术
xx隧道设计为防水型衬砌和排水型衬砌，防水型衬砌采用“以防为主，多道设防”、排水型衬砌采用“以防为主，防排结合”的原则进行防排水施工，达到防水可靠，经济合理，不留后患的目的。隧道防水由初期支护注浆堵水、全封闭柔性卷材防水层、止水条、止水带和二次衬砌结构自防水等组成。
xx隧道DⅡK1565＋743～DⅡK1567＋097（1354m）、斜井XDK0＋000～+300、疏散通道设计采用排水型衬砌结构,其余所有辅助坑道及正洞均采用全包型防水衬砌，防水等级要求达到《地下工程防水技术规范》规定的一级，衬砌表面无湿渍。防水板采用自粘式防水板，该防水板可与现浇混凝土直接粘贴，防止地下水在防水板与二次
衬砌之间漫流，其设计理念主要体现在“皮肤式”防水思想及预铺反粘施工技术。
铺设防水板前，先检查隧道初期支护的渗漏水情况，对有渗漏水的初支表面采取注浆管注浆或化学注浆方式进行处理，在初支表面无湿渍的情况下方可进行防水板铺设作业，隧道全环铺设防水板。防水板铺设采用专用台车进行，超前二次衬砌10～15m施工。铺设前进行精确放样，弹出标准线进行试铺后确定防水板一环的尺寸，尽量减少接头。防水板卷材的搭接采用双缝焊接，每幅防水板边预留15cm的EVA胎基，此范围内取消焊接面的土工布及粘结层，保留迎水侧的土工布或粘接层及背水侧的粘接层，以便现场焊接。防水板两侧预留EVA胎基15㎝，采用爬焊机先进行环向接缝焊接（焊机型号为TH-501）；焊机温度控制在380℃左右，爬行速度为2.5～3.0m/min。环向接缝焊接结束后，再进行纵向焊接，纵向EVA胎基预留宽度为15㎝。在环、纵向接缝焊接完以后，再采用35㎝宽双面自粘式防水板贴条对焊缝位置进行封闭。
5、超前地质预报和监控量测
超前地质预报:施工前采用综合地质预报方法探明开挖面前方的地质水文情况。首先，采用长、短距离（地质雷达、TSP）的综合超前地质预报的方法，对隧道前方进行详细的地质探测。采用钻机（竖井工区采用XY-1型水平地质钻机、出口工区采用C6管棚钻机）进行取芯验证，探明前方围岩岩性、强度、岩体完整程度、水文地质特征等，钻孔数量不少于3个，位于两
侧拱腰，钻孔长度不小于50m，钻孔搭接长度不小于10m。同时采用红外线探水仪对掌子面前方10～20m范围内地下水进行探测，验明前方富水情况，搭接不小于5m。每循环开挖后及时进行掌子面地质素描，详细记录超前支护、预加固钻孔中反映的地质信息。
监控量测:在隧道施工过程中，对围岩支护体系的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，是确保施工及结构运营安全、指导施工程序、便利施工管理的重要手段。
监控量测分洞内、洞外地表相应进行，洞内和洞外地表的监测点必须在同一里程上。量测必须及时布点测得初始值，其中洞外地表量测须在开挖面前方2B（B为隧道宽度）以上距离开始布点、量测；洞内净空收敛、拱顶下沉量测要在初喷混凝土后或在每次开挖后12小时内（最迟不超过24小时）取得初读数，且在下一循环开挖前必须完成；已衬砌地段的二衬要在衬砌脱模后24小时内进行设点，并进行初始读数。通过对洞内和地表的沉降量分析，准确掌握隧道围岩变化情况。
6、结束语
xx隧道围岩地质条件差、施工难度大，在施工过程中采用新材料、新工艺、新设备、新技术较多，许多技术目前在国内属于首次使用，无成功经验可以借鉴。为此，通过对关键技术的不断总结，进一步提高对隧道施工的理念，同时为以后类似的工程积累宝贵的经验。