高速鐵路長大隧道快速施工關鍵技術及質量控制措施
——以黃柏山隧道工程項目為例

張永琪

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300000 ）

我國高速鐵路通車總里程目前位居世界第一，而且建造里程和通車里程仍然在不斷增加，過去一些自然環境條件比較差的區域的，目前也實現了高速鐵路通車。在高速鐵路隧道工程中，隧道貫通施工環節尤為重要。隧道進口至斜井貫通作為隧道工程中的重要施工內容，一直是隧道工程施工質量的重點監控單元。

1 工程概況

黃柏山隧道在贛深高鐵中有著極高的作用和價值，更在我國“八縱八橫”高速鐵路網中有著極高的戰略意義，能夠極大限度緩解鐵路系統的客運運輸壓力，還能促進江西與北線和南線的經貿合作，更重要的是可以促進江西與廣東的深層次融合，推動區域范圍內的經濟發展規劃順利實施。

黃柏山隧道是贛深高鐵中的核心工程之一，具有施工重要性突出、施工難點多、施工難度大等特征。隧道全長6414.2 米，起點位于江西省贛州市信豐縣，重點位于贛州的全南縣。從實地情況來看，黃柏山隧道工程項目的施工難度比較大，交通基礎條件比較差，隧道進斜井僅有村間水泥路，隧道洞身范圍除局部山間谷，地段多為山坡，地形極為陡峭，整個隧道被嵩山峻嶺所包圍。隧道圍巖條件極為復雜，巖體穩定性非常差，破碎帶和斷裂帶帶來的施工安全風險非常嚴峻，工程項目施工危險性比較高，存在比較高的泥石流、塌方、流坍等地質災害風險，而且圍巖中還有數量龐大的腹水、積水。

2 隧道進口至斜井貫通施工方案

2.1 隧道進口至斜井端施工分析

該隧道工程項目中，為了保證施工的順利進行，根據實地勘察和涉及考量，將隧道斜井位置懸在線路前進方向左側，與隧道正洞交于DK89+400 里程處，隧道進口里程位于XDKO+410 處，斜井平長410m。根據設計圖紙與施工進度測算，掌子面貫通里程為DK87+923.5。該段設計圍巖等級為III 級，襯砌類型為IIIa 級，采取的是分步臺階法開挖施工方案。在貫通區間外臺階長度控制在10-50cm，內臺階長度控制在5-8m。各臺階斷面開挖應兩側交錯進行，下臺階開挖后仰拱應及時跟進。臺階施工工序圖如圖1 所示。

圖1 臺階法工序橫斷面示意圖

黃柏山隧道進口掌子面為IV 級圍巖，襯砌類型采用IVb 襯砌，施工工法設計采用三臺階法；掌子面為III 級圍巖，襯砌類型采用IIIa 襯砌，無鋼架，施工工法設計采用臺階法。在隧道貫通施工后期雙向掘進改為隧道進口單口掘進[1]。

2.2 隧道進口至斜井貫通施工分析

根據對隧道施工區域地質條件、施工安全、機械設備運用等多方面考慮，該隧道采取的是“進口單頭掘進至隧道貫通掌子面”的貫通施工方案。由于隧道貫通采取的是臺階法挖掘法，需要施工人員及時監控隧道圍巖的數據變量，從而做到隨時調整施工方案和支護參數，確保隧道內施工安全性。在掌子面掘進至DK87+938.5 后停止掌子面掘進，及時施作下臺階和隧底初期支護，仰拱及二襯緊跟，保證III 圍巖安全步距要求。

在進行超前支護時，選擇使用直徑42mm 的超前小導管，鋼花管的規格是42mm×3.5mm 熱軋無縫鋼管。在布設注漿孔時采取梅花形，注漿孔的直徑為10mm，每個孔洞的間距為15cm，注漿液采取的是水泥漿液，水灰比1：1。在注漿施工前，施工人員必須要對注漿漿液的質量進行檢查，還應當對注漿所需機械設備進行質量檢查，讓相關機械設備始終維持在較高的性能水平，這是確保漿液順利注入的關鍵。施工人員還需要對注漿孔進行處理，將注漿孔中存在的雜物進行處理，這是提升注漿質量的關鍵環節。施工人員應當對注漿壓力有比較高的關注度，因此，需要做好輸出水壓的調試工作。為了確保施工進度，提升整體速度，需要施工人員依照群管注漿施工體系。施工人員需要嚴格控制漿液的流出速度，避免出現注漿液泄漏或者注漿管堵塞等影響整體效果的情況。在注漿完畢后要對每個孔洞的注漿效果進行檢查，及時對不合格的進行處理[2]。

在隧道貫通加強段進行施工時，拱部和邊墻分別使用直徑22mm 的組合空中錨桿和直徑22mm 砂漿錨桿，按照梅花狀布置方式。在鉆孔時嚴格按照事前選擇的鉆位，鉆孔過程要保證鉆孔的規格、深度和垂直度，鉆孔完畢后及時進行清理。如果發現鉆孔質量不合格，應當將其化為廢棄孔，并重新進行鉆孔。注漿完畢后同樣需要進行質量檢查，找出注漿不合格的注漿孔，重新進行注漿處理。在錨桿安裝后，要對其進行保護，避免違規操作錨桿引起不必要的質量問題。

2.3 隧道進口至斜井端監測布置

為了確保施工現場的安全性，必須要加強對隧道進口至斜井施工區域的監控量測。施工單位需要根據隧道的施工基本參數，以及高速鐵路在監控量測技術相面相關標準，確定具體隧道貫通測點，如圖2。要確保在隧道弧頂拱部和兩側邊墻都有足夠的監測布置點，這樣做的主要目的是為了監測隧道是否發生了拱頂下沉或者收斂位移施工病害問題，進而通過詳細的數據反饋，及時采取相應的處理措施。

圖2 隧道貫通洞內變形監測點布置圖

對于隧道進口至斜井貫通施工來說，拱頂下沉和收斂位移是非常常見且高度危險的施工質量問題，從實際情況來看，拱頂下沉引發的隧道斷面變量要略低于收斂位移。因此，為了確保施工現場的安全性，必須要在貫通后期，加強對貫通斷面圍巖變量的監測，這樣可以在掌握詳細變量數據的基礎上，加強對圍巖穩定性的防護，同時還能提升洞身結構支護結構的安全性和穩固效果。

3 長大隧道快速施工關鍵技術分析

3.1 基本原則

對于黃柏山高速鐵路隧道來說，從綜合角度來講，該隧道滿足長大隧道的基本條件標準，因此，在實際施工中要對其采取長大隧道快速施工的相關技術要求。在隧道進口至斜井貫通施工中，需要從施工現場安全、工程項目質量、工程成本控制、工程進度管理等方面入手進行管理。在目前的高速鐵路長大隧道快速施工中，必須要采取超前地質預報機制，這是保證施工質量的重要措施[3]。

3.2 超前地質預報

對于黃柏山隧道來說，由于其地理條件十分復雜，施工難度較高，為了保證施工方案的合理性和可操控性，必須要采取超前地質預報技術。該技術能夠對隧道圍巖可能發生的變量進行準確推測，對隧道施工過程中的圍巖情況進行實時監測，并發現隧道前方可能存在的富水段，及時發現存在的異常問題，讓不良地質的發現時間段和處理時間節點都大幅度提前。通過超前地質預報技術的實踐應用，探知了隧道貫通段地質條件為變質砂巖局部夾少量花崗巖，弱風化，巖體完整性好，節理裂隙較發育，圍巖自穩能力強。在這一條件下，可以讓施工方案變得更加科學合理，及時調整技術參數，進而確保隧道貫通施工的整體效果[4]。

3.3 隧道監控量測

對于長大隧道來說，隧道監控測量是必不可少的內容，更是實現數字化施工的重要途徑。在隧道監控量測技術的支撐下，可以實現對圍巖狀態、支護系統和襯砌穩定性進行實時監控，然后再通過數據分析管理，判斷施工中可能存在的安全隱患與質量問題，這樣可以及時改變支護參數，并對施工方案進行適當優化調整，讓發現不良地質條件的時間前移，有助于提升施工安全和施工質量。

3.4 施工質量與安全控制

首先，對于高速鐵路長大隧道快速施工來說，在隧道貫通施工中允許存在施工誤差，但需要將誤差數值控制在合理范圍內。在對貫通誤差進行處理時，需要掌握詳細的誤差數據，這就需要做好前期的誤差測量工作，施工人員需要在合理的位置作為誤差數值測量點。在測量完誤差數據后，需要對超出限定的誤差數值進行調整[5]。

其次，要嚴格按照施工工藝進行操作，尤其在加強對砂漿錨桿和中空注漿錨桿的施工工藝管理，同時確保注漿方式的合理性。注漿時必須要對注漿速度、注漿量、砂漿飽和度、以及錨桿的質量進行全面控制，錨桿不允許存在彎曲、損壞、裂縫等質量問題?；炷羾娚渫戤吅?，要立即安裝墊板，并對其具體位置進行調整。在施工混凝土噴射項目動工前，需要對混凝土材料整體性能進行詳細的檢測，確保其實際性能和質量符合具體的施工要求。在混凝土噴射過程中，要嚴格控制隧道側壁和拱部的混凝土回彈率。在完成噴射混凝土施工工藝后，要對噴射質量進行檢查，一方面要對混凝土與隧道巖體的粘合度進行檢查，另一方面對混凝土平整度進行質量檢查。如果發現噴射混凝土存在孔洞等質量問題，需要對巖石基地進行清潔處理，并進行二次混凝土噴射。

第三，所有施工人員都要有強烈的施工責任意識，不允許在施工過程中出現經驗性施工行為，一旦發現要立即采取相應處理。在進行超前支護時，應當做到“先預報、管超前、嚴注漿、強支護、勤量測”。在隧道開挖環節，必須要求施工人員做到“不多挖、不少挖”，這是保證施工質量和施工安全性的重要原則。在項目動工前，施工單位應當在組織內部展開全面的安全生產宣傳工作，要讓每個施工人員都能嚴格遵守施工現場的規章制度。在施工前需要對現場所有施工人員進行安全教育，提升每個施工人員的安全生產意識。在斜井掌子面施工至貫通里程時，應當在進斜井工區處拉上危險警示標志，嚴禁無關人員進入。

第四，要做好施工現場的自然環境保護工作，尤其要避免在非施工區域進行開采，不允許對隧道施工現場的自然植被進行破壞，針對現場灰塵大的問題，可以通過灑水的方式消除塵土。為了保證巖石結構的穩定性，同時控制施工噪聲,同一施工區域不允許存在多輛大型機械設備。

在高速鐵路長大隧道快速施工中，隧道進口至斜井貫通很容易引起拱頂沉降，因此，必須要加強對其施工質量管理。施工單位應當落實好超前地質預報，強化各個環節的支護質量，而且當開展爆破與掘進工作時，需要對隧道圍巖進行嚴密的監測，尤其要詳細掌握圍巖發生的變形變量。