談高速鐵路隧道防排水施工關(guān)鍵技術(shù)

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摘要：嚴(yán)寒地區(qū)隧道工程受氣候環(huán)境影響，如出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象將極大影響列車的正常運營，既有嚴(yán)寒地區(qū)鐵路隧道工程出現(xiàn)的主要病害以凍脹為主。本文以牡佳客專隧道工程施工作為研究對象，根據(jù)設(shè)計理念，精心組織，科學(xué)管理，掌握了深埋環(huán)向透水盲管及縱向深埋中心管溝從開挖、加固到施做的全過程關(guān)鍵技術(shù)，提高了工程質(zhì)量，保障了嚴(yán)寒地區(qū)隧道工程的質(zhì)量及運營安全。

關(guān)鍵詞：嚴(yán)寒地區(qū)；隧道；防排水

目前，我國已建成投入運營的高速鐵路或客運專線接近3萬公里，穩(wěn)居世界第一位。同時，我國高速鐵路在完成基本干線網(wǎng)絡(luò)的同時，在邊遠(yuǎn)地區(qū)逐步進(jìn)行完善。受東北地區(qū)嚴(yán)寒氣候環(huán)境的影響，鐵路在運營期間多處隧道出現(xiàn)了凍脹病害，影響鐵路線路的正常運營。為降低隧道凍脹病害的影響，確保排水暢通，牡佳客專隧道防排水工程采用了環(huán)向深埋盲管和縱向深埋中心管溝的設(shè)計。深埋環(huán)向盲管和縱向深埋管中心管溝在施工過程中，極易造成超挖，如按照設(shè)計工序施做，甚至?xí)斐蓪σ咽┕ね瓿沙踔т摷艿钠茐?，造成極大的安全隱患。因此，進(jìn)行嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水工程的施工，首先，要確保臨近初支鋼架的安全，同時，要滿足控制超挖，降低砼損耗的要求，保證工程質(zhì)量，需重點解決爆破、開挖及現(xiàn)場施工組織等關(guān)鍵技術(shù)問題。牡佳客專為設(shè)計速度250km/h的雙線高速鐵路，項目位于黑龍江省牡丹江至佳木斯之間，根據(jù)既有氣象資料表明，沿線各地區(qū)歷年最冷月平均氣溫為-15.3～-18.23℃，累年極端最低氣溫為-32.8～-38.8℃，屬嚴(yán)寒地區(qū)。由中鐵十四局承建的牡佳客專六標(biāo)吉豐隧道位于低山丘陵區(qū)，沿線地形起伏較大，隧道全長1209m，最大埋深67m，隧道巖性以混合花崗巖為主，其中Ⅴ級圍巖769m，Ⅳ級圍巖325m，Ⅲ級圍巖115m。為確保嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水工程質(zhì)量，減少凍害的發(fā)生，隧道在設(shè)計時采用了深埋環(huán)向透水盲管，縱向排水溝采用了深埋中心管溝，以確保排水暢通。項目部在施工過程中，根據(jù)設(shè)計理念，精心組織，科學(xué)管理，掌握了深埋環(huán)向透水盲管及縱向深埋中心管溝從開挖、加固到施做的全過程關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)形成了嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水工程施工關(guān)鍵技術(shù)，保障了隧道的工程質(zhì)量及運營安全。

1嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路隧道防排水施工關(guān)鍵技術(shù)概述

1.1采用控制爆破配合機械作業(yè)，嚴(yán)格控制開挖斷面

基于現(xiàn)有隧道防排水工程的施工技術(shù)，結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)對隧道防寒施工的相關(guān)要求，環(huán)向深埋盲管施工時如全部采用爆破技術(shù)，則難以控制開挖斷面，造成深埋環(huán)向盲管定位不準(zhǔn)及填充砼的浪費。采用控制爆破輔以機械開挖，可按照設(shè)計要求嚴(yán)格控制環(huán)向盲管位置及斷面尺寸。

1.2調(diào)整施工順序，減少對鋼架的擾動

根據(jù)設(shè)計要求，當(dāng)圍巖等級為Ⅳ級或Ⅴ級圍巖時，需在鋼架施工完成后再進(jìn)行深埋環(huán)向盲管施工，此時，拆除鋼架，或采用爆破技術(shù)施工環(huán)向深埋盲管，易對已施工完成的初支造成破壞擾動。為減少擾動，確保安全，現(xiàn)場施工時，通過嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，調(diào)整初支與深埋環(huán)向盲管之間的作業(yè)順序，在爆破開挖完成后，初支施工前，即進(jìn)行深埋環(huán)向盲管施工，保證了初支施工質(zhì)量，提高了施工效率。

1.3精確定位，深埋中心管溝與下臺階同時爆破成型

當(dāng)隧道圍巖等級為Ⅴ級圍巖時，按照設(shè)計要求，先施工初支鋼架，并在中心管溝兩側(cè)增設(shè)鎖腳錨管以固定鋼架，之后對深埋中心管溝進(jìn)行爆破開挖。因深埋中心管溝底部距離1.2～1.5m，底寬1.0m,坑壁坡比1:0.2。當(dāng)初支施工完成，再次進(jìn)行爆破開挖時，極易對初支鋼架造成結(jié)構(gòu)性破壞，影響初支穩(wěn)定性。現(xiàn)場施工時，通過對深埋中心管溝進(jìn)行精確定位并加深炮孔的方式，將深埋中心管溝與下臺階一次爆破成型，現(xiàn)場開挖時輔以機械鑿除，做到開挖完成后先施工深埋中心管溝，再施工初支鋼架，減少了二次爆破對初支的損傷，有效地保證了初支工程質(zhì)量，提高了施工效率。

2施工工藝流程及操作要點

本研究是結(jié)合隧道現(xiàn)場開挖及初支施工進(jìn)行的關(guān)鍵工序控制的總結(jié)，為此，需從初支開挖施工開始逐項進(jìn)行關(guān)鍵控制，隧道深埋防排水工程施工的主要控制要點如下。

2.1施工準(zhǔn)備

深埋防排水工程在進(jìn)行施工前，做好爆破作業(yè)的工作面準(zhǔn)備。環(huán)向深埋盲管需在開挖完成后，并完成排險的情況下，進(jìn)行后續(xù)爆破作業(yè)施工?？v向深埋中心管溝施工前，根據(jù)相關(guān)要求，確保一次進(jìn)尺不大于3m。

2.2控制爆破

深埋環(huán)向盲管施工需采用弱爆破施工技術(shù)，達(dá)到對開挖坑槽巖體的松動效果，通過機械配合，完成環(huán)向深埋盲管坑槽的開挖。深埋縱向中心管溝需通過提前準(zhǔn)備工作面，做到中心管溝準(zhǔn)確定位，實現(xiàn)中心管溝與下臺階同時爆破。兩種爆破方式雖然爆破深度、規(guī)模及控制參數(shù)差異較大，但均屬于控制爆破范疇，即通過炮孔深度、間距、裝藥量等參數(shù)的調(diào)整，實現(xiàn)爆破效果。根據(jù)深埋環(huán)向盲管及深埋中心管溝的設(shè)計尺寸及位置，結(jié)合現(xiàn)場圍巖情況，現(xiàn)場采用的爆破參數(shù)如下：深埋環(huán)向盲管炮眼布置時盡量做到炮眼與臨界面垂直，在條件不具備的情況下，可適當(dāng)將炮眼角度外傾0～5°。因現(xiàn)場施工時圍巖為Ⅴ級強風(fēng)化混合花崗巖，因此炮眼間距定為0.8m，當(dāng)圍巖等級發(fā)生變化時，可根據(jù)現(xiàn)場情況對炮眼間距及裝藥量等爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.3機械修整

受爆破規(guī)模及圍巖巖性影響，爆破完成后的深埋管溝坑槽截面尺寸較設(shè)計往往存在一定偏差，此時，通過機械輔助施工，如挖掘機巖石臂、破碎錘等設(shè)備，可實現(xiàn)深埋管溝的開挖尺寸，提高施工效率。由于現(xiàn)場巖性較為破碎，且經(jīng)過松動爆破，現(xiàn)場采用了小松220挖機加裝松土器即可完成環(huán)向盲管溝槽的開挖，必要時，可將松土器換裝為破碎錘，可對較為堅硬部位凸起進(jìn)行修平。

2.4深埋管道施工

深埋管溝坑槽開挖完成后，按照設(shè)計要求施工深埋環(huán)向盲管或深埋中心管溝。深埋環(huán)向盲管施工時需盡量縮短施工時間，確保初支盡快施做。深埋中心管溝施工時，同樣需要壓縮施工時間，防止下臺階開挖完成后暴露時間過長，影響初支整體穩(wěn)定。

2.5初支施工

深埋環(huán)向盲管或深埋中心管溝施工完成后，按設(shè)計要求進(jìn)行初支施工。此時，初支施工沒有爆破擾動的風(fēng)險，可有效保證初支鋼架的穩(wěn)定性及噴射砼強度。

2.6監(jiān)控量測

為確保該研究的安全性，驗證圍巖穩(wěn)定性，選擇靠近環(huán)向盲管位置斷面進(jìn)行驗證，其中進(jìn)口DK230+843.5、出口DK230+931.5斷面均設(shè)計有深埋環(huán)向盲管，環(huán)向盲管施工時采用了該工法，選擇DK230+840、DK230+935兩個監(jiān)控量測斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時，選擇距離深埋環(huán)向盲管較遠(yuǎn)的DK230+860、DK230+920兩處斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)可知，在深埋環(huán)向盲管施工過程中，對附近圍巖擾動較小，監(jiān)控量測數(shù)值無明顯變化，可有效保證施工安全。

3結(jié)語

隨著我國高速鐵路的快速增長和線路的長期運營，東北嚴(yán)寒地區(qū)的高鐵面臨著隧道凍脹的危害，在運營過程中，隧道凍脹工點時有發(fā)生。該研究通過采用控制爆破結(jié)合機械施工環(huán)向盲管溝槽，保證了深埋環(huán)向盲管溝槽的定位準(zhǔn)確，同時，減少了開挖方量；通過適當(dāng)降低臺階高度，并對縱向深埋中心管溝與下臺階同時爆破開挖，做到深埋中心管溝一次開挖成型，避免了仰拱鎖腳錨管施工完成后再進(jìn)行爆破開挖從而對初支產(chǎn)生的擾動，有效確保了施工安全，并加快了施工效率。該研究的成功應(yīng)用，可有效確保防排水施工質(zhì)量，確保施工過程安全，達(dá)到了設(shè)計的排水效果，減少了后期凍脹病害的發(fā)生，為我國北方嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路隧道防排水工程施工提供一種系統(tǒng)全面的可借鑒的方法和經(jīng)驗，體現(xiàn)出較高的參考價值及良好的推廣應(yīng)用前景，具有積極的社會示范意義，取得了良好的社會效益，也將為我國嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水施工提供一種系統(tǒng)全面的可借鑒的思路和經(jīng)驗，體現(xiàn)出較高的參考價值及良好的推廣應(yīng)用前景。

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作者：徐宇杰 單位：中鐵十四局集團第四工程有限公司