高寒地區隧道深埋中心水溝施工工法

周歡歡

[摘要]目前我國已經建成的許多處于高緯度寒冷或嚴寒地區的隧道，由于滲漏水及凍脹造成的仰拱翻漿冒泥，襯砌開裂，底鼓甚至侵限等一系列病害，一直困擾著當地鐵路的運營安全并帶來了極大的負擔，同時設計有深埋中心水溝的地段施工進度也難以得到保證。本文參照哈爾濱至牡丹江客運專線工程鎮北隧道，結合實際，對深埋中心水溝施工工藝做簡單的闡述。

[關鍵詞]高寒;地區;隧道;深埋中心水溝;施工

文章編號：2095-4085（2019）03-0126-02

鎮北隧道地處黑龍江省尚志市一面坡鎮境內，全長1590m，屬于嚴寒地區，歷年最冷月份平均氣溫-19.4℃。按照設計，隧道中心水溝的設置如下，長度≤3.0km隧道全長及長度>3.0km隧道排水段洞口1.5km范圍（排水坡小于1.5km時為排水坡段范圍）設置深埋中心水溝，深埋中心水溝采用內徑800mm，壁厚120mm三級鋼筋混凝土預制管，排水面應位于凍結面以下。

基于以上情況，深埋中心水溝的施工將成為隧道防排水施工中的重點，尤其是軟弱圍巖，鐵建設[2010]120號文規定，IV，V級圍巖仰拱封閉成環位置距離掌子面不得大于35m。而嚴寒地區仰拱施工較其他地區多了一道深埋中心水溝的施工工序，因此深埋中心水溝的施工工藝是保證隧道防排水質量和施工進度的重中之重。

1工藝工法特點

1.1工效方面

由于深埋中心水溝處于仰拱下部，在施工時較普通保溫水溝多了開挖及支護的施工工序，因此在施工效率方面有所降低，這也是制約隧道整體進度和安全的關鍵因素，但IV，V圍巖仰拱及水溝采用后退式臺階法開挖，較傳統的開挖方式節省了至少一個開挖和支護循環時間，最大限度的提高了施工效率。在仰拱和中心水溝施做步驟上，先開挖中間中心水溝部分，待中心水溝施做完成之后再開挖兩側仰拱部分，由于每個管節預制長度為2m，一次開挖5～6m不會導致兩側下臺階拱腳懸空，可下管2～3節，有效的緩解了“仰拱一次開挖不得大于3m”帶來的進度影響，同時保證了安全。

1.2質量方面

在高緯度嚴寒地區采用深埋中心水溝，極大程度的減少了凍害的發生，為隧道整體防排水的質量提供了有力的保證。直徑80cm的混凝土管也便于后期的維護，一旦發生堵塞現象，可安排人工進行清理;采用后退式臺階法開挖也減少了爆破過程中對已施工完成的水管的破壞，降低了水管滲漏水的可能;此外，II，亞級圍巖中心水溝側壁設計沒有初期支護，對于超挖的部分需采用級配碎石回填，采用分層爆破的方式極大程度的減少了超挖的可能性，避免了后期“水囊”的形成。

1.3深埋中心水溝埋深較深

為了便于施工，在開挖時需三面放坡，另外為加快工序循環，深埋中心水溝的施做需超前仰拱一板，因此，按每板仰拱施做6m計算，普通8m～12m棧橋無法滿足施工要求，應配備長度不小于18m的仰拱棧橋。

2適用范圍

適用所有嚴寒地區設置深埋中心水溝的鐵路，公路隧道的施工。

3工藝原理

3.1深埋中心水溝設計情況

深埋中心水溝底距仰拱填充頂面4.35m，采用內徑80cm，壁厚12cm的三級鋼筋混凝土預制管，排水面位于凍結線以下，預制排水管采用企口剛性接頭形式，排水管下設混凝土管座，排水管接頭采用鋼絲網帶水泥砂漿抹帶接口，管座上部至仰拱底不小于20cm范圍內回填級配碎石包裹排水管，級配碎石外包土工布，上部澆筑一層保溫混凝土，厚度不小于20cm，最后采用聚氨酯保溫板覆蓋。

3.2檢查井設計情況

排水管每隔30m設置一處中心檢查井，檢查井最上部設一層結構受力蓋板。檢查井內設置上下兩層保溫浸油木蓋板。最外層蓋板與仰拱填充面平齊，采用10cm厚鋼筋混凝土蓋板，蓋板周圈外貼2cm厚橡膠條密封。檢查井內上、下兩層蓋板采用5cm厚浸油木蓋板，兩層蓋板之間按要求鋪設聚氨酯保溫材。

3.3施工要點

深埋中心水溝開挖受IV，V級圍巖開挖要求所限制（仰拱開挖每循環進尺不大于3m），我們采用先開挖中間中心水溝部分，待中心水溝施做完成之后再開挖兩側仰拱部分，I，級圍巖則影響相對較小，這里著重介紹IV，V級圍巖的深埋中心水溝施做。

深埋中心水溝施工時主要需要解決的就是開挖過程中安全質量和進度的問題，在開挖時預留兩側仰拱部分，先開挖中心水溝區域，按照實際圍巖情況放坡和設置臨時橫撐;石質圍巖時采用預裂爆破和松動爆破相結合，減少對周邊圍巖擾動，保證安全。采用此種開挖方式并未違背鐵建設[2010]120號文規定，同時也滿足了隧道施工“弱爆破”的原則。

4施工工藝流程及操作要點

4.1開挖步驟

深埋中心水溝開挖時分三個步驟，如圖1。

開挖方式主要以機械開挖為主，輔以弱爆破或松動爆破。開挖時要注意保護拱墻初支結構，如上圖所示，先開挖部位I，然后開挖部位II，最后開挖部位I。采用挖機配合自卸汽車出碴，出碴完成后，用全站儀對開挖深度及寬度進行復測，若存在欠挖應及時處理，測量無誤后方可進行水溝初支施工。

4.2開挖方案

中心水溝基礎斷面尺寸為底寬1.709cm，仰拱下深192cm，水溝頂寬2.477cm，水溝側璧邊坡坡度1：0.2。下臺階拱腳間距離為13.2m。深埋中心水溝開挖后隧道底部每邊剩余凈寬值：（13.2一2.477-2.32*0.5*2）/2=4.2m，可以看出只要開挖方案正確，水溝基礎開挖后保持邊坡穩定，并不會影響到兩側拱腳，而V級圍巖較為軟弱，可在水溝中間設置臨時橫撐，防止水溝壁坍塌影響兩側拱腳，具體設置間距根據設計仰拱拱架間距而定。開挖時宜采用后退式臺階法開挖，利用靠近仰拱方向作為臨空面。

4.3工藝流程及操作要點

（1）開挖方式先開挖正面圖中①部分，臺階高度為1m～1.2m，開挖斷面布孔形式如上圖所示。每個臺階間的距離可為2m～3m。第一層開挖臺階在其輪廓線上布置預裂炮眼，底層開挖可不設預裂炮眼。鉆孔角度為72°～80°，向臨空面方向傾斜;一次鉆孔深度為1.2m～1.5m，預裂炮眼間距為鉆孔直徑的10～12倍;主炮眼間距為60cm～70cm。開挖②部分時，炮眼布置同①，直至開挖完畢。

（2）裝藥量及裝藥結構預裂炮眼每孔藥量計算：按公式Q。=kd√a（g/m）計算。

其中k——巖石系數（堅硬巖取0.6，中硬巖取0.4～0.5，軟巖取0.3～0.4）該段取0.4。

炮眼底部0.5m范圍內的裝藥增加量一1，x裝藥長度。

爆破時采用導爆管簇聯起爆網絡，預裂孔比主炮孔導前50ms～100ms，主炮孔排間間隔為50ms～70ms。

（3）初期支護在開挖完成后應立即對水溝開挖面進行初期支護，按設計要求，V級圍巖需安裝鋼拱架并用C25噴射混凝土封閉，IV級圍巖僅需噴射C25混凝土，II，級圍巖無初期支護。初期支護厚度和正洞仰拱初期支護厚度一致。在拱架頂部與仰拱拱架相連接，形成整體。

（4）混凝土底座和混凝土預制管安裝在初期支護完成之后即可澆筑混凝土底座和安裝混凝土預制管，過程注意混凝土振搗和中線、高程的控制。

混凝土預制管安裝前整體外包土工布，管縫的處理是關鍵工序，由于管口采用的是企口剛性接頭，在實際操作過程中很難保證接頭完全密貼，因此管縫處理能夠起到將管節連成整體和防止滲漏水的作用，設計采用的是1：2.5水泥砂漿填縫+20cm寬1.5cm厚1：2.5水泥砂漿+18cm寬20#10mmx10mm鋼絲網+20cm寬1cm厚1：2.5水泥砂漿對管縫進行處理，并且錨入管座混凝土12cm。

（5）混凝土預制管頂面回填在混凝土管安裝完成之后即可回填級配碎石，回填頂面距離至仰拱初支以下不小于25cm，級配碎石回填時應分層夯實，每層厚度不得大于30cm，然后澆筑C20保溫混凝土至仰拱初支以下5cm，聚氨酯保溫板暫時先不安裝，待兩側仰拱開挖完畢之后，在仰拱初支施做之前安裝。

5質量控制

5.1嚴格控制開挖

在深埋中心水溝開挖時，應嚴格按照多打眼，少裝藥的方式進行爆破，把握每循環進尺，避免超挖過大和減少對周邊圍巖的擾動。

5.2及時支護

在開挖完成之后及時按照設計進行支護，避免圍巖暴露時間過長，并且在有水的情況下，保持基底少水或無水狀態。

5.3控制混凝土管線型和標高

混凝土管安裝時應嚴格按設計控制平面位置和標高，并且認真處理管縫等細節，保證排水暢通。

6效益分析

隧道深埋中心水溝采用此工法施工，采用較少的人工即可完成，對火工品，噴射混凝土，級配碎石等材料的超耗的到了極大的控制，同時，采用此方法大大的提高了工序循環速度，提高了隧道整體施工進度。

參考文獻：

[1]姚希磊.隧道深埋式中心水溝施工技術研究[J].鐵道建筑技術，2017，（06）：97-99，119.

[2]趙曉青.高速鐵路寒區隧道深埋中心水溝設置與施工技術研究[J].建筑知識，2017，37（4）：113-114.