摘要：随着北方寒冷地区高速铁路建设的不断发展，高速铁路隧道冻结现象越来越明显，作为解决冻结问题的措施之一，在隧道的设计和施工中引入了深中央水沟。同时，深中央水沟施工难度和施工时间是控制隧道施工速度的关键因素之一。本文根据现场实际施工情况总结了深埋中心水沟施工工艺和过程控制要点，可供类似工程参考
关键词：高寒；地区；隧道；深埋中心水沟；施工
引言
我国目前已经建成的许多隧道位于高纬度寒冷地区，由于下陷水和冻胀，被泥浆倾复，衬砌裂缝，下部滚筒，甚至入侵极限等一系列问题，不断困扰着当地铁路的运营安全，造成了沉重负担，而且很难保证深埋中心沟段的建设速度。
1、特点
(1)改进深沟中C20管座施工困难、工期长特点的工艺，现场运输预制C20砼管座，缩短作业时间，有效控制施工质量(见图1)。(2)对于深埋中心坑开挖深度较大的特点，人工钻爆无法一次成形且超挖较大的特点，采用潜孔钻，进行深孔开挖预爆破工艺，有效缩短作业时间，d(3)为满足深沟施工工作面的重要需求，并限制钢丝施工特性，采用自行维修、全长38.6米、实际长度28米的桥式，实现深沟的开挖、支护、施工初始输送线支架和回水运行，大大缩短了因中心水沟运行而影响的总体运行时间。
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图1调整深埋中心水沟预制管座
2、缺点分析
(1)不易控制超挖。开沟时，由于横截面尺寸和爆破空心面尺寸有限，不能采用光面爆破，一般采用预爆破技术。爆破施工很容易造成超挖，易对沟槽周边的仰拱基底造成扰动，进一步增加超挖量。(2)存在一定的安全风险。在围岩不良的地段，由于中心水沟施工过程复杂，会延长仰拱初支封闭成环的时间，增加了一定的安全风险。(3)很容易引起结巴。随着时间的推移，隧道底部深埋中心的水平100单壁打孔波纹管和隧底深埋中心水沟透水混凝土会逐渐淤塞，影响排水效果，需要定期清淤。
3、隧道深埋中心水沟设计概况
隧道设计采用双侧水沟+贯通仰拱下方的深埋中心管沟排水，与传统方法不同，将中心管沟设置于仰拱初支结构以下。仰拱填充中设置100mmpvc，将侧沟与中央检查井连接起来，倒拱起始分支结构下设有侧向穿孔波纹管100mm与单壁(挖掘装置、外包土工布)汇集仰拱底部积水连通中心检查井，间距30m(结合安装中心检查井)。隧道埋深中心水沟采用C35钢筋混凝土预制管，内径600mm，壁厚75mm，排水管底部采用C20细粒混凝土地基，管外上部采用C20透水混凝土填充密实，透水系数≥0.5mm/s；排水管底座外部设有直径为2厘米、间距为40cm的排水孔和排水孔。具体的结构设计见图2。
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图2隧道深埋中心水沟布置示意(单位：cm)
4、施工工艺流程及操作要点
4．1开挖步骤
深埋中心水沟开挖时分三个步骤，如图3.
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图3开挖步骤
开挖方式主要是机械开挖，辅之以轻微爆破或松散爆破。如上图所示，开挖时要注意保护拱墙初支结构，先开挖部位I，然后开挖部位Ⅱ，最后开挖部位Ⅲ。。采用挖机配合自卸汽车出碴，出碴完成后，全站仪对挖掘深度和宽度进行综合测量，如有欠挖，应及时处理，测量无误后，方可进行沟渠初始支路的施工。
4.2开挖方案
中心水沟基础横截面尺寸为底宽1.709cm，仰拱下深192cm，沟顶宽2.477cm，沟侧壁坡度为1：0.2。拱的下台阶之间的距离为13.2m。深埋中心挖沟后，隧道底部每边剩余净宽值为：(13.2-2.477-2.32*0.5*2)/2=4.2米，可以看出，只要挖方案正确，挖沟基础保持开挖后的坡度稳定，不会影响两边的拱度，而五级围岩较弱，可以在沟中部设置临时横向支撑，以避免沟壁坍塌影响两边拱脚，具体设置间距根据设计仰拱拱架间距而定。开挖时宜采用后退式台阶法开挖，利用靠近仰拱方向作为临空面。
4.3工艺流程及操作要点
(1)开挖方式先在正面图中开挖部分①，阶高1m~1.2m，开挖剖面布孔形式如上图所示。台阶之间的距离可以在2米到3米之间。第一层在其轮廓线上布置了预裂的炮孔，可以不设置预裂的炮孔来开发下层。钻井角度为72~80，向临时表面倾斜；一次钻井深度为1.2米至1.5米，预裂井段间距为钻井直径的10-12倍；主井筒之间的距离在60厘米到70厘米之间。②部分开发时井筒布置一致，直到开发完成。(2)加载电荷和充电结构每孔预应力量：按公式q.=KDcana(g/m)计算。其中k–岩石系数(硬岩取0.6，中硬岩取0.4~0.5，软岩取0.3~0.4)，本段取0.4。筒体底部0.5m范围内的装药量增加为1Ib×装药长度。爆炸时采用带导爆管的复合导爆网，预裂孔为主炮导孔前50ms~100ms，主炮导孔排列间隔为50ms~70ms。(3)开挖完成后，初始支撑应立即对开挖面进行初始支撑，按设计要求，Ⅴ级围岩应设置钢拱，并用C25喷射混凝土封闭，Ⅱ，Ⅲ级围岩只应喷射C25混凝土，ⅱ级围岩不得初始支撑。支撑的初始厚度与正洞后拱支撑的初始厚度相同。在拱架顶部与仰拱拱架相连接，形成整体。(4)混凝土底座和混凝土预制管可以浇筑成混凝土底座，初始支护完成后再安装混凝土预制管，过程中注意混凝土振动和中线、标高的检测。混凝土预制管安装前全面外包土工布，管缝处理是一个关键过程，因为管孔采用刚性连接，在实际操作过程中难以保证接头完全紧贴，因此管缝处理能够完全连接管缝，防止下陷水。本设计采用1：2.5+1：2.5水泥砂浆，宽20cm+20#10mm×10mm钢筋网，宽1：2(5)cm，混凝土预制管上表面回填可在混凝土管安装完毕后进行，回填顶面距离至仰拱初支以下不小于25cm，级配拱的碎石回填应分层夯实，每层厚度不大于30cm。然后将C20保温混凝土浇到起升拱底部5厘米，聚氨酯保温板暂时先不安装，待两侧仰拱开挖完毕之后，，在起升拱初始使用前安装在两侧。
5、深埋中心水沟施工控制要点
(1)合理组织工艺：埋中心水沟开挖工序应超前仰拱初期支护施作，中心水沟开挖与掌子面工序协调，并且，开挖中心水沟应在栈桥停止通行的工序中进行，以确保中央断面施工不影响手掌表面作业。(2)中央沟爆开：钻孔时，应严格控制入射角、孔深度和孔间距，及时准确地测量扫掠，确保施工现场各孔位置的扫掠，并计算基层的负荷量，及时调整(3)严格的三级放样测量试验系统：从开挖至完成全过程测量校核，确保水沟中线、高程、流水坡度偏差值符合规范要求。断面尺寸偏差严格按照规范进行，隧道围岩开挖时加强观测。变形速度小于2mm/d时，正常运行；2~5mm/d的情况下，采取加强初始支撑保护、加快水管闭合等措施控制变形率；当孔中的变形速度超过5mm/d时，建议暂停施工，封闭手掌表面，确定报告加工的原因，并在继续施工前确认准确性。(4)严格实施试验检测制度：原料、预购件、预制管座、中央管道等原料投入必须有合格证书。预制管座应具有C20强度，棱角完好无破损。预制管应符合三级管的指标，并应进行试验和试验，进入使用范围。
结束语
总之，受高寒地区极冷气候的影响，隧道内设置深埋中心水沟，沟深为排水管中心至路面上表面3.15m，施工难度大，技术质量要求高，参与方积极进行技术研究，系统地克服并完善了高寒地区隧道深埋中心沟的施工工艺。在高寒地区建设隧道时，可以有效地防止各种冻结现象。
参考文献：
[1]车宝华,周小涵.寒区隧道中心水沟的受力与施工关键技术研究[J].山西建筑,2018,41(34)：169-170.
[2]朱国伟．寒冷及严寒地区铁路隧道防排水设计探讨［J］．铁道工程学报，2018（1）：49-53．
[3]宋顺德．寒冷地区铁路隧道防排水设施冻害浅析［J］．铁道建筑，2018（7）：63-65．
论文作者:陕中华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：水沟论文; 隧道论文; 中心论文; 深埋论文; 混凝土论文; 围岩论文; 间距论文; 《基层建设》2019年第29期论文;