客运专线铁路大断面隧道施工技术.doc

客运专线铁路大断面隧道施工技术崔俊良(中铁三局集团武广客专XXTJIV标经理部，山西太原030013)摘要：文章以武广客专XXTJIV标段内马山隧道的施工为例。对浅埋、偏压的大断面，隧道的开挖支护、防排水、衬砌及回填注浆等工序的施工方法进行了阐述和总结。关键词：隧道施工；铁路大断面；客运专线中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：10008136(2008)030031031 隧道工程概况11 概述中铁三局武广客专XXTJIV标项目经理部承建武汉一广州客运专线乌龙泉至花都段第标段六单元，线路起讫里程：D1713+53618DKI820+02965，全长10649 km。该标段位于湖南省衡阳市与郴州市之间，其中该标段最南端有一隧道群，包含马山隧道等，共20余座。1_2 马山隧道地质情况马山隧道及该隧道群属丘陵地带、埋藏较浅、洞顶植被较发育。马山隧道属于丘陵区，地表植被较发育，自然坡度较缓，一般20。35。，丘陵上覆Q4el+dl粉质黏土，棕红色，硬塑，夹少量碎石，厚06 m，地表分布有硅质岩块石及孤石。下伏基岩：plq硅质岩、灰岩，褐红、深灰色，强一弱风化，页岩，浅黄色，全风化；plq灰岩，深灰色弱风化，岩体完整。岩层产状为81 o 33o，岩层走向与线路方向夹角为7。进出口为硅质岩，页岩的全风化强风化层，工程性质差，局部地段软硬不一。13 马山隧道水文地质情况隧道范围内地下水类型上部为基岩裂隙潜水，水量贫乏，隧道范围内旱季地下水不发育，地下水主要受大气降水的补给，地下水位季节性波动大。雨季局部地段有裂隙水，附近地下水和地表水对砼无侵蚀性。14 马山隧道设计情况马山隧道位于湖南省郴州市永兴县马田镇境内，设计为双线隧道，进口里程DK1813+741，出口里程DKI813+861，隧道全长120 m，全部为V级围岩。进口段和出口段各16 m设计为明挖法施工，DK1813+757DKI813+845地段设计采用双侧壁导坑法进行施工；DKI813+757DKI813+805共计48 m采用 89长管棚，以及42超前小导管(L：35 m，环向间距04 m)进行超前支护；DKI813+805 DK1813+845共计40 m采用108长管棚进行超前支护。该隧道初期支护采用C25喷射混凝土厚28 cm；钢筋网采用8钢筋制作，网格问距20 cmx20 cm；拱部设置 25、长4m中空注浆锚杆，边墙设置 22、长4 m砂浆锚杆，锚杆间距08 m x10m(环X纵)；全环设置122a钢拱架，钢拱架间距05m。该隧道暗洞衬砌采用复合式衬砌，钢筋混凝土结构，环向钢筋采用HRB335 22，间距20 cm，纵向钢筋采用HPB235巾14，边墙及拱部混凝土厚55 cm，仰拱混凝土厚65 cm。隧道进出口洞门采用长16 m帽檐斜切式洞门，钢筋混凝土结构。由于马山隧道埋深浅，且地下水不发育地下水主要受大气降水的补给，水量贫乏，因此防排水设计偏重于防水措施设计，即主要通过防水板及模筑衬砌防水混凝土的双重作用，以避免地下水从混凝土表面渗人，并将雨季可能出现的较大的裂隙水通过防水体系引至隧道侧沟而排出洞外。该隧道防排水主要措施为： 隧道内设双侧排水沟： 隧道初期支护与二次衬砌间拱墙铺设防水板加土工布防水； 防水板背后设置环向盲沟，防水板下端墙脚处设置纵向盲沟； 二次衬砌沉降缝及环、纵向施工缝采用复合防水处理措施； 隧道采用防水钢筋混凝土，抗渗等级不小于P8； 隧道衬砌施工及变形完成后，进行衬砌背后回填注浆2 隧道施工方案及方法21 隧道开挖支护211 马山隧道暗洞开挖支护施工马山隧道属浅埋、偏压、大断面隧道，隧道暗洞段仅88 m。该隧道在施工时，在进出口洞门段的明挖土方的上半部施工完毕后，预留管棚施工平台，先施工进出口管棚超前支护，再相继开始进口及出口暗洞上部开挖，由于本隧道进出口管棚施工完毕后，全部隧道管棚已经相搭接起来，根据设计建议施工工法及施工条件，计划按照设计采用双侧壁导坑法进行全部暗洞的开挖施工。在洞门段开挖完毕后，发现洞口地质全部属于强风化页岩层，且围岩倾角较大达80。左右，围岩相对稳定。另外，在考察了该隧道群里部分先期开工的几个隧道按照CRD施工的相关情况之后，结合现场制定了优化开挖工法的方案及具体施工方法及开挖安全质量保证措施。施工中，按照调整的开挖工法，上半部采用CD法进行施工，出口和进口相向施工，直至全部隧道贯通后，再进行隧道的下部和仰拱开挖支护施工。下部围岩比较稳定，在开挖支护下部时，拆除上部中隔壁，随逐榀进行下部和仰拱施工。下部施工时，左右侧拉开距离，严格避免上下部同时处于悬空状态。仰拱初支及时跟进并尽快封闭成环。开挖采用机械开挖和人工手持风镐开挖相结合，局部弱爆破，挖掘机或装载机装碴，自卸汽车运输。212 马山隧道暗洞监控量测情况施工中把马山隧道监控量测作为一个重点工序进行控制，施工中地表下沉及洞顶下沉采用水准仪进行监测，周边收敛采用电子记录收敛仪进行监测，在洞口段施工时监测频率适当加密，确实起到了指导施工的作用。地表下沉和洞顶收敛监测时在洞口埋设固定点保证监测的可靠性，采用数据积累回归分析，取相对位移值作为参考值，进口段洞顶最大沉降量为51 mm，在上部开挖完毕后15 d20 d内基本稳定，在下部开挖过程中，沉降量有变化，最大在18 mm左右，待仰拱封闭后，基本稳定，钢架预留沉降量为150 mm，能够满足要求。地表下沉最大沉降量为28 mm，范围在暗洞口8 m12 m范围内，分析主要是在洞口开挖施工过程的下沉和局部土体位移所致。在出口段洞顶最大沉降量为105 mm，在上部开挖完毕后也是15 d-20 d内基本稳定，在下部开挖过程|l，沉降量有变化，最大在24mm左右，待仰拱封闭后，基本稳定，在出口洞口段边坡土体相对软弱，在下雨期问发生了雨水冲击边坡现象，导致了洞口段6 m范围内洞顶下沉较大，为了控制位移的继续发展，及时安设了临时仰拱并进行了封闭，在封闭后进行观察，没有较大发展，并在出口段把预留沉降量增大到200 mm，以防止侵入二次衬砌净空，地表下沉最大沉降量为36 mm，出口仰坡在暗洞口6 m处有一道小裂缝，分析主要是因雨水影响导致的边坡向前方发生位移的原因。周边收敛在上部开挖施工中一侧固定在偏拱，一侧固定在中隔壁上，在进行另一侧开挖施工时，因中隔壁总是发生一定的位移，导致对周边收敛的监测无法真实地反映出周边的收敛值，最后采用全站仪配合收敛仪进行综合监测，进口段最大周边收敛累计值为32 mm，出口段最大收敛值为45 mm，主要集中在下部开挖施工过程中，推测是因在下部施工中，对上部的扰动比较大而引起的。在本隧道全部开挖完毕后又重新布置了两排周边收敛监测点，发现周边收敛值全部在10mm之内，需要特别强调的是在以后的施工中，由于初期预计拱顶沉降量过大，在预留量上的调整不很及时，导致个别地段预留沉降量过大，需要用二次衬砌混凝土进行充填，在一定程度上加大了施工成本。在施工中应综合考虑在施工中安装误差，以及拱角基底是否在稳定的岩石上，待喷射混凝土完毕后立即进行拱顶沉降观测，这样经过多次观测以后，可以总结出钢架安装中出现的误差，以便能够真实地反映安装误差和实际拱顶沉降值，为预留拱顶沉降量提供真实的依据。2-2 隧道防排水2、21 马山隧道各项防排水措施施工方法2211 土工布、防水板铺设铺设土工布首先用作业台车将单幅土工布固定到预定位置，然后用专用热熔衬垫及射钉将土工布固定在喷射砼上。专用热熔衬垫及射钉按梅花型布置，拱部间距05 rn07 rn，边墙部位10 12m。土工布铺设要松紧适度，使之能紧贴在喷射砼表面，不致因过紧被撕裂；过松，土工布褶皱堆积形成人为蓄水点。土工布幅间搭接宽度大于15 cm。铺设防水板先用作业台车将防水板固定到预定位置，然后用手动电热熔接器加热，使防水板焊接在固定土工布的专用热熔衬垫上。防水板铺设要松紧适度，使之能与土工布充分接合并紧贴在喷射砼表面，防止过紧或过松。否则灌注二衬砼时，防水板受挤压破损或形成人为蓄水点。防水板间搭接缝应与变形缝、施工缝等防水薄弱环节错开1 m以上。防水板必须按设计要求进行双焊缝焊接，焊接应牢固，不得有渗漏。防水板间搭接用自动双缝热熔焊接机(即自动爬焊机)按照预定的温度、速度焊接。单条焊缝的有效焊缝宽度不小于15 mm，焊接后两条缝问留一条空气道。焊接前先除尽防水板表面的灰尘再焊接，防水板搭接宽度大于15 cm。2212 环向及纵向盲沟盲沟在初期支护施作完成后，防水板铺设之前安装，结合施工缝布置。纵向盲沟15 m一段，每段纵向盲沟中间设PVC泄水管一处，接至水沟，纵向盲沟采用HDPE 160142双壁打孔波纹管；环向盲沟纵向间距8 m10 m，采用HDPE 50双壁打孔波纹管：纵向盲沟两端及环向盲沟下端进行圆弯接人隧道侧沟。防水板及土工布下端铺至纵向盲管位置，并适当包住纵向盲管，纵向盲管上方50 cm70 cm、防水板及土工布外侧设无砂混凝土作为排水体，厚约10 cm16 cm。洞内盲管施工期问，对盲管应定时清洗，以免管道阻塞引起背后水压升高致使隧道衬砌破坏。221_3 沉降缝及环、纵向施工缝处复合防水处理措施环向施工缝：拱墙及仰拱环向施工缝处设置中埋式止水带，止水带采用遇水膨胀橡胶止水带。拱墙环向施工缝止水带外侧设置环向排水管即注浆止水管，此排水管采用 50打孔波纹管，外包土工布。纵向施工缝：纵向施工缝位于电缆槽底部、内轨顶面以下约8 cm处，混凝土接触丽涂刷混凝土界面剂。沉降缝：马山隧道在DK1814+757、DK1814+845两明暗交界处设置2 cm宽沉降缝，仰拱沉降缝处设置中埋式遇水膨胀橡胶止水带，空隙采用填缝料(沥青木丝板)填塞密实；拱墙处沉降缝处设置钢板腻子止水带，并在衬砌内缘设置钢板接水盒，内缘3 cm范围内以聚硫密封胶封堵，其余空隙采用填缝料(沥青木丝板)填塞密实。222 隧道二次衬砌2221 二次衬砌钢筋施工马山隧道全还设置钢筋，纵向筋采用 14光圆钢筋，环向间距25 cm：环向筋采用 22螺纹钢筋，纵向间距20 cm；箍筋采用 8盘条加工制作。钢筋净保护层厚度为5 cm。钢筋连接采用搭接焊时，其搭接直径不小于10 d，施工中可根据实际情况分段，相邻搭接长度应相互错开，不得位于“同一截面”(两焊接接头在钢筋直径的35倍范围且不小于500 mm以内、两绑扎接头在13倍搭接长度范围且不小于500 mm以内，均视为“同一截面”)，且搭接位置不得位于拱顶。拱墙钢筋安装时，在隧道仰拱填充面上将 22主筋按需要长度单面焊接后，再利用防水板及钢筋安装台车，从一侧由人工依次挪动钢筋，使钢筋按照需要的断面就位，然后按要求将钢筋固定并将两端焊接于仰拱钢筋之上。钢筋保护层厚度垫块采用预制块，数量保证不少于每平方米4个。2222 仰拱衬砌及填充施工仰拱和填充砼超前拱墙施工，仰拱及填充分开施作且严禁半幅施工。仰拱混凝土应分段连续浇筑、一次成型，在仰拱混凝土自中间向两侧对称浇筑，插入式振捣器进行振捣密实。仰拱砼终凝后才可进行填充砼的施工，砼强度达到规范要求后方可在其上方行车。仰拱填充不得与仰拱混凝土同时灌注，且均不得留纵向施工缝；仰拱及仰拱填充前应严格清底，清除虚碴、淤泥、积水和杂物。223 拱墙衬砌施工隧道衬砌在初期支护完成后适时进行。即在围岩量测净空变化速率小于02 mmd，变形量已达到预计总量的80以上，且变形速率有明显减缓趋势时进行，适度紧跟开挖面，拱墙采用整体9 m液压模板台车衬砌，自动计量拌和站集中生产混凝土，泵送混凝土人模，每环在拱顶预留压浆管兼排气管，保证拱顶混凝土与围岩密贴。混凝土采取附着式振捣器振捣，辅以插入式振捣器辅助振捣。衬砌台车在洞外铺轨进行组装。对开挖断面和防排水系统检验合格后移动台车就位。测量定位、加固并清洁台车，均匀涂脱模剂，混凝土采用水平分层、对称浇筑。由于隧道采用高性能混凝土，而且断面大，台车配置专用螺旋千斤顶及丝杠，以防止台车侧偏和减少轨道承受的重压。为保证顶拱封堵密实，在顶部共设置3个封口器，能有效封堵密实顶拱。台车设液压收支与丝杆顶升两套装置，增加台车使用可靠度与收支灵活性。钢模采用8 mm的钢板。224 水沟与电缆槽施工水沟与电缆槽同时在二次衬砌全部完成后施作。盖板预制，沟槽采用架立定型钢模板立模，人工灌注砼，插入式振捣器捣固密实。22、5 综合接地、接触网预埋件施工综合接地、接触网基础预埋槽道及过跪预埋件施工与在二次衬砌及沟槽同时施工。综合接地、接触网预埋件预埋位置严格按设计要求进行施做，保证综合接地线、预埋件位置及质量要求符合设计和施工规范要求。23 衬砌背后回填注浆纵向注浆管设于拱顶模筑衬砌外缘，即防水板内侧，纵向注浆管孔径 20，采用聚乙烯管，聚乙烯管上打孔。在防水板敷设完成后，采用胶粘于防水板内侧，结合施工缝布置，注浆管8 m10m一段，两端分别与预设的 20镀锌钢管注浆1：3相连接。镀锌钢管注浆口应突出衬砌内缘3 cm一5 cm，以便与注浆机注浆管相连接。施工中应注意做好钢管位置止水带穿孔处理防水措施。隧道衬砌施工及变形完成后，选择合理的注浆参数和浆液配比；先试验后注浆；注浆过程中，严格控制注浆压力，实现注浆段无线流。防止出现结构变形、串浆等现象；注浆结束后，通过雷达做无损检测，注浆效果进行检查，对背后有空洞或不密实地段继续注浆，直至合格。3 施工小结及体会(1)在客专大断面隧道开挖施工中，对设计工法的调整和优化上，必须考虑周全，科学合理，谨慎的制定详尽的安全质量保证措施，确保施工安全。(2)客运专线隧道防水等级的要求很高，要求应达到国家标准地下工程防水技术规范)(GB50108)规定的一级防水标准，二次衬砌结构不允许渗水，二次衬砌结构表面无湿渍。因此，施工中应尽最大努力从根本上解决以往隧道防排水施工中的一些通病，重视防排水施工过程中质量控制。(3)客运专线隧道基底处理，在开挖成形后仰拱施作前，利用地质雷达或钻孔进行底部5 m内的地质探测，预测预报仰拱地质情况，与设计不符或存在岩溶或软岩层等隐患时及时进行变更，采取加固措施后进行仰拱的施工。(4)隧道的施工，安全最重要，尤其是大断面隧道，应充分降低隧道塌方等安全风险。因此，仰拱及仰拱填充应紧随开挖进行，以确保隧道施工安全，降低安全隐患。为减少仰拱及填充施工与出碴运输的干扰，采用仰拱栈桥跨过施工地段，栈桥以9 m12 m为宜。(5)加强隧道拱墙衬砌时拱顶封闭施工的监控，确保拱顶密实度达到要求。改善台车封堵孔的布置间距。在节长9 m的台车上合理布置封堵孔，在顶模布置3个封堵孔，避免空洞出现。(6)客专隧道衬砌采用满足耐久性要求的高性能混凝土，对混凝土原材料、配合比设计、施工工艺、质量控制提出了更高要求。因此在施工中，应加强与之配套的试验工作，从混凝土原材料的质量、混凝土配合比、混凝土的拌制、运输、混凝土的灌筑