PAGEPAGE13xx客專xx隧道綜合施工技術(shù)1、工程概況xx隧道位于xx省xx市境內(nèi)，起訖里程DⅡK1560＋785～DⅡK1570＋900，全長10.115Km，是xx客運專線的重點控制性工程之一，也是我國第一條穿越水底及市區(qū)的大斷面鐵路隧道。xx承擔xx隧道出口（南端）DⅡK1565＋743～DⅡK1570＋900段施工任務，長度5157m。其中暗挖隧道3959m，明挖隧道1018m，洞外引道180m，輔助坑道有一斜井和一豎井（3#）。共分三個工區(qū)組織施工，分別為斜井、豎井、出口工區(qū)，各工區(qū)的任務劃分如下圖所示。隧道設計為單洞雙車道，斷面總寬約14.8m、總高約12.7m，斷面面積約160㎡，隧道出口位于R－9000m的左偏曲線上，其它地段均為直線，縱坡呈“V”字形，最大縱坡20‰，隧道縱坡最低處位于斜井與正洞交叉口位置。隧道圍巖主要為泥質(zhì)砂巖，巖石破碎，強度低，整體性差。暗洞除過機場路56m為Ⅵ級圍巖外，其它地段主要以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主，其中Ⅳ級圍巖1350m，Ⅴ級圍巖2050m。2、工程特點及難點2.1工程特點2.1.1地質(zhì)條件較差，埋深淺，施工難度大隧道圍巖巖性主要以泥質(zhì)砂巖為主，中間夾有薄層石膏，巖石強度低，單軸抗壓強度最大為5～8Mpa，且地下水豐富，遇水后極易軟化成泥狀，造成巖體失穩(wěn)和邊坡坍塌。暗挖段平均埋深49m左右，其中xx南岸埋深僅15～29m。明挖暗埋段最大開挖深度為20m，邊坡穩(wěn)定性一般。2.1.2施工風險大，安全管理難度大xx為一通航河道，河水正常水深7m多，洪水季節(jié)可達到14m以上。xx隧道以19.1～23.8m較小埋深穿越xx河槽及黃花向斜構(gòu)造，為我國第一座穿越河底的鐵路隧道。地表水體豐富并略具承壓性，洞內(nèi)巖體破碎，開挖后易出現(xiàn)掌子面及后部洞身突涌水、坍塌，防災救援方面具有很大難度，施工投入大，安全風險較高。2.1.3施工工藝新、標準高xx隧道所采用的三大技術(shù)目前在國內(nèi)均屬于首次應用。其一是xx隧道“銑鉆法”開挖技術(shù)，可最大限度地減小對圍巖的擾動，在鐵路建設史上是一個全新的技術(shù)。其二是全封閉防水，防水卷材采用EVA自粘式防水板，其理念主要體現(xiàn)在“皮膚式”防水思想及預鋪后粘施工技術(shù)；其三是過河段采用全斷面預加固技術(shù)，掌子面采用18m長的玻璃纖維錨桿，可有效加固隧道開挖前方的巖體，提高隧道施工安全度。2.2工程難點2.2.1下穿xx地段施工隧道于DⅡK1568+666～DⅡK1569+028段下穿xx，共計362m，并與黃花向斜相連，施工過程中極易發(fā)生較大規(guī)模的突涌水及隧道坍塌、掌子面失穩(wěn)等現(xiàn)象。2.2.2下穿機場高速公路地段施工隧道于DⅡK1570+146～DⅡK1570+202段（56m）下穿機場高速公路，采用暗挖法施工。隧道基本位于第四系土層中，圍巖級別為Ⅵ級，地質(zhì)條件差，洞頂埋深淺（洞頂距高速公路路面僅8m），地表道路交通流量大，且路面總沉降量要求不超過2cm。2.2.3斜井下穿魚塘段施工斜井XDK0＋355～+389段下穿水塘（水塘為山溝溝口筑壩而成水庫），長34m，水深約5.5m，埋深約12m（隧道拱頂至水底）。隧道埋深淺，上覆水塘富水體極易沿隧道圍巖貫通裂隙產(chǎn)生滲水，從而造成巖體失穩(wěn)產(chǎn)生坍塌。2.2.4下穿地表敏感建筑物和城區(qū)道路施工隧道所穿越部分地段地面建筑物密集、道路較多。建筑物結(jié)構(gòu)簡易，以居民區(qū)和廠房為主，所穿越的道路大部分為城市主干道，交通流量大。在施工過程中，極易因隧道圍巖變形或地下水滲漏引起地表沉降，導致建筑物破壞，甚至出現(xiàn)倒塌事故。3、關鍵工序施工技術(shù)3.1超前支護在超前支護措施方面，按照設計要求，Ⅳ級圍巖采用φ25mm中空錨桿，Ⅴ級圍巖一般地段采用φ42mm小導管進行超前支護。超前錨桿及小導管單根長度均為3.5m/根，布設范圍為拱部140°內(nèi)，環(huán)向間距40cm。隧道在淺埋及下穿xx地段設計采用φ108mm超前長管棚套打φ42mm小導管進行預支護，管棚長度18m，縱向搭接長度不小于6m，12m/環(huán)，環(huán)向間距40㎝，外插角≯12°；小導管長度3.5m，縱向搭接不小于1.0m，環(huán)向間距40㎝，外插角10°～20°。3.1.1設備配置按照支護措施要求，通過對工效、經(jīng)濟性等各方面進行比較，在設備配置上根據(jù)不同的支護方式分別采用水平坑道鉆機和C6鉆機施作超前支護。水平坑道鉆機主要施作超前錨桿、超前小導管；C6鉆機主要施作超前管棚。C6鉆機主要性能參數(shù)表序號項目單位參數(shù)1動力配置kW962行走速度km/h2.23機體運輸尺寸mm7712×22250×227674重量T12.75動力頭最大扭矩矩kN·m13.556鉆孔直徑mm≤2507最大水平鉆孔高高度mm37028單根鉆桿長度m39最大推進力kN353.1.2管棚施工管棚施作前，首先在掌子面位置處架設1榀I20a工字鋼架作為導向架，采用錨桿進行固定，在鋼架中心按照管棚環(huán)向間距開孔。然后在掌子面后方距導向架1.0m處再架設1榀I20a鋼架，并與上一循環(huán)鋼架聯(lián)結(jié)固定。根據(jù)管棚施作位置，C6鉆機就位以后，按照設計的外插角度進行鉆孔。管棚施作完成后，在兩榀鋼架中間再增設1榀I20a工字鋼架，以滿足0.5m/榀的間距要求，并及時噴射砼封閉。3.2全斷面預加固施工技術(shù)xx隧道于DⅡK1568+666～DⅡK1569+028下穿xx河底，全長362m，為了確保過河段的施工安全，掌子面在開挖之前，首先打設Φ25mm玻璃纖維錨桿進行預加固。玻璃纖維錨桿長度18m，1.5m×1.5m梅花型布置，縱向搭接不小于6m，12m/環(huán)，外插角1°～3°。玻璃纖維錨桿的特點是既能保證掌子面穩(wěn)定，又便于機械開挖，其抗拉強度是抗剪和抗扭強度的3～5倍。xx隧道采用掌子面預加固技術(shù)是基于前期“新意法”之上的一項全新技術(shù)，是根據(jù)目前我國隧道施工現(xiàn)狀所提出的一種新的理念和技術(shù)，在xx隧道屬于首次應用。通過對掌子面進行預加固以后，將隧道由多臺階轉(zhuǎn)換為全斷面或半斷面開挖，同時也可以加大開挖進尺，可以有效提高施工進度，同時也能夠充分發(fā)揮大型設備功效，有利于實現(xiàn)機械化作業(yè)。掌子面預加固施工流程主要為鉆孔→錨桿安設→封口→注漿→退出設備→開挖，配置水平坑道鉆機進行鉆孔，孔徑φ75mm。鉆孔成型后，開始安設錨桿，錨桿單根長度為6～10m，中間采用連接器進行連接。注漿采用全孔后退式一次進行注漿，注漿材料為1：1水泥漿液。在錨桿施作完成3小時以后，開始安排進行掌子面開挖。通過預加固技術(shù)的實施，保證了掌子面的穩(wěn)定，從而確保了過河段的安全順利施工。3.3開挖根據(jù)xx隧道圍巖差、埋深淺、地表敏感建筑物多、以及下穿xx、漁塘等困難地段的特點，在開挖方式的選擇上，采用了機械法與弱爆破法相結(jié)合的“銑鉆法”施工技術(shù)，該技術(shù)目前在國內(nèi)大斷面鐵路隧道屬于首次應用。在開挖方法上，除下穿機場路段采用雙側(cè)壁導坑法施工外，其余Ⅳ級、Ⅴ級圍巖均采用兩臺階四部法施工。銑挖法開挖：銑挖法主要用于巖體完整性較差的中硬巖地段，在巖石強度小于20Mpa以下時其功效較為明顯。其主要特點是對圍巖擾動小，超欠挖容易控制，安全性高。采用銑挖法施工的機械設備主要有兩類，一類為裝配式銑挖機，一類為整體式懸臂掘進機。目前，該兩類設備在xx隧道均進行了使用。其中裝配式銑挖機設備配置為ZAIS330挖掘機+ER1500-1S銑挖頭；整體式銑挖機為EBZ160S型懸臂掘進機。根據(jù)本隧道的實際情況，隧道斜井井身上半斷面采用銑挖法開挖，下半斷面采用弱爆破法開挖。銑挖法開挖時其開挖部位分為左右兩側(cè)，先開挖周邊1.0m～1.5m寬范圍，后開挖掌子面中心部位。由于斷面修邊困難，局部采用人工風鎬修整。開挖出碴流水線作業(yè)，施工進度較快。開挖進尺1.5m～2.0m，月施工進度可以達到60m左右。銑挖法（懸臂掘進機）工藝流程圖掌子面降水掌子面降水按預先設計好的斷面銑挖修整輪廓線、人工局部處理退出保養(yǎng)場地清理噴水除塵、出碴移位并按設計斷面銑挖懸臂掘進機就位施工準備（高壓電纜、輸水管線安裝）施工機械設備配套及選型開挖斷面參數(shù)設計核定斷面尺寸弱爆破法開挖：隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖開挖方式采用弱爆破法，弱爆破主要體現(xiàn)在兩個方面，一個是炸藥單耗小（每立方的炸藥用量）、一個是一次起炮藥量少。具體結(jié)果就是將爆破振動速度和對圍巖的擾動控制在合理范圍以內(nèi)，以確保圍巖的穩(wěn)定和地表建筑物的安全。由于xx隧道圍巖巖性為泥質(zhì)砂巖，巖石完整性較差，強度低，且埋深淺，地表建筑物密集，對爆破參數(shù)的選定非常重要。通過現(xiàn)場多次優(yōu)化比選，在爆破方式上主要采用的是以斜眼楔形掏槽的光面爆破，按照“密打眼、少裝藥、分段爆”的原則進行布眼和聯(lián)線，周邊眼的眼距控制在35cm左右。周邊眼采用導爆索進行爆破；其它輔助眼、底板眼采用導爆管進行爆破，按照由內(nèi)到外的爆破順序通過采用不同段別，實現(xiàn)分層、分段爆破，裝藥結(jié)構(gòu)采用空氣柱狀裝藥。通過對爆破參數(shù)的認真比選，隧道達到了光面爆破的效果。爆破后斷面圓順、齊整；同時炸藥單耗控制在了0.5kg/m3左右，一次最大起爆藥量控制在10kg以內(nèi)。通過實地監(jiān)測，爆破振動速度為2.8cm/s，遠小于規(guī)范所規(guī)定的小于10cm/s的要求。在開挖方法上，隧道開挖共分為四個部分完成（如下圖）。第一步：開挖上臺階（①部），考慮斷面總體高度、機械正常操作空間等因素，將上臺階高度控制在6.5m左右，長度控制在35～45m。第二步：開挖下臺階左側(cè)（②部），開挖到邊墻鋼架底部，臺階高度為3.8m，在線路右側(cè)修臨時便道，下臺階左側(cè)完成10～15m時停止施工，將便道改至左側(cè)，開始下臺階右側(cè)施工。第三步：下臺階完成20m時，開始仰拱施工（④部），仰拱采用12m臨時棧橋，全幅開挖、澆注，仰拱與下臺階距離20m～30m。3.4襯砌施工技術(shù)xx隧道暗洞及明挖DⅡK1569+650～DⅡK1570+146段（共4459m）設計為拱形結(jié)構(gòu)襯砌，明挖DⅡK1570+202～+720段（共518m）設計為矩形結(jié)構(gòu)襯砌，明挖DⅡK1570+720～+900段（共180m）設計為U形敞口結(jié)構(gòu)襯砌。隧道正洞暗挖地段及明挖DⅡK1569+650～DⅡK1570+146段（共4459m）采用10.2m長的液壓模板臺車組織施工；機場路以南明挖暗埋段（518m）矩形結(jié)構(gòu)采用模板臺架和滿堂支架進行襯砌施工；U形結(jié)構(gòu)（180m）采用支架配合大模板進行襯砌施工。襯砌砼采用拌合站集中拌合，砼輸送車運輸，泵送砼入模，模板臺車、臺架由廠家加工，臺車長度為10.2m，模板臺架長度為8m。搗固采用模板臺車上附著式振動器及插入式振搗器聯(lián)合振搗。模板臺車頂部按要求每組留2個注漿孔。隧道襯砌按照“先仰拱、后拱墻”的順序組織施工，仰拱采用簡易棧橋進行整體澆注，拱墻混凝土利用10.2m長的液壓模板臺車施工。隧道襯砌采用C40防水鋼筋砼，襯砌在施工前，先鋪設全圓防水層，然后施作仰拱及仰拱填充，仰拱施工長度每10m一組。為了保證洞內(nèi)運輸暢通，施作仰拱時在其上面搭設12m的鋼棧橋。明挖段襯砌結(jié)構(gòu)形式分為矩形和U形，結(jié)構(gòu)形式如下圖：4、隧道防排水技術(shù)xx隧道設計為防水型襯砌和排水型襯砌，防水型襯砌采用“以防為主，多道設防”、排水型襯砌采用“以防為主，防排結(jié)合”的原則進行防排水施工，達到防水可靠，經(jīng)濟合理，不留后患的目的。隧道防水由初期支護注漿堵水、全封閉柔性卷材防水層、止水條、止水帶和二次襯砌結(jié)構(gòu)自防水等組成。xx隧道DⅡK1565＋743～DⅡK1567＋097（1354m）、斜井XDK0＋000～+300、疏散通道設計采用排水型襯砌結(jié)構(gòu),其余所有輔助坑道及正洞均采用全包型防水襯砌，防水等級要求達到《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的一級，襯砌表面無濕漬。防水板采用自粘式防水板，該防水板可與現(xiàn)澆混凝土直接粘貼，防止地下水在防水板與二次襯砌之間漫流，其設計理念主要體現(xiàn)在“皮膚式”防水思想及預鋪反粘施工技術(shù)。鋪設防水板前，先檢查隧道初期支護的滲漏水情況，對有滲漏水的初支表面采取注漿管注漿或化學注漿方式進行處理，在初支表面無濕漬的情況下方可進行防水板鋪設作業(yè)，隧道全環(huán)鋪設防水板。防水板鋪設采用專用臺車進行，超前二次襯砌10～15m施工。鋪設前進行精確放樣，彈出標準線進行試鋪后確定防水板一環(huán)的尺寸，盡量減少接頭。防水板卷材的搭接采用雙縫焊接，每幅防水板邊預留15cm的EVA胎基，此范圍內(nèi)取消焊接面的土工布及粘結(jié)層，保留迎水側(cè)的土工布或粘接層及背水側(cè)的粘接層，以便現(xiàn)場焊接。防水板兩側(cè)預留EVA胎基15㎝，采用爬焊機先進行環(huán)向接縫焊接（焊機型號為TH-501）；焊機溫度控制在380℃左右，爬行速度為2.5～3.0m/min。環(huán)向接縫焊接結(jié)束后，再進行縱向焊接，縱向EVA胎基預留寬度為15㎝。在環(huán)、縱向接縫焊接完以后，再采用35㎝寬雙面自粘式防水板貼條對焊縫位置進行封閉。5、超前地質(zhì)預報和監(jiān)控量測超前地質(zhì)預報:施工前采用綜合地質(zhì)預報方法探明開挖面前方的地質(zhì)水文情況。首先，采用長、短距離（地質(zhì)雷達、TSP）的綜合超前地質(zhì)預報的方法，對隧道前方進行詳細的地質(zhì)探測。采用鉆機（豎井工區(qū)采用XY-1型水平地質(zhì)鉆機、