高铁隧道进口段无爆破进洞施工方法探究.pdf

46 建筑机械SURVEYING专题论述高铁隧道进口段无爆破进洞施工方法探究曹升亮，赵礽晔（中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710064）摘要高铁隧道进口段地层稳定性对于高铁的运行具有重要的作用。文章分析了目前我国在建高铁隧道无爆破进洞的施工方案，结合隧道进口段地质地形条件，重点阐述了“无开挖”进洞基本思路，通过强支护和预支护的运用，降低高铁隧道洞口地层的开挖，保证高铁隧道的施工安全。关键词高铁隧道；施工；支护；无爆破中图分类号U45 文献标识码B 文章编号1001-554X（2023）09-0046-04Study on construction method of non-blasting tunnel entry in the entrance section of high-speed railway tunnelCAO Sheng-liang，ZHAO Reng-ye隧道工程中进口段是建设过程中具有重要影响的一环，一般而言，隧道进口地质情况较差，以风化破碎岩石为主。隧道工程中进洞施工方案的选择对于坡体稳定有很多影响。一般的进洞施工方法是先进行边坡和仰坡的防护并进行开挖，当达到稳定地层后选择进洞。此种施工方法对于进口段边坡的稳定极为不利，同时也破坏了生态环境。随着我国基础建设的投资加大，近些年来我国修建了大量的高速铁路。特别是在山区修建高铁时，为了能保证不降低车速，当遇到山丘阻拦时就需要修建隧道。高铁隧道通常修建为单洞双线，隧道断面大。因而在进口段时，要特别注意进口岩层的稳定。为了能最大限度的保护山体自然形态，一种更加环保且安全的无爆破零开挖施工理念逐渐地得到广泛 应用。成联艾结合实际隧道工程，通过现场勘查洞口的地形地质条件，选择无爆破的零开挖进洞施工方案，保证了隧道进洞安全，同时确保了进口植被的完整1。张战友等以南磜隧道为工程背景，讨论了零开挖进洞施工的可行性，并对具体施工方案进行了论述，证明了在该工程上采用零开挖施工技术进洞的可靠性2。何小波通过数值分析手段，分析了大栗坡隧道在抗滑桩影响下，滑坡体隧道中隧道采用零开挖进洞施工技术中明洞的力学变化，为现场施工提供了理论指导3。对于公路隧道的建设，采取更为环保的零开挖进洞方式，能够更好地保护生态环境。结合进口的工程地质条件，可适当延长暗挖段从而减少刷坡方量4。李世安等针对铜黄高速马家隧道的修建，提出了超前支护与进口合理开挖的方式，总结了零开挖的施工方法，对于此类工程具有借鉴意义5。以上有较多的学者在隧道工程的建设中，提出了隧道进口零开挖的施工理念，相关结论对于实际工程均有一定的指导意义。基于此，本文结合高铁隧道的工程特点，以高铁隧道进口段采取无爆破的零开挖施工为研究对象，总结高铁隧道零开挖的施工方法，以期对实际工程具有一定的借鉴价值。1 高铁隧道进洞施工方法分析高铁隧道进洞施工在隧道修建过程中是极其重要的，目前隧道进洞施工大体上可以分为有开挖进洞和无开挖进洞两种。1.1 有开挖进洞施工方案分析所谓有开挖进洞施工方案是指在隧道进口段 DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.09.002收稿日期2023-02-16通讯地址曹升亮，陕西省西安市高新区科技四路205号CONSTRUCTION MACHINERY 472023/09总第571期施工时，为了能够进入暗挖段采取刷坡等方式进洞，一般涉及到对边仰坡的开挖。在进行边坡和仰坡的施工之前，应当修建截水天沟，防止地表水进入到隧道工程范围内。明洞的开挖要先判断围岩情况，设置的截水天沟要保证在仰坡和边坡一定范围之外，通常510m即可。进口的施工要牢记边挖边支护的原则进行。二次开挖后应当紧随着进行边坡的防护，边坡防护可以采取喷射混凝土加钢筋网或者修建抗滑桩等方式进行，以保证进口岩层的稳定性。进口施工工艺流程如图1所示。施工准备测量定位截水天沟施工岩体判定硬岩软岩或土方爆破开挖机械开挖边仰坡防护仰拱充填施工洞门施工准备钢筋加工制作测量隧道中线混凝土配合比设计钢筋运输衬砌台车就位混凝土拌制钢筋绑扎混凝土运输固定外模边仰坡固定浇筑混凝土拆模养护图1 有开挖进口施工工艺流程1.2 无开挖进洞施工方案分析无开挖隧道进洞施工方案是指隧道进洞施工过程中对坡体不进行大刷大挖，同时保持坡体表面植被。该施工方法一般是通过加强超前支护，如进口开挖前进行超前导管以及套拱等支护，在不进行开挖边仰坡的基础上进行隧道进洞施工。其施工方法能较好的保持坡体原样，从而达到不扰动坡体的目的。无开挖进口施工工艺流程如图2所示。施工准备套拱挖槽确定进洞位置架设套拱钢架锁脚导管施工套拱混凝土施工超前支护施工隧道洞身开挖图2 无开挖进口施工工艺流程2 无爆破进洞施工方法2.1 确定进口位置无爆破进洞施工方案中最为关键的环节在于选取合理的进洞位置，结合路线走向、进口岩层工程特性以及水文条件等，按照隧道行车的控制点进行坐标放样。在选择好隧道进口位置后，设置截水天沟，同时将排水系统布置好。图3为开挖隧道截水天沟。图3 开挖截水天沟2.2 施工套拱（1）基础施工。拱脚基础的施工应在套拱两侧拱脚基坑开挖后，拱脚基础采用混凝土现场浇筑，标号可选择C25，按照规范选择合适的基础厚度。为了能保证后续施工，基础浇筑厚度要满足要求，可选择1m。套拱施工时，选择I18型号的工字钢，其中每48 建筑机械SURVEYING专题论述榀间距为50100cm之间。工字钢的制作应在现场按照图纸要求加工而成。（2）导向管施工。导向管在安设时，需确保导向管的安设定位准确，主要包括导向管的位置与角度。导向管材质为无缝钢管，外插角度选择2左右为宜。为了固定导向管，防止混凝土浇筑时外溢，应在拱架与导向管之间采取一定的连接手段。图4为钢管与导向管连接示意图。图4 隧道洞口导向管与钢管连接图（3）锁脚小导管施工。锁脚小导管的设置目的在于稳固套拱与边墙的连接。锁脚小导管一般采用直径42mm的钢管制作而成。同时锁脚小导管应对称布置，在完成锚杆安装后立即注浆。2.3 套拱模板与混凝土施工套拱模板的安装，其施工顺序在导向管施工完毕后进行。侧向模板以及外模板可以选用钢模板以节约造价，内膜的安设与外模安设时要注意接缝的处理。可采用方木进行前期模板的支撑，应该注意在浇筑混凝土之前涂刷脱模剂。模板安设完成并检查后首次浇筑一层混凝土，厚度不宜过大，浇筑完成后需保证浇筑的不间断性。待全部浇筑完成后进行养护处理，当混凝土达到设计要求后进行 拆模。2.4 超前管棚（1）钻孔与管棚钢管安装。超前管棚在隧道进洞施工时起到了稳定岩层的直接作用。因此选择机械钻孔时，可利用预留核心土作为支撑平台，钻孔孔径120mm。在钻孔时，要随时控制钻杆的钻进方向，不能出现钻机移位。钻孔完成后，架设管棚钢管之前，应检查孔的成孔情况，当达到要求后方可进行一步插管施工。钢管采用100150mm的无缝钢管，并在接头处错位搭接。（2）掌子面封闭与管棚注浆。为了能够增加掌子面的稳定性，在管棚注浆之前应进行挂网喷混凝土封闭岩面，喷射厚度为10cm。孔口和钢管的缝隙进行封堵。本步骤的关键在于注浆的饱满程度，因此应在管棚钢管处安设泄压阀。在进行注浆时，若出现地表冒浆现象，应立即停机处理。注浆材料可以选择纯水泥浆或者化学浆。2.5 洞身开挖进口工程措施准备完毕后，进行隧道洞身的开挖工作。一般可以选择CD法、双侧壁导坑法或者环向开挖预留核心土等方法进行正洞洞室的开挖。下面以三台阶预留核心土法为例，说明隧道进洞洞身的开挖过程：（1）环向开挖预留核心土法是隧道进洞施工中常用的一种施工方法，其对于稳定岩层具有较好作用，核心土能给抵御掌子面的推力。在开挖时，应结合钢拱架与喷射混凝土支护来确定合理安全的开挖进尺。每步台阶开挖进尺不宜超过1m，喷射混凝土应该与钢筋网配合使用，同时贯彻“强支护，短进尺”的施工原则。（2）两侧中部台阶开挖高度不宜超过隧道开挖总高度的1/2，同时两侧台阶开挖应错开23m。岩体开挖后，应立即进行挂网喷射混凝土，喷射混凝土为初喷+复喷，初喷厚度为5cm 左右。（3）两侧下台阶开挖，与步骤（2）流程一致，需要注意的是，左右台阶也应当错开23m。（4）对于核心土的开挖，应该在两侧台阶开挖支护完成后，按照由上至下的开挖顺序进行。核心土开挖长度可根据地质情况进行调整，一般取35m，开挖宽度为隧道开挖宽度的1/31/2。（5）隧道仰拱的开挖，可采用栈桥的施工方法。仰拱开挖后，应立即连接钢拱架，以形成封闭的受力结构，同时仰拱混凝土浇筑时要一次浇筑成CONSTRUCTION MACHINERY 492023/09总第571期型。图5为隧道进洞环向开挖预留核心土法施工实际图。图5 隧道进洞开挖实际图3 隧道无爆破进洞过程控制分析为了保证高铁隧道无爆破进洞施工的顺利进行，保证隧道进洞施工质量，在施工之前应当采取一定过程控制手段。3.1 进洞施工准备工作（1）地质勘察。隧道进洞施工之前，需要对工程所在处的地质情况进行勘察。此阶段是为了查明隧道实际地质情况与图纸所示是否一致，若差别过大应进行 调整。（2）施工机械。施工机械要结合工程特点与地质情况事先进场。实际施工表明，只有合适的机械才能更加高效地进行隧道进洞开挖工作。3.2 防排水系统地下水或地表水对于隧道进洞成败有着至关重要的影响。因此在隧道施工进洞前，需修建符合排水要求的防排水系统，如排水天沟、集水坑等。防水材料采用防水卷材，同时合理设置排水盲沟，以保证在雨季施工或出现较大地下水时顺畅排水。因而在隧道进洞施工时，应严格采取以下措施：对于浇筑天沟的混凝土进行质量控制，以保证排水天沟能起到排水作用。针对引入管与排水沟的接口位置，要保证其可靠的密封性。3.3 裂缝和铺装层脱落隧道支护中混凝土或其他支护材料起裂缝或铺装层脱落是较为常见的问题。一旦发生这两种问题，对于工程整体质量将产生严重的影响。裂缝的产生有客观因素的影响，如温度、湿度，也有主观因素，如混凝土振捣不足以及预应力不足等。在隧道施工中，要善于利用先进的检测仪器对施工质量进行检测。例如，地质雷达检测技术用来检测隧道衬砌厚度、回填密实程度以及衬砌中的裂缝。3.4 采用先进的施工管理技术无爆破进洞施工理念需结合先进的施工技术方可发挥其最大作用。提高其施工技术，还需要提高施工管理水平，并针对施工过程的问题，采取针对性的改进。隧道工程由于其施工特点不同于地面结构，因此在实际施工时应加强施工技术人员的理论水平培训。4 结论本文以高铁隧道进口段进洞施工为研究对象，分析了隧道无爆破零开挖进洞的施工方案，从施工步骤、施工理念、支护手段等，阐述了无开挖进洞的基本施工方法，并提出了无爆破零开挖进洞的过程控制措施。本文的相关研究结论对于在建的高铁隧道进洞施工方案具有一定的参考价值。参考文献1成联艾.隧道“零开挖”进洞工艺及洞口前置式洞门施工技术J.交通世界，2022（30）：16-18+51.2张战友，李彬.南磜隧道“零开挖”进洞成套施工技术及应用J.低碳世界，2020，10（06）：189+192.3何小波.滑坡体中隧道零开挖进洞施工技术研究J.中国水运（下半月），2015，15（05）：202-204.4水平层状岩体隧道零开挖进洞施工技术C.中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会.中国土木工程学会第十五届年会暨隧道及地下工程分会第十七届年会论文集，2012.5李世安，王传任.浅埋偏压隧道零开挖进洞施工技术J.科学之友，2012（17）：67-69.