高速鐵路隧道施工技術難點
——以大山坡隧道施工為例

孫 達

(中國鐵建大橋工程局集團有限公司,哈爾濱 150000)

0 引言

某高速鐵路全長36.41 km,為了加快施工進度,解決施工通風問題,需結合地形、地質條件在線路前進方向左側設置2號橫洞。橫洞中線與左線線路中線相交,與線路大里程端平面交角呈115°,橫洞長366 m,設計為單面下坡,坡度依次為3‰(30 m)、50‰(336 m)。橫洞采用無軌單車道I型襯砌運輸,內凈空尺寸為5 m(寬)×6 m(高),錯車道采用無軌雙車道運輸,內凈空尺寸為7.5 m(寬)×6.2 m(高)。坑底高程比軌面高程低1.5 m。

隧道邊仰坡開挖及支護、管棚、技術交底已編制并向施工隊下發。完成導線點加密、水準點加密及復測。現場按照施工圖將洞門及邊仰坡位置精確放出,開挖輪廓線放樣基本完成。完成混凝土配合比、進場原材料、鋼筋、砂石料、水泥及水質試驗。

組織人員再次檢測洞口段地形地貌,詳細調查洞口情況,包括洞口地形、植被分布、征地拆遷等,判斷這些因素是否會對隧道施工產生影響。對邊仰坡周圍山體穩定情況進行檢查,將松散、不穩定土體及周邊落石全部清除,及時排查周邊的陷穴、人為坑道,在頂部設置復合隔水層,減少地表水下滲現象。查看洞口地表是否有露出的泉眼及地下水分布情況對圍巖產生的影響。機械進入現場前,及時排查隧道周邊的裂縫,采取有效對策加強處理。對出進洞控制樁進行測放,按照規范完成邊、仰坡開挖邊線及成洞面里程等測量放樣。

進洞施工工藝流程包括施工方案涉及的分部分項工程,如圖1所示:

圖1 施工工藝流程Fig.1 Construction technology process

1 截水天溝施工

1)設計要求。截水天溝采用Ⅲ型溝,對地面自然坡度緩于1∶2,開挖邊坡為1∶1～1∶1.5,適用于地質較差情況。

2)設計參數。流水面寬度40 cm,砼厚度30 cm,兩側高度根據實際情況決定,基底增設5 cm厚水泥砂漿墊層,如圖2所示。

圖2 Ⅲ型截水天溝示意圖Fig.2 Schematic diagram of cut-off trench of Ⅲ type

3)施工方法。進洞施工前開展截水天溝施工,現場測量人員以設計圖紙為基礎,對邊坡開挖線進行放樣。里程及開挖線確定后,在距離開挖線5～10 m段結合實際地形設置一條截水天溝。在基底增設5 cm厚水泥砂漿墊層,截水溝溝底縱坡不小于2‰,引入自然溝渠或涵洞,如果受到地形條件的限制而需排入側溝時,需設置急流槽,再按照截水天溝流量對下游側溝截面尺寸做出相應調整。

4)驗收標準如表1所示。

表1 截水溝尺寸允許偏差及檢驗方法Tab.1 Allowable deviation of ditch cut size and inspection method

2 洞口及邊仰坡開挖施工

1)開挖原則。大山坡隧道(2號橫洞)仰坡較陡,臨空面不大。洞口開挖應以現場實際為準,將影響施工的地表草木植被等地面植物清除,根據設計圖紙的坡度實施施工測量,確保將邊、仰坡開挖輪廓線精確測出。進行開挖作業,用挖掘機對砂土、殘坡積砂質黏性土等直接開挖,由坡頂開始,進行自上而下的刷坡,用裝載機裝土,汽車運輸。坡面上的浮泥、虛碴要清理徹底,把坡面凹凸不平的地方修整好。邊、仰坡開挖時將30 cm整修層預留出來,利用人工刷坡并及時夯實整平成型,以免產生超挖現象。

2)施工方法。在套拱位置掏槽開挖,預留核心土。洞口邊、仰坡開挖施工必須結合設計圖要求放出中線和開挖邊線,采取放坡開挖,對坡率進行嚴格控制,開挖后及時進行防護施工,有效利用多種支護措施,如骨架護坡、擋頭墻、錨桿框架梁護坡等。開挖面上的松碴和其他雜物清除后,采用挖掘機配合人工開展自上而下的開挖。為了使邊坡穩定、平順,要盡可能避免超欠挖和對邊坡的過大擾動。隧道邊仰坡未開挖前,可布置隧道洞頂地表沉降觀測,這樣有利于順利獲得全位移曲線。

3 洞口管棚施工

1)管棚設計要求。鋼管規格:熱軋無縫鋼管Φ89 mm,壁厚8 mm,2號橫洞管棚長度25 m。外插角8°～10°為宜,按照實際情況做出適當調整。管距:40 cm的環向間距。鋼管施工誤差:徑向不大于20 cm,相鄰鋼管之間環向不大于5 cm。

2) 施工方法。長管棚施工采用頂進施工法,完成洞口開挖后,及時施作管棚導向墻及導向鋼管,導向管角度為1°～3°。確保長管棚鉆眼精度,避免向隧道開挖線或相鄰管相交處侵入,滿足管距、傾角、鋼管施工誤差設計要求。管棚施作前,完成施工支架搭設測量放樣及管棚編號工作。暗洞開挖前,完成長管棚超前支護。按設計位置施工,控制好鉆機立軸方向,按自上而下的順序施工。

頂入所有鋼管后,合理利用高壓風清除管內泥砂,再用液壓注漿機向管棚注漿,工藝流程見圖3。

圖3 管棚施作工藝流程Fig.3 Pipe shed application process

管棚施工:開展導向墻和導向管施工,導向墻鋼拱架采用I18型鋼拱架,有400 mm間距,用C20混凝土澆注鋼拱架及導向孔口管外部,混凝土貼近洞口開挖面。導向管的外傾角度與管棚Φ89 mm鋼管的外傾角度一致。鉆孔施工使用管棚鉆機,因孔深不斷增大,還需控制回轉扭矩、沖擊功率及推力。

注漿作業:在鋼花管上鉆注漿孔,要求有15～20 cm的孔間距,孔徑在10～16 mm,布置時呈現梅花形,尾部應將長度不小于1.5 m的不鉆孔止漿段留出。水泥單漿液(水灰比0.5∶1～0.8∶1)作為注漿材料,注漿壓力在0.5～1.0 Mpa。結束注漿后,在開挖輪廓線范圍內打設檢查孔,檢查注漿效果,再用M10水泥砂漿封堵注漿檢查孔。

3)施工注意事項。長管棚為超前預支護,該環節應在隧道暗洞開挖前完成。按照設計位置開展管棚施工,準確定位管棚鉆機,使其具備鉆深孔的能力,多方位鉆孔。當鉆進地層易于鉆進成孔時,可先鉆孔后插管。如果遇到復雜的地質狀況,發生砂卵石、巖堆漂石或破碎底層不易成孔的情況,應采用跟管鉆進工藝。導向墻施工開始前,做好洞口段排水系統,施工時對導向墻環向外側土體開挖,內側土體不挖,利用其支撐導向墻。由下至上注漿,注漿量和注漿壓力應由大到小,漿液先稀后濃。發生串漿時,可采用分漿砌多孔注漿或將串漿孔堵塞,實現隔孔注漿。注漿壓力突然升高時,應停機對其產生原因進行分析。當水泥漿有很大的進漿量、壓力不變時,需對漿的濃度及配合比做出調整,縮短凝膠時間,采取間歇式注漿或小流量低壓力注漿方法。嚴格按照隧道加寬要求,及時調整管棚施做位置。完成管棚施工后,向暗洞開挖,由于洞口段所處的地段為淺埋地段且地質非常薄弱,會出現坍塌等不穩定情況,因此初期必須要增強支護。

4 施工技術難點及控制

大山坡隧道(2號橫洞)全長7 033 m,全隧分為雙線合修普通段(5 144 m)+分修左右線段(669 m/680.997 m)+雙線大跨度段(1 220 m)。其中雙線大跨段開挖斷面有很大寬度,施工技術難度很大。該標段有較大施工風險,被列為Ⅱ級風險隧道,穿越可溶巖與非可溶巖接觸帶、圍巖落石、順層偏壓、緩傾巖層段、巖堆、有害氣體等不良地質發育,有極高的施工涌水突泥和塌方風險,對控制施工質量造成了影響。隧道出口處有倒懸崖存在,邊仰坡坡面有危巖體存在,洞口下方有既有道路,影響施工安全。

雙線大跨度段采用臺階法施工、臺階法加臨時橫撐施工及CD法與雙側壁導坑法,使臺階法與分部開挖工法之間加強銜接,合理確定臺階長度與高度、分部開挖導坑寬度及前后工作面間距。其余段落開挖采取Ⅲ、Ⅳ級圍巖臺階法,Ⅴ級圍巖一般地段采用臺階法、臺階法加臨時橫撐,輔助坑道施工采用臺階法或全斷面法。隧道巖溶發育,要加強超前地質預報和探孔,充分做好洞內排水規劃,以設計和施工要求為基礎,全面做好巖溶段的治理和應急預案。嚴格遵循“快開挖、快支護、快封閉”的理念及“優化輪廓、主動加固、分級控制、強化支護”的基本原則。洞口施工前要調查上方危巖落石,采取清除、嵌補、支頂、錨固等措施處理,對爆破施工加強控制,減少飛石對既有道路的影響,將6m高、120m長的雙層防護排架安置于道路靠近洞口側。