李永明
重庆市建筑科学研究院 重庆市 400010
摘要：深茂铁路为国家一级铁路，设计行车速度200Km/h。新台隧道（DK145+564～DK151+822），全长6258m，为单洞双线隧道，最大埋深约260m。全隧共划分3个工区，采取长隧短打的方式施工。施工重点在于开挖，采用光面爆破；难点在于软弱围岩段的预报与加固措施。本文就新台隧道主要施工技术做简要介绍。
关键词：施工技术 介绍
一、工程概况：
新台隧道进口位于江门市，全长6258m，为单洞双线隧道。最大埋深约260m，洞身部分地段段位于左偏曲线上，隧道内设置单面连续上坡。隧道Ⅴ级围岩405m，占6.5%，Ⅳ级围岩701m，占11.2%，Ⅲ级围岩3705m，占59.2%，Ⅱ级围岩1447m，占23.1%。
正线隧道按单洞双线隧道设计，暗挖隧道采用复合式衬砌，明挖段隧道采用明洞式衬砌。系统锚杆边墙采用全长粘结砂浆锚杆，拱部采用带排气装置的中空锚杆。洞口抗震设防段、浅埋、偏压、Ⅳ、Ⅴ级及加强段，二次衬砌采用钢筋混凝土。拱墙、仰拱二次衬砌采用C30混凝土或C35钢筋混凝土，底板采用C35钢筋混凝土，填充采用C20混凝土；初期支护采用C25喷混凝土。
隧址区上方左侧毗邻两座水库，DK148+000-+900左侧毗邻青翠水库、距离水库最小距离约100米，DK149+200-+900左侧毗邻百步梯水库，、距离水库最小距离约200米，库容分别为75、74万m3，集水面积分别为1.46、1.41km2；隧址区右侧下方为龙门水库，集水面积为30.2km2，库容大。
隧道防排水遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则。地下水发育且隧道修建对生态环境或工程环境可能产生不利影响的水库影响段，采取“以堵为主，限量排放”的原则。对可能引发突水、突泥的水库影响段或断层破碎带范围，采取了地质超前探测，并根据探测情况采取超前注浆或径向注浆措施。
新台隧道洞身穿越多条断层，多为南北向断层，主要断裂构造见下表1：
隧道区花岗岩节理、裂隙整体不发育，局部地段较发育，据物探资料推测，DK148+430～DK148+540、DK148+650～DK148+700 、DK146+670～DK146+780等段为节理裂隙密集带，基岩弹性波速度为3850m/s～4350m/s，岩体较破碎～破碎。
新台隧道基本烈度为VI度。
二、主要施工方法与工艺
1、施工方法
沿线隧道洞口施工前，须做好以下施工准备工作：
1.隧道洞口的临时工程，必须在隧道施工前基本完成。
2.隧道洞口仰坡及土石方工程应于进洞前做好，山坡危石宜及时处理，同时作好排水工程，天沟应随挖随砌。洞门宜早做，以便增强洞口稳定，避免与洞内工程相互干扰。
3.洞口的桥梁墩台、涵管、下挡墙等工程的施工应尽早完成，可以照顾到隧道的施工场地布置及弃渣的需要。
2、施工工艺流程及方法选择
1．隧道施工工艺流程。详见下图1。
图7.4.3-1 隧道断面施工工艺流程图
2．施工方法的选择。不同隧道围岩条件，应采用不同的施工方法，可供选用的施工方法，详见下表2。
表2、双线隧道各级围岩施工方法选择表
注：（1）表中“●”表示推荐采用，“○”表示可使用，施工中可根据实际情况作相应调整。
（2）施工方法的选择应考虑顺层等影响，并在上表的基础上适当进行加强。
进洞前采用超前大管棚加固洞口段围岩，开挖采用光面爆破技术。隧道正洞Ⅱ级围岩段采用全断面法施工， Ⅲ级围岩地段采用全断面法、台阶法施工，Ⅳ级围岩段采用短台阶法、弧形导坑预留核心土法施工，深埋Ⅴ级围岩隧道可采用三台阶七步作业法施工或三台阶临时仰拱法施工，Ⅴ级浅埋或偏压或断层破碎带地段采用CRD法、双侧壁导坑法施工； 下穿重要建筑物和沉降有严格要求的隧道段可采用双侧壁导坑法施工。喷射砼采用湿喷工艺， 仰拱混凝土施工采用仰拱栈桥作业，衬砌采取液压衬砌台车作业。采用超前预注浆、高早强喷射混凝土、掌子面设玻纤锚杆等措施确保施工安全。对富水断层等特殊地段隧道初期支护喷混凝土可适当加厚。
3、超前大管棚
沿线隧道洞口正洞施工前，主要采用超前大管棚加固洞口段围岩，为安全、快速进洞施工创造条件。
超前大管棚沿隧道周边布设，外倾角1～5°，用长管棚钻机钻孔，开孔径向误差不大于5cm。钻进过程经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。管棚接头采用丝扣连接，隧道纵向同一截面内接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少应错开1m。管棚注浆初压力控制在0.5～1.0MPa，终压控制在2.0 MPa以内。
4、隧道钻爆开挖工艺、工法
本隧道开挖，全部按“新奥法”组织施工，开挖采用光面爆破技术，主要采用机械配合人工开挖。爆破施工过程中严格控制装药量，减少炮轰波对围岩的扰动，达到保护围岩的目的。
光面爆破受多种因素影响，包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，现场围岩地质结构千变万化，爆破参数进行现场设计动态调整。
光面爆破炮眼残留率要求硬岩达到80%以上、中硬岩达到60%以上。
决定光面爆破效果的主要因素是周边眼的爆破参数。
根据不同炮眼直径和不偶合系数选择不同的药卷。周边眼采用间隔装药。岩石很软时，可采用导爆索起爆。
装药后用黄泥或聚氯乙烯、聚乙烯等薄膜加工的专制水袋装满水后充当炮泥放在炮孔中对炮孔进行堵塞，炮眼堵塞长度不少于30cm。
光面爆破起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→内圈眼→底板眼→周边眼。
掏槽眼： V级围岩采用斜眼掏槽。Ⅲ、Ⅳ级围岩采用直眼掏槽。
周边眼：根据光面或预裂爆破选定的周边眼间距，严格控制外插角以减少超欠挖。
内圈眼：内圈眼所在位置在周边眼抵抗线的边缘，内圈眼的孔距稍大于周边眼抵抗线（w）。
辅助眼：掘进炮眼，其炮孔间距，视岩石坚硬程度、装运手段、岩石破碎程度的要求等因素而定，一般取0.65～1.2m，岩石坚硬取小值，反之取大值。
底板眼：底板眼沿开挖轮廓底线布置，并适当增加药量起翻碴作用，使爆落的岩碴翻松，便于装载设备装碴。
5、隧道施工要点
1．开挖。开挖过程中，应多加强超前地质预报，坚持先预报后开挖的施工原则；强化爆破设计，严格控制超欠挖；将变形观测纳入工序管理，及时进行量测分析，指导施工。
2．初期支护及临时支护。支护喷锚严格按设计要求布设支护杆件。本区段隧道初期支护采用普通砂浆锚杆和中空锚杆并设置垫板。超前支护小导管采用风钻顶进，砂浆泵注浆。喷射混凝土为C25喷射混凝土（素喷混凝土、网喷、合成纤维混凝土）；喷射采用湿喷工艺，保证喷射混凝土强度和厚度，二次衬砌及时跟进。
钢架主要采用型钢钢架（Ⅰ18a、Ⅰ20b、Ⅰ25a），钢格栅、钢筋网等构件在钢构件厂加工成半成品，经洞外检验后现场安装定位，按规范搭接。
3．隧道防排水。采取“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则。采取切实可靠的措施，达到“防水可靠，排水顺畅，经济合理.不留后患”的目的，隧道二次衬砌混凝土抗渗等级不小于P10，对于地下水有侵蚀性地段抗渗等级不小于P12。
（1）防水层防水。防水板在铺板前必须对基面进行处理检查，确保基面平整、无凸出铁件等异物，采用热合焊机双缝焊接工艺，保证焊缝密实和宽度，并对焊缝进行渗水试验；防水板按断面横向一次整体铺设、纵向搭接密贴；采用无钉挂设方式与围岩或喷锚混凝土层连接，禁止采用射钉挂设，保证防水板铺设平顺、不渗不漏。
（2）施工排水。顺坡排水施工地段在洞身两侧挖排水沟，利用自然坡度排水至洞外污水处理池，经过处理后排放。
反坡排水在洞内一侧每隔400m左右布置一个集水坑，集水坑之间水泵接力抽水，直至排到洞外污水净化池达标后排放。
4．二次衬砌。铺底及仰拱先行施工，施工栈桥进行过渡，二次衬砌及时跟进，两工作面间距控制在2～3个循环长度内，营造良好的施工环境。
二次衬砌采用10m～12m全断面钢模整体式液压衬砌台车或大型模板，减少模板拼装次数和接缝，提高衬砌混凝土整体性能，落实侵蚀地段混凝土防侵蚀措施；混凝土输送泵泵送作业，由下向上，对称分层，先墙后拱灌筑，入模倾落自由高度不超过2.0m，机械振捣，采用雷达检测仪器对衬砌混凝土进行无损检测，保证衬砌厚度、密实度和耐久性达到设计要求；精确定位接触网滑道；做好隧道综合接地埋设工作，确保接地性能满足设计要求。
5．缓冲结构施工
缓冲结构均一次灌注，不分段施工。开挖采用风镐或弱爆破开挖，基底满足要求后开始灌注，灌注后及时养护，同时按要求做好与暗洞交界处的防水。
6．控制测量。由设计单位布设GPS点、导线控制点以及水准基点，并形成洞外控制精测网络。施工单位在交接桩和施工前要对所交的桩点进行复核确认，施工时还要进行加密控制。在隧道施工过程中，建立洞内外控制系统，洞内按要求布设主副导线。
7．监控量测。建立隧道结构变形观测与评估管理体系，隧道监控量测工作由施工单位作为工序进行控制，监理单位监督实施并负责监测重要环节的旁站监理，监督检查观测设施的保护。监控量测方案应以设计为依据，由施工单位制定并报监理单位审批，并严格按审批后的方案执行，确保隧道监控量测数据准确有效。从布点开始起，严格按照方案要求，及时做好监测元器件埋设和监测工作，规范监测资料管理。
施工中进行地质素描、地表下沉、水平收敛、拱顶下沉、锚杆抗拔力、渗水压力、围岩压力、钢筋应力等项目的监控量测。为准确的反映围岩和支护结构的变形情况，拱顶下沉及净空位移采用精密水准仪、收敛仪及全站仪量测。施工监测后及时根据监测数据绘制拱顶下沉、水平位移等随时间及工作面距离变化的时态曲线， 了解其变化趋势，并对初期的时态曲线进行回归分析，初步综合判断围岩和支护结构的稳定性。收集可反映施工过程中围岩动态的信息，及时组织各方共同评估，据以判定隧道围岩的稳定增长状态，以及所定支护结构参数和施工的合理性，根据收集信息指导隧道安全施工、动态施工。
8．超前地质预测预报。超前地质预测预报为隧道动态设计、指导隧道施工提供地质依据，保证隧道施工安全。
地质预报应采取长距离宏观预报与短距离准确预报相结合、隧道洞内探测与洞外地面地质调查相结合、钻探方法与物探方法相结合，按设计要求分段采用不同的探测方法，主要有地震波探测、地质雷达探测、超前地质钻和超前钻孔等。各种手段的探测长度不同，采取长、中短程组合探测，结合掌子面地质素描、地表调绘、地表水监测情况、有害气体浓度监测和设计已探明的地质资料，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿于施工全过程。
通过多种超前探测方法的相互验证，预报隧道开挖面前方围岩构造、地质状况及富水情况，并制定出相应的富水地段有效止水方法、破碎带与岩溶等特殊地质地段的隧道开挖方式、稳定围岩的辅助措施和调整初期支护参数或修改衬砌结构类型，最大限度地规避地质风险
6、施工难点及应注意事项
特殊地质风险要素主要集中在：断层、破碎带、突泥突水和塌方冒顶等几个方面。
表3、风险要素汇总表
三、施工组织安排与主要资源配置
1、施工安排原则
1．尊重围岩。围岩是隧道承力结构是重要组成部分，根据围岩的岩性、节理及地质构造有效地控制围岩的变形和破坏是隧道施工的重中之重。即对硬质岩是通过机械开挖技术，光面、预裂爆破等技术减少对围岩的挠动和破坏，以充分发挥围岩固有支护能力；对软弱破碎围岩，是采用支护技术、（预）加固技术和必要的辅助施工措施来增强围岩的支护能力。
2．动态施工。以监控量测和地质预报为手段，及时反馈围岩和支护的变化，掌握隧道前方工程地质和水文地质条件，并对设计文件进行评估确认，及时根据实际进行施工工艺、方法等的调整。
3．1km以上隧道安排双向掘进，1km 以下的隧道安排单向掘进。
4．利用隧道弃砟填筑路基的隧道，施工安排与相邻路基施工同步进行；长隧道紧前安排施工；其他隧道工期条件具备时可在相邻区段内安排流水均衡作业。
5．内实外美。采用新方法、新工艺、新材料不仅使隧道初期支护和二次衬砌具有在使用期内的强度、耐久性、可靠性，同时做到工程简洁、形象佳。
6．科学配置资源。对施工设备、施工方法的选择以快速、体现现代施工技术水平，同时节约资源的原则进行选择。
2、 施工顺序及作业组织方式
1．施工顺序。根据架梁工期要求，对有条件的隧道可安排单口掘进；利用隧道弃砟填筑路基的隧道，施工安排与相邻路基施工同步进行；重点长大隧道先期安排施工；一般短隧道工期条件具备时可在相邻区段内安排流水均衡作业；运架梁需通过隧道时，隧道工期应满足桥梁运架的需要，不过架桥机的隧道满足铺轨工期要求。
2．作业组织。隧道架子队担负施工任务。设掘进、砼生产、衬砌、机修、综合五个班。掘进班负责隧道开挖、支护及洞内出渣；衬砌工班负责隧道衬砌，机修班负责风、水、电及设备维修保养；洞外的出渣运输，场外材料的二次倒运等工作由综合工班负责。
3、施工工期及施工组织安排
项目施工时间为2014年6月28日－2016年12月28日。其中，包含沉降观测大于3个月，首件评估1.5个月，无砟轨道施工2个月；总工期30个月。
隧道按进口、出口、双台横洞3个工区组织施工。按喷锚构筑法原理组织施工，Ⅴ级围岩地段采用三台阶临时仰拱法、三台阶法、六步CD法，Ⅳ级围岩地段采用三台阶法，Ⅲ级围岩地段采用台阶法，Ⅱ级围岩地段采用全断面法施工。
（1）施工进度指标。详见下表4。
注：一般隧道洞口施工准备按3个月计，进场条件较差的洞口，施工准备按4～5个月计；合拢段月施工进度超过80m时，考虑1～2个月的衬砌时间（含沟槽施工），低于80m时可不考虑；各项施工进度指标值可根据具体情况作适当调整，特别当遇到特殊地段时，可考虑降低进度指标或预留一定的处理时间。
4、施工装备
单口施工主要机械设备配置情况。详见下表5。
根据本隧道的长度、地质条件、施工场地和工期要求等情况，应满足大型机械化配套的要求。
四、结束语
超前地质预报、监控量测、大管棚超前预支护、光面爆破、湿喷砼等主要施工技术的应用，成功的实现了新台隧道的快速优质施工。
参考文献：
[1]《隧道与地下工程技术及其发展》 北京交通大学出版社 王梦恕
[2]《中国隧道及地下工程修建技术》 人民交通出版社 王梦恕
[3]《隧道及地下工程》 西南交通大学出版社 关宝树等
作者简介：李永明，男，1980年生，本科学历，工程师，主要从事桥梁、隧道工程施工管理。
论文作者:李永明
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/11
标签：隧道论文; 围岩论文; 地质论文; 超前论文; 混凝土论文; 光面论文; 地段论文; 《建筑模拟》2019年第4期论文;