長大鐵路隧道施工質量控制關鍵技術

范瑞明

（中鐵十二局集團第二工程有限公司 太原 030032）

1 工程背景

京沈鐵路客運專線遼寧段遼西隧道位于遼寧凌源市境內，隧道起訖里程DK298+975～DK312+180，全長13 205 m，隧道巖體為單斜構造，局部褶曲發育，巖體節理裂隙較發育，施工組織難度較大，屬極高風險隧道。施工中共設置3個斜井，一號斜井長415 m、二號斜井長425 m、三號斜井長295 m。隧道進口至DK301+745.05位于半徑為8 000 m的左偏曲線上，DK301+745.05至出口位于直線上。隧道進口至 DK302+000內縱坡為 15.39‰的下坡，DK302+000～DK307+000內縱坡為 12‰的下坡，DK307+000～DK312+000內縱坡為4‰的下坡，DK312+000至出口縱坡為平坡。

隧道巖體為單斜構造，局部褶曲發育，巖體節理裂隙較發育，地下水埋藏較淺，發生突水、突泥的可能性較大；隧道最大埋深為263 m，巖性為脆性硬質安山巖、砂巖等，施工中巖爆的可能性較大。隧道進、出口淺埋地段，容易產生坍塌冒頂、引起地表沉陷或邊坡滑坍，危及施工人員及設備安全。隧道長，通風、運輸難度大。

2 開挖控制技術

2.1 開挖工法選擇

隧道開挖工法的選擇應根據環境條件、圍巖工程地質條件、隧道長度、斷面大小、埋置深度、支護條件、施工條件、機械設備能力、工期要求、工程量、施工安全及經濟性等因素綜合確定。采取的開挖方法原則上在確保安全條件下，應從簡單到復雜，盡量減少開挖步驟。施工中必須進行監控量測和超前預報，根據量測數據和預報判定圍巖條件及時調整開挖工法。現場施工應嚴格執行設計工法，如需調整，應履行變更程序，不得擅自更改。

2.2 控制爆破技術

根據地質條件、開挖斷面、開挖工法、循環進尺、爆破器材及環境要求等進行爆破設計，正常情況下采用光面爆破、特殊條件下采用預裂爆破，光面爆破適時使用水壓爆破，水壓爆破具有優點有：（1）可提高光面爆破效果；（2）破渣塊小，塊度均勻，提高出渣效率；（3）振動速度降低，減少對周邊圍巖擾動；（4）改善洞內作業環境，水壓爆破掌子面的霧化效果明顯，縮短了通風時間；（5）提高炸藥利用率，降低炸藥使用量，節約成本。遼西隧道采用水壓爆破不僅提高了效率，而且改善了作業環境，爆破效果如圖1所示。

圖1 隧道水壓爆破效果

2.3 超前地質預報技術

超前地質預報在隧道施工中起著至關重要的作用，具體表現為：（1）為設計支護參數的合理變更提供必要的依據，動態化施工；（2）及時了解隧道圍巖存在的地質情況，對軟弱巖層進行預加固，降低安全風險。

3 支護控制技術

3.1 噴射混凝土技術

噴射混凝土采用濕噴工藝。噴射混凝土施工控制技術為：（1）濕噴機械手和小型濕噴機相結合；（2）規范施工工藝，分片、分層噴射；（3）嚴控原材料，速凝劑對混凝土性能影響尤為重要；（4）注意細節，加強質量控制，確保表面平整度，過程中人工鏟除明顯凸出部位混凝土，回彈料及時清理。

3.2 鎖腳技術

軟弱圍巖段，除按常規設置鎖腳錨管外，增設加強大鎖腳，大鎖腳采用Φ89 mm×5 mm無縫鋼管，對抑制圍巖的沉降和收斂起到了明顯效果。

大鎖腳施工管控要點：（1）控制大鎖腳角度，鉆進過程中不斷糾正；（2）加強鎖腳與鋼架的連接，采用20 mm厚鋼板割孔與鋼架焊接牢固；（3）確保注漿效果。

3.3 超前支護技術

遼西隧道三號斜井正洞地質條件較差，穿越斷層破碎帶、巖層走向與隧道小角度相交，巖性復雜，巖體破碎，巖石及結構面強度低，地下水發育，斷層及影響帶與巖性（組）界面組合形成蠕滑變形；洞身穿越淺埋段，覆蓋層14～20 m，兩側村民房屋較多，分布多眼水井，對地層沉降和失水控制要求較高。施工中采取了多種超前預加固措施，主要有超前中管棚、超前大管棚、超前周邊注漿和地表注漿。

超前支護施工管控要點：（1）根據注漿要求、加固目的、地層特點及作業空間限制，對鉆孔及注漿設備進行選型配置，對注漿方案的適用性及經濟性進行比選；（2）根據注漿工藝及要求，選擇專業性隊伍；（3）基于加固地層及地下水的不確定性，必須總結各項參數的適用性及加固效果，隨時動態調整注漿參數；（4）加強施工組織，嚴格工序管理，形成平行流水作業體系，確保各個工序銜接，保證注漿效果及質量，達到注漿目的；（5）詳細做好各項施工記錄，留取過程中影像資料，為后期施工作為指導；（6）制定詳細應急措施，針對突發情況即刻啟動應急預案，保證施工安全。

4 防排水設施施工控制技術

4.1 防水板施工控制技術

防水板施工質量控制要點：（1）基面處理檢查達標；（2）熱熔墊圈固定前放樣；（3）防水板機械鋪掛；（4）防水板超聲波焊機固定。

4.2 盲管施工控制技術

盲管施工質量控制要點：（1）環向盲管采用卡、帶固定，固定間距不超過50 cm；（2）環、縱向盲管接長采用直接，深入部分外纏生膠帶，外包土工布并用鋼絲纏繞；（3）滲水段環向盲管加密設置；（4）嚴控縱向盲管、維護管、導水管坡度；（5）通水試驗驗證排水效果。

這在世界文物考古發掘史上。都是絕無僅有的。這個奇觀說明，地處發掘地的漢江流域古老文明，歷經悠悠，一脈長流，五千年從未斷絕。

4.3 止水帶施工控制技術

（1）仰拱環向止水帶L形鋼模固定；（2）仰拱縱向止水帶卡具加緊線器固定；（3）襯砌中埋式止水帶L形鋼模固定；（4）止水帶熱熔焊機連接；（5）嚴控止水帶鋼筋卡安裝，避免澆筑混凝土過程中出現彎折，保證埋置深度；（6）根據襯砌類型定尺止水帶長度，保證環縱向搭接，避免浪費；（7）仰拱開挖時接頭位置預留20 cm人工開挖，做好成品保護。

4.4 徑向止水注漿施工控制技術

（1）鉆孔位置必須精確放樣，鉆孔過程中糾偏；（2）注漿順序按由下到上，由少水處到多水處、隔孔跳排，全孔一次注漿；（3）注漿過程中，初始階段壓力較低，注入量增大，正常階段壓力和注入量呈小的波浪式起伏狀態，但總的比較平穩，壓密注滿階段注入量迅速遞減而壓力迅速升高，在注漿中根據設計注漿量和壓力按照上述規律進行控制；（4）做好注漿效果檢查，達到注漿目的；（5）注漿期間洞內要加強監測，現場配備應急搶險物資。

4.5 保溫中心水溝施工控制技術

保溫中心水溝施工嚴格執行七區段（測量修正清理驗收區段、防水保溫材料鋪設及鋼筋綁扎區段、保溫槽底板及側壁砼澆筑區段、排水管安裝區段、排水管基座砼澆筑區段、弧形保溫板及加強鋼筋安裝區段、上部砼澆筑養護區段），形成流水作業，提高施工效率。

施工優化措施：（1）雙層弧形保溫板定尺制作，合并為一，加強其整體性；（2）加強橫向導水管與三極管的連接，三極管據實割孔安裝；（3）加強排水措施，每組仰拱環向施工縫均增設一道φ50透水盲管，中心溝底部兩側各增設一道縱向φ50透水盲管，環縱向盲管三通連接，縱向盲管檢查井處引出；（4）中心溝上部填充雙層鋼筋網片通過在側壁上植筋固定，有效控制保護層厚度。

5 襯砌施工控制技術

5.1 襯砌施工三模

襯砌混凝土施工采用三模，即仰拱曲面鋼模、仰拱端頭鋼模和襯砌端頭鋼木組合模。襯砌混凝土施工采用三模施工優點：（1）提高止水帶、止水條的安裝精度；（2）實現仰拱、填充的分層澆筑；（3）提高施工縫接頭質量；（4）提高施工效率，降低勞動力使用，節約成本。

5.2 鋼筋加工及布設

隧道襯砌鋼筋使用機械連接，作業標準化。主要做法：（1）鋼筋工廠化預彎，確保彎曲質量；（2）采用Φ20三肢格柵鋼架作為主骨架對襯砌鋼筋進行定位；（3）鋼筋采用直螺紋套筒連接；（4）仰拱鋼筋輔助五線上墻制度，確保外漏高度；（5）仰拱及襯砌鋼筋輔助定位卡具，確保鋼筋間距；（6）現場鋼筋存放標準化。

5.3 襯砌開盤制度

建立襯砌開盤資料報檢制度，每一組襯砌開盤前現場提供資料至工程部，審核合格后工程部負責通知拌和站開盤。襯砌混凝土開盤前需要提交的資料有：（1）初支斷面檢測報告；（2）初支雷達掃描報告；（3）上組襯砌凈空斷面檢測報告；（4）上組襯砌回填注漿影像資料；（5）滑道槽安裝影像資料；（6）襯砌鋼筋安裝影像資料。

5.4 五線上墻制度

建立五線上墻制度，使標準直觀化。主要內容：（1）縱向排水管布設控制線；（2）環向排水管布設控制線；（3）仰拱邊墻高鋼筋高度控制線；（4）仰拱邊墻低鋼筋高度控制線；（5）仰拱邊墻高度控制線。

5.5 拱頂回填注漿

將襯砌拱頂回填注漿納入工序管理，通過注漿充填防水板與二次襯砌混凝土間的空隙，使初期支護和二次襯砌密貼后共同受力；防止拱部防水板下拉脫空出現空腔積水在冬季形成凍害。

施工管控要點：（1）注漿管和排氣管使用防水板邊角料進行固定，將邊角料裁成15 cm長、5 cm寬的矩形條，矩形條包裹注漿管和排氣管后兩端與防水板焊接，縱向每60 cm設置一道；（2）注漿管和排氣管直接接長，伸出二襯端頭50～80 cm，注漿管緊貼上組襯砌端頭，排氣管錯開10～20 cm距離；（3）在襯砌達到拆模條件后、拆模前及時進行回填注漿；（4）注漿材料使用硫鋁酸鹽水泥，漿液水灰比0.8～1.0；（5）注漿壓力根據設計要求、注漿量綜合確定，反復驗證，動態調整，注漿過程中要嚴格控制；（6）注漿過程中加強觀察，控制回填注漿的壓力，防止壓力過大造成防水板破裂、排水盲管堵塞，可采用分次間歇式注漿。

5.6 襯砌背后脫空注漿

地質雷達檢測發現襯砌背后有脫空時采取徑向定位注漿補強，保證襯砌質量。

施工管控要點：（1）利用地質雷達準確定位，增加測線，詳細測定出空洞范圍，估算需填充方量；（2）通過對檢測報告、初支斷面和設計襯砌厚度綜合比對，估算實際襯砌厚度；（3）打孔限位，位置選擇要有針對性，防止對止水帶、預埋槽道等造成破壞，沿線路的縱坡方向布孔，低端設置為注漿孔，高端設置排氣孔（觀察孔）；（4）電鉆限深，鉆桿上設置防突橡膠卡，預留2 cm人工錘擊；（5）注漿材料使用硫鋁酸鹽水泥，脫空小于5 cm采用1：1水泥漿液，脫空大等于5 cm采用0.8：1水泥漿液；（6）注漿壓力控制在0.2～0.4 MPa，不宜過大；（7）合理確定注漿順序，密切觀察注漿流量、注漿壓力及周圍襯砌情況，根據水泥漿液凝結時間對注漿間隔時間進行調整；（8）注漿結束標準判斷要滿足注漿量達到估算量和排氣孔流出濃漿，漿液終凝前再進行一次補注。

6 有待改進技術

（1）襯砌回填注漿主要有普通回填注漿和帶模注漿兩種施工工藝，相比回填注漿而言，帶模注漿具有優點，一是注漿漿液與襯砌砼結合情況較好、二是帶模注漿安全性較高、三是施工效率有所提高，可進行改進。

（2）隧道襯砌混凝土養護普遍采用臺架噴水養護，施工效率低、效果不明顯，可考慮使用霧炮進行噴霧養護，也可考慮采用簡易封閉臺架進行氣霧養護。