山嶺隧道深埋中心水溝復合式仰拱施工技術

摘要：針對單線、大斷面且多股線路的長大隧道來講，隧道排水一直都是比較難以解決的問題之一。以太焦鐵路隧道為工程背景，總結深埋中心水溝復合式仰拱的爆破開挖、支護、澆筑等技術要點，采取自行式升降組合棧橋施工方案，解決了多工序交叉施工的難題，縮短了施工工期，降低了施工成本，可為同類工程的施工提供類似經驗。

關鍵詞：爆破；自行式升降組合棧橋；深埋中心水溝；隧道排水

0 " 引言

通常，高速鐵路隧道斷面設計大小各不相同，鑒于此對大斷面隧道排水進行設計時需要系統籌劃。深埋中心水溝復合式仰拱在施工工程中，常由于工序交叉影響、作業工作面狹小、開挖難度較大，使工期受到制約，造成施工成本居高不下，因此尋求一種簡便、高效的施工方法是非常重要的。

目前國內隧道深埋中心排水溝開挖爆破，通常采用人工爆破方法。由于受深埋中心水溝設計斷面尺寸限制，造成爆破難度較大，超欠挖難于控制。本文成功應用了潛孔鉆機的定向鉆孔爆破，較好的控制了深埋中心水溝超欠挖問題。同時應用自行式升降組合棧橋的施工方案，成功克服了隧道各個工序交叉施工造成的不利困難，大大提高了施工效率，取得了良好的經濟和社會效益[1-2]。

1 " 項目概況

1.1 " 工程簡介

本文以新建太原至焦作山西段站前工程施工TJZQ-3標工程為研究對象。太原至焦作鐵路起自太原樞紐太原南站，途經太原市、晉中市、長治市、晉城市、作市，終點為焦作站，并與鄭焦城際貫通。線路長度358.761km，其中山西省境內325.350km，河南省境內33.411km。

TJZQ-3標標段劃分里程為：正線工程DK65+340.35～

DK81+407.5，正線長度16.067km，包含路基工程、橋梁工程、隧道工程、軌道工程（含無砟道床、四電綜合接地等工程）、大臨及輔助配套工程等。累年極端最低氣溫-25.1℃，最冷月平均氣溫-11.9℃，凍土深度76cm，標段內隧道全長15.127km。支護形式為15cm噴射混凝土支護VI、V級環境巖、I18拱、28cm噴射支護、無支護Ⅲ級環境巖。深埋中心水溝設置在洞身富水段落Ⅱ級圍巖區段、Ⅲ級圍巖區段、Ⅲ級圍巖水平層（巖層傾角≤15°）及不利巖體地段。

本標段穿越太岳山中低山區，地貌形態復雜，地形起伏較大，地勢陡峻，坡度一般15°～40°，海拔標高一般在1300～1400m。最高海拔在榆社隧道中部，高程為1524m。最低位于白北隧道進口，海拔高程為1110m，相對高差414m，相對切割深度約300～400m。地表植被茂密，第四系覆土厚度為0.5～1.5m，分布于山前坡麓、低緩斜坡、溝浴洼地，基巖廣泛見于溝谷岸、山坡及路塹地帶。

1.2 " 施工重、難點

隧道掌子面初支、仰拱施工、二襯施工，以及防水、附屬結構施工均需要交叉施工，如何有效統籌組織掌子面、仰拱、二襯等工序，確保其正常施工，形成梯形流水作業，是隧道施工組織的重點。

仰拱下方的深埋中心排水溝施工是仰拱工序的難點。其位于仰拱地表以下，深1.8m、寬約2m，且處于硬巖地層，需要爆破開挖，且施工一個循環周期較長，由此導致其他工序施工受到影響。為此需制定專項施工方案，解決爆破、開挖、澆筑水溝等施工時間長的難題。

2 " 施工方案選擇

為解決上述難題，選用“ZGYX410型液壓行走潛孔鉆車”施工深埋中心水溝，采用定向爆破代替人工爆破，快速、便捷、低成本的完成爆破施工。為了使隧道掌子面初支、仰拱開挖、二襯施作，以及防水、附屬結構等各個工序有效銜接，形成流水作業方式，創新選用自行式升降組合棧橋的方法，加快施工節拍[3-4]。

3 " 深埋中心水溝爆破開挖施工技術

3.1 " 潛孔鉆機爆破施工

3.1.1 " 爆破鉆孔布孔設計

深埋中心水溝位于仰拱底部，為梯形結構型式，爆破鉆孔選用“ZGYX410型液壓行走潛孔鉆車”進行鉆孔施工。根據深埋中心水溝的結構尺寸，爆破孔位采用中線對照法，即在中線兩側間距500cm布設。

對稱設置2排孔，第一排鉆孔深度為1.8m，采用傾角78°的方式鉆孔。第二排鉆孔深度為1.6m，沿著中心線縱向鉆一排深度50cm的孔，孔內不裝藥，以便形成臨空面。爆破起爆順序為先中心后兩側。爆破鉆孔布孔設計見圖1。

3.1.2 " 作業要點

鉆孔前，測量人員根據設計孔位進行放樣，施工人員做好孔位的標識。鉆孔時調整潛孔鉆的正確站位，控制好鉆孔垂直度。放置炸藥前，對鉆孔采用空壓機風將孔內的灰塵、水和雜物清理干凈。

填裝炸藥要按照已確定藥量進行編號，不能隨意裝藥，炮孔自下至上依次填充炸藥、水袋、炮泥。起爆采用延時起爆，利用毫秒管控制起爆順序。將爆破線路連接起來，保證串聯無短路情況，確保安全可靠[5]。

3.2 " 爆破施工效果分析

為了更快的完成深埋中心水溝的爆破開挖工作，通過人工爆破和潛孔鉆機爆破2種方法進行試驗、統計分析，具體統計數據見表1和圖2。

根據以上數據統計分析可知，采用潛孔鉆機爆破比人工爆破平均節省時間約為1h/循環，超挖率也是大大節省，因此采用潛孔鉆機爆破方法較為合理。對于局部因為結構尺寸問題，導致潛孔鉆機無法進行作業的問題，可采用人工鉆孔爆破的方式進行施工。

4 " 復合式仰拱施工技術

4.1 " 自行式升降組合棧橋施工

隧道掌子面開挖、初期支護、深埋中心水溝開挖、仰拱施作、二襯防水以及混凝土澆筑等工序施工都需要工作條件，為了滿足各工序交叉施工的需求，達到互不干擾的目標，采用自行式升降組合棧橋的方案，達到加快施工的目的。交叉作業仰拱自行式升降組合棧橋施工如圖3所示。

4.2 " 復合式仰拱施工

將相鄰兩個仰拱作業面利用長棧橋合為一個作業面進行流水作業，減少了仰拱施工段的總長度，有利于滿足安全距離。可將仰拱模板填充混凝土以上的部分設計為固定部分。在填充混凝土施工時，固定部分不拆除，只需把填充混凝土面以下的仰拱模板轉起來就可以澆筑填充[6]。在端頭梁上設置模板系統定位卡，使模板系統定位準確、快速、便捷。通過端頭梁把模架式系統聯系成一體后，利用與棧橋配套的軌道起重設備將其整體移動至下一工作區。

4.2.1 " 施工工藝流程及質量控制

復合式仰拱施工工藝流程見圖4。主要流程如下：隧道掌子面開挖、出渣→仰拱深埋排水溝開挖→仰拱開挖→清底→綁扎鋼筋→按照模板→澆筑水溝及仰拱混凝土→拆除仰拱模板活動部分→澆筑混凝土→拆除深埋中心水溝模板和仰拱模板固定部分。

深埋中心水溝與仰拱開挖、出渣、支護施工第一工作區和第二工作區，可以同時作業施工。測量時先要確定好端頭梁放置的位置和標高。自行式升降組合棧橋就位時，棧橋要與隧道中心線平行。端頭梁與棧橋連接處采用鋼筋進行焊接，將端頭梁的支腿拆除，使模架系統懸挑，然后打開自動行駛模式，讓模板系統向前移動，并利用軌道起重設備裝卸。將模板安裝至指定位置，打開中心水溝的支撐模板，安裝止水帶和端頭模板[7-8]。

對于澆筑中心水溝和仰拱的混凝土，無模板區域直接澆筑。澆筑順序是先澆筑中心水溝混凝土，然后澆筑仰拱。仰拱澆筑從中間向兩端進行澆筑，左右兩邊同步澆筑。澆筑時振搗要到位，并留好混凝土同條件試件。

4.2.2 " 復合式仰拱施工組織

以鐵路Ⅱ級圍巖施工為例，在隧道仰拱和深埋水溝的前期支護中，每循環施壓長度為3m。掌子面掘進施工具備條件后升起組合式棧橋長引橋，掌子面掘進施工的同時，在長引橋前端開挖仰拱。其中鉆孔3h左右，裝藥0.5h左右，現場清理準備爆破0.5h左右。每循環開挖3m，仰拱開挖爆破完畢后，長引橋隨棧橋整體前移3m。

下降式長引橋架設在未開挖的仰拱頂面上，以2.5h左右的仰拱和出碴時間進行落石作業。完成出碴后抬升引橋，利用潛孔鉆機對深埋溝槽進行開挖，對深埋溝槽鉆孔進行1.5h左右的爆破。完成爆破后將長引橋降下，掌子面開始爆破作業[9]。

隧道掌子面爆破后，同時進行深埋中心水溝出碴（約0.5h）、掌子面出碴（約2.5h）。同步完成一個仰拱循環、深埋水溝開挖及初期支護施工。掌子面噴射混凝土支護約3h，期間可以進行深埋水溝開挖。掌子面復噴混凝土3h后，進行深埋水溝埋管、澆筑混凝土施工（約2.5h）。由此可見，采用長19m自行式升降組合棧橋，克服了工作面施工過程中的交叉施工的影響，達到了流水作業效果[10]。

5 " 整體施工優勢

5.1 " 施工便捷且質量易控制

深埋中心水溝爆破鉆孔設備選用自行式液壓行走潛孔鉆，具備輕巧便捷、占用場地小、鉆孔垂直度容易把控、成孔速度快、控制超欠挖能力強等優勢。

5.2 " 操作簡單且便于施工

自行式液壓行走潛孔鉆配置0.5m、1m、1.5m等規格的鉆桿，鉆桿采用絲扣連接，更換起來非常便捷。

5.3 " 有利于加快施工進度

加快施工進程，保證施工的安全性和效率，是隧道建設中的最大難題。自行式升降組合棧橋能解決同步施工問題，大大節省時間，并保證了隧道初支和二襯之間的安全步距要求，對工期緊時效果更佳。

5.4 " 安全可靠

采用電動吊裝和全動力行走兩種方式，簡單易行，施工干擾最小，安全可靠。

6 " 結束語

深埋中心水溝復合式仰拱在施工工程中，常由于工序交叉影響、作業工作面狹小、開挖難度較大，使工期受到制約，造成施工成本居高不下，因此尋求一種簡便、高效的施工方法是非常重要的。本文以太焦鐵路隧道為工程背景，總結深埋中心水溝復合式仰拱的爆破開挖、支護、澆筑等技術要點，采取自行式升降組合棧橋施工方案，解決了多工序交叉施工的難題，縮短了施工工期，降低了施工成本。

參考文獻

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