京張高鐵八達嶺長城站施工關鍵技術應用

李常青

（北京中鐵誠業(yè)工程建設監(jiān)理有限公司，北京 100070）

京張高鐵八達嶺長城站位于新八達嶺隧道內(nèi)，是目前國內(nèi)埋深最大的高速鐵路地下車站，采用三層三縱的群洞結構，豎直方向分為上、中、下3層，分別為“出站通道及設備層”、“進站通道層”和“站臺層”。站臺層分為左、中、右3個分離的洞室，分別為“左到發(fā)線及站臺”、“正線”、“右到發(fā)線及站臺”。因為車站層次多，洞室數(shù)量多，洞型復雜，所以，建造過程中應用了一系列新技術、新材料、新工藝、新設備。

1 新技術應用

1.1 BIM技術的應用

運用基于BIM+GIS的三維管理平臺，實現(xiàn)整體隧道進度把控，施組智能管理，并將拌和站、試驗室、圍巖量測、隱蔽工程驗收、檢驗批等質(zhì)量安全信息關聯(lián)查詢，將抽象平縱斷面圖建成立體的三維圖形，直觀反映結構形式及組成，既能簡潔的表達方案編制的情況及交底培訓的內(nèi)容，又能反應現(xiàn)場施工進度及相關工程數(shù)量，便于施工管理[1]。

1.2 精準微損傷控制爆破技術

該工程采用了電子雷管減振爆破技術，通過使用電子雷管精細化分段進行控制爆破，實現(xiàn)高精度起爆時序控制，實施逐孔起爆，以最大限度地降低爆破振動，將爆破振速降至允許范圍內(nèi)，消除了工程建設對文物和環(huán)境的不利影響，克服了施工爆破對相鄰洞室圍巖及支護結構和國家文物的影響[2-3]。

1.3 “天佑智隧”地質(zhì)預報分析技術的應用

利用地質(zhì)素描、隧道地震勘探（Tunnel Seismic Prediction，簡稱TSP）、地質(zhì)雷達、地質(zhì)鉆孔、數(shù)碼成像等綜合預測預報手段，查明工程地質(zhì)條件的情況下，采用“天佑智隧”系統(tǒng)，通過現(xiàn)場使用高清攝像機拍攝掌子面圖片，上傳至網(wǎng)絡平臺，通過結構面識別分析節(jié)理、裂隙等，再通過修正審核后出具相應的地質(zhì)素描報告，同時經(jīng)過三維重新構建圍巖，可精確判斷前面圍巖的發(fā)育情況，對指導現(xiàn)場施工有較好的效果。

1.4 信息化監(jiān)控量測技術

采用全站儀自動監(jiān)測圍巖變形，利用藍牙技術實時傳輸數(shù)據(jù)，并通過計算機分析變形信息，及時將變形信息自動發(fā)布給參建各方，根據(jù)變形情況采取針對性措施，實現(xiàn)了隧道圍巖變形的自動化監(jiān)測和全覆蓋管理，確保施工安全。

1.5 “整體抽出式、局部壓入式”的綜合通風技術

地面到設備層設置了4個直徑為5.8 m、深度53 m的通風豎井，設備層到站臺層分別對稱設置了14個深度12.5 m的通風豎井，前期采用壓入式通風模式，后期利用通風豎井實現(xiàn)巷道式通風，形成了“整體抽出式、局部壓入式”的綜合通風模式，使站臺層、進出站層、設備層相互通風，有效減少粉塵和有害氣體，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。

1.6 曝氣生物濾池技術的應用

曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，簡稱 BAF）是近年新開發(fā)的污水生物處理技術，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備。研究采用曝氣生物濾池（BAF）污水處理設備進行污水處理，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嶺風景旅游區(qū)污水排放達標問題。

2 新材料應用

2.1 高強快凝硫鋁酸鹽水泥漿液的應用

預應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，凝結時間較短，配置方便，一次性完成，能在注漿完成后1 d達到設計的張拉強度，實現(xiàn)快速張拉的目的，大幅提高施工效率，操作過程簡單實用。

2.2 預應力錨索

新八達嶺隧道大跨過渡段支護結構采用了預應力錨索，錨索同時具有圍壓作用，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。

2.3 新型防水材料的應用

新八達嶺隧道進口采用新型自黏式防排水一體化技術，該種防水材料的防水板表面為凹凸狀，將凹凸式防水板采用自黏帶固定黏接在無紡布上，減少了因平時防水板超聲波焊接工藝不成熟導致防水板焊穿的現(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，有更明顯的導排優(yōu)勢，有效提高防排水體系施工的便捷性和可靠性。

2.4 長壽命耐久性混凝土的應用

試驗使用長壽命耐久性混凝土，主要從材料措施、配合比優(yōu)化、澆筑措施、養(yǎng)護措施及監(jiān)測措施5個方面全方位提高混凝土結構的耐久性，通過與普通混凝土試驗檢測數(shù)據(jù)對比顯示，長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，降低結構開裂風險。

3 新工藝應用

3.1 大跨過渡段“品”字型開挖工法的應用

“品”字形工法是以“頂洞超前、分層下挖、核心預留，重點鎖定”的新型開挖施工技術，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）。該方法支護體系由超前支護、格柵鋼架以及噴射混凝土、預應力錨桿和預應力錨索4部分組成，承擔全部圍巖荷載。其中，預應力錨桿、預應力錨索是該工法的關鍵技術。

3.1.1 施工工藝流程

施工準備→頂洞超前施工→兩側邊洞開挖→分層下挖、預留核心土→開挖核心土→開挖仰拱→填充仰拱、隧底→施做二襯。

3.1.2 施工要點

3.1.2.1 頂洞超前開挖

頂洞超前開挖，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，達到快速動態(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。2）依據(jù)“少擾動”圍巖的原則，采取弱爆破方式開挖①部頂洞，同時每循環(huán)進尺1次，掌子面噴5 cm厚混凝土封閉。3）按照設計方案施作①部頂洞周邊的初期支護，即初噴5 cm厚混凝土，拱部架設鋼架，邊墻施做鋼筋肋。4）①部頂洞拱部按照設計厚度要求噴射第2次混凝土，覆蓋格柵鋼架，并標記普通錨桿、預應力錨桿、預應力錨索位置。5）施做①部頂洞拱部藥卷錨桿及邊墻玻璃纖維錨桿。6）①部頂洞開挖至30 mm～50 mm時，施做預應力錨桿、預應力錨索，并張拉至設計拉力，監(jiān)測張拉應力穩(wěn)定后進行注漿鎖定。7）施做①部頂洞拱部第3次噴混凝土（鋼筋網(wǎng)），復噴至設計厚度，覆蓋預應力錨桿端頭、預應力錨索端頭錨具。

3.1.2.2 兩側邊洞開挖

具體施工流程有8個。1）在①部開挖30 m后，施做②部和③部拱部超前支護。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，即初噴5 cm厚混凝土，架設鋼架與拱部鋼架相接，施做鎖腳錨管。4）②部導坑拱部按照設計厚度要求噴射第2次混凝土，覆蓋格柵鋼架，并標記普通錨桿、預應力錨桿、預應力錨索位置。5）施做②部拱部藥卷錨桿。6）滯后掌子面30 m，施做預應力錨桿、預應力錨索，并張拉至設計拉力，監(jiān)測張拉應力穩(wěn)定后進行注漿鎖定。7）施做②部頂洞拱部第3次噴混凝土（鋼筋網(wǎng)），復噴至設計厚度，覆蓋預應力錨桿端頭、預應力錨索端頭錨具。 8）③部施工工序及要求同②部。

3.1.2.3 分層下挖、預留核心土

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

具體施工流程如下：滯后⑥部、⑦部30 m，開挖中臺階⑧部核心土，錯開10 m后，開挖下臺階⑨部核心土。

3.1.2.5 開挖仰拱

仰拱分2次開挖，即： ⑩、?部開挖。

3.1.2.6 澆筑Ⅰ部仰拱及隧底填充

仰拱、隧底填充應該分次施工。

3.1.2.7 施作二襯

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

3.2 帶模注漿成套工藝的應用

合理布置澆筑窗口，對襯砌臺車加裝料斗與滑槽，實現(xiàn)混凝土分窗入模澆筑，襯砌臺車端頭采用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；在襯砌臺車上預埋徑向注漿管，二襯混凝土澆筑完畢后，在未脫模狀態(tài)下及時通過注漿管進行注漿，填充拱頂脫空區(qū)，漿液與襯砌混凝土良好結合，形成一個完整的受力整體。

3.3 長大隧道二襯混凝土養(yǎng)護技術的應用

結合國內(nèi)外隧道養(yǎng)護技術的發(fā)展，應用一套有效的長大隧道養(yǎng)護技術體系。該套養(yǎng)護技術具有以下特點：1）智能化養(yǎng)護臺車彌補了以往養(yǎng)護臺車的不足，可以設定養(yǎng)護溫度曲線，自動控制養(yǎng)護溫度。襯砌養(yǎng)護臺車自動化程度高，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)護臺車輕便、靈活、可靠，可隨時移動，不影響其他施工車輛通行。2）自黏式保濕養(yǎng)護膜具有良好的吸水和保水能力，在鋪設時使自黏式保濕養(yǎng)護膜吸足水分，則可以保證隧道襯砌表面長期濕潤，防止產(chǎn)生干縮裂縫。3）自行式噴淋養(yǎng)護車具有輕便、操作簡單靈活、噴霧效果好、適應性較強等特點，可以作為養(yǎng)護臺車和保濕養(yǎng)護膜的補充，對襯砌混凝土重點部位進行噴霧補濕。噴淋養(yǎng)護必須對隧道壁面進行柔和噴灑，避免水流對隧道壁面產(chǎn)生較大沖擊；噴灑用水的溫度可根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境調(diào)整，避免水溫與混凝土表面溫差過大，產(chǎn)生裂紋，確保養(yǎng)護效果。

3.4 充氣式帆布保溫技術

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裂，采用充氣式帆布密貼的方式進行溫度調(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涂層綠色加筋格賓邊坡綠化技術

因新八達嶺隧道進口洞門兩側邊坡為巖石，恢復綠化比較困難，所以設置了鍍高爾凡覆聚酰胺有機涂層綠色加筋格賓結構，同時面墻采用高性能生態(tài)基材進行噴播綠化，在綠色加筋賓格結構頂部設置種植槽進行綠化。且有效解決了石質(zhì)邊坡無法綠化的問題。

4 新設備應用

4.1 大型機械及養(yǎng)護設備

配置了Boomer XE3C全電腦三臂鑿巖臺車、三臂拱架安裝臺車、HT150錨索鉆孔機、CYTJ45錨桿鉆孔機、混凝土噴射機械手、帶橫向銑頭的進口PC220-8全液壓挖機、美國卡特966H大型側卸裝載機、防水板自動鋪設臺車、自行式仰拱棧橋、混凝土養(yǎng)護噴淋車等成套隧道施工設備，創(chuàng)造了良好的施工環(huán)境，實現(xiàn)安全快速施工。

4.2 大跨度可調(diào)式液壓襯砌臺車的應用

大跨度可調(diào)式液壓襯砌臺車的使用，實現(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)約了臺車改裝或重復拼裝、拆卸臺車的費用，解決了傳統(tǒng)臺車只能澆筑固定凈空斷面混凝土的問題。

4.3 襯砌混凝土振搗集中控制設備的應用

襯砌臺車平板振動器采用集中控制，將襯砌臺車上的48個附著式振搗器連接到1個集中控制平臺，對每個振搗器進行編號，操作每個振搗器的開關，控制相應部位混凝土的振搗，該設備使用后不但便于操作，而且利于控制振搗部位、時間和頻次。

4.4 A3000降塵除塵設備的應用

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

5 結論

八達嶺長城站是我國采用礦山法修建的首座地下火車站，建造過程中存在埋深及提升高度大、疏散救援困難、環(huán)保要求嚴格、兩端過渡段隧道跨度大，地質(zhì)條件復雜、群洞布局斷面和工作面多以及運輸困難等諸多關鍵技術難題。且在國內(nèi)外無建成實例可供參考，參建各方開展了科研技術攻關，成功攻克了八達嶺長城站建設中遇到的技術難題，形成了一套地下車站綜合修建技術。