浅谈高速铁路隧道施工控制要点

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　　摘要：结合武广线等高速铁路项目隧道的施工经验，对高速铁路隧道施工控制要点，从施工测量、洞口防护、洞内支护及防排水施作等方面进行了总结，为以后类似隧道施工提供参考。
　　关键词：高速铁路；隧道；施工要点
　　Abstract: This paper combine with the Wuhan-Guangzhou high-speed railway line project tunnel construction experience, sum up the high-speed railway tunnel construction control points, construction measurement, cave protection, inside the cave, support and anti-drainage facilities, provide a reference for the future similar tunnel construction.Key words: high-speed rail; tunnel; construction points
　　中图分类号：U238文献标识码：A文章编号：
　　1.概述
　　 近几年，随着我国铁路建设的发展，高速铁路的建设也进入了一个快速发展时期，由于高速铁路的运营的高可靠性，对隧道土建施工从贯通精度、隧底结构施作精度、隧道防排水等方面都提出了更高要求，加之目前采用的时速200km～350km双线隧道断面是过去普速单线隧道的2～3倍，隧道断面较普速铁路隧道断面更大，也给隧道施工安全保证、施工风险控制提出了更高要求。因此，高速铁路隧道施工较过去时速120km的普速铁路隧道的修建有相同的地方，当其施工控制要点或其要求也有很多不同。通过参加武广线等高速铁路项目的工作，高速铁路隧道的各种施工方法中，在控制测量完成后，其主要施工工序包括：洞口排水系统→边仰坡开挖及防护→进洞施工→洞身开挖→初期支护→防、排水施工→二次衬砌→附属工程施工；在进洞施工工序展开，洞口二次衬砌施作后及时施作洞门。
　　 其中隧道施工测量、洞口施工、洞身开挖及支护、防排水施作等方面在施工风险控制、质量控制显得尤为重要。
　　 2.隧道施工测量
　　 施工测量在隧道工程中起着相当重要的作用，一般可分为两个部分:一是保证隧道开挖按规定的精度要求贯通；二是严格控制超欠挖使衬砌结构符合设计要求。其中贯通测量尤为重要，这主要由于高速铁路要求的线路平顺度高，道床要求精度高，特别是无碴道床，因此线路采用的曲线半径大。而贯通误差过大，在普速铁路中，由于线路曲线半径小，标准低，贯通后，通过线路拟合能较为容易的调整贯通误差引起的线路平顺度，一般也不会造成土建工程的报废；而在高速铁路中，贯通误差过大，线路很难拟合，往往会造成土建工程的报废，以顺应线路的平顺度。为做好隧道施工测量，一般按“先总体、后局部”的控制的原则开展工作。
　　 “先总体”即洞外总体控制，作为指导隧道施工的测量工作，在隧道施工前要建立具有必要精度的、独立的隧道洞外施工控制网，宜优先采用GPS测量，洞口不能少于三个平面控制点作为引测进洞导线点的依据[1]。
　　 “后局部”即洞内分级控制。洞内平面控制洞内控制点控制正式中线点,也是洞内二次衬砌和洞内其他建筑物施工放样的必要依据，正式中线点控制临时中线点；临时中线点控制掘进方向。洞内高程控制与平面控制方法一样，即采用临时水准点控制开挖面的高低，正式水准点控制洞内衬砌和洞内建筑物的高程位置。一般选取两条进洞联系边向洞内同时传递方向和坐标，以代替过去洞内与洞外导线单一连接方式。这种传递方式可以使洞外与洞内的导线闭合进行检核，也可以提高洞内导线贯通精度。
　　3.洞口工程施工
　　3.1.洞口排水系统
　　 为防止地表水冲刷，洞口施工前首先应根据洞门边仰坡开挖线控制，放样施工截水天沟，以确保有效拦截地表水渗入洞内。实际施工时，应根据地形条件、地表植被、自然沟渠、洞口场地布置等情况在设计的基础进行必要的优化，人工开挖天沟时，务必将挖出的虚土运走或夯实后原地利用，避免沟底虚碴，防止水沟开裂。截水天沟应用具接入场地施工期间排水沟渠等，形成完整的排水系统。
　　3.2边仰坡开挖及防护
　　 边仰坡开挖前，设置地表沉降、地表位移观测点，测点一般单排设7～11点，每5～10米设置一排。洞口接高边坡路堑，边坡顶增设观测点，边、仰坡开挖前开始观测初始数据。
　　 测量放样，洒白灰标示出开挖边线，自上而下逐段、逐层开挖。开挖完成后，检查坡面成型质量，按设计施作采用锚、喷、网联合防护或骨架护坡等防护措施。
　　 对于富水、土质地段，开挖洞口段路堑时，应加强监测，并施工临时防护措施，通常以喷混凝土为主，避免永久支护施作前，开挖面暴露时间过长，造成坡面失稳溜坍。若发现边坡喷锚后出现坡脚垮塌现象，可通过在边坡增设泄水孔泄水、设置小导管局部注浆等方法加强临时防护。
　　3.3洞口超前支护
　　 目前，高速铁路隧道洞口超前支护一般以大管棚为主，这也体现了为保证洞口安全，加强洞口安全防护措施的要求。洞口大管棚施工，为保证管棚施作要求及施作安全，一般应先施作导向墙，导向墙施作也成为洞口防护的关键点之一。
　　 施作导向墙时，尽量利用原状土做底模，导向墙内设置2～3榀格栅钢架，钢架外缘焊导向管。导向管安装时，注意考虑大管棚设计外插角及线路纵向坡度，使管棚起到最好的超前支护作用。由于洞口地质条件一般较差，甚至由于土石界面的凹凸不平，导向墙基础应根据开挖情况置于较为稳定的地层上，或采取扩大导向墙拱脚，必要时增设托梁，减少洞口段沉降。而不能局限于设计的拱部120度或180度范围，否则由于导向墙本身的不均匀沉降，极易导致管棚的角度控制不好，失去导向墙的作用；导向墙施作完成后，还应于导向墙顶，及两拱脚处埋设测点，观测导向墙位移情况，若变形大，还需做进一步处理。
　　4.洞身开挖及支护控制
　　4.1测量放样及钻爆开挖
　　 隧道断面开挖控制的好坏，其直接影响工程质量、进度与成本，当一次开挖爆破后的断面小于设计断面就必须进行返工处理；当一次开挖爆破后的断面大于设计断面时，在进行二次衬砌时就必须采用同级混凝土回填。从而大大提高了成本，造成浪费。而为保证隧道开挖断面控制，主要取决于测量放样及钻爆开挖。
　　 测量放样不宜采用传统的“画线法“，即放样出开挖面圆心后，用钢尺伸至半径长度后，钢尺一头置于圆心处，另一头画开挖轮廓线。而应采用有免棱镜测距功能的全站仪“激光投点法”放样，即自隧道拱顶向下每50cm，在岩面上实测开挖面坐标，反算其里程、偏距。与隧道开挖支距图对比后，移动其差值后，重测坐标反算支距，差值在2cm以内时，可直接用油漆做点，依次放样出开挖轮廓。画线法相对激光投点法节省时间，画线法放样精度远不如激光投点法。
　　 隧道开挖均采用光面爆破技术，减少对围岩扰动，充分发挥围岩的自承能力。首先，由测量班放样出开挖轮廓线后，再由现场技术人员布置炮眼位置。布眼顺序为周边眼、掏槽眼、辅助眼、内圈眼、底板眼。周边眼布设一般情况下，在硬岩中，周边点眼口设置在断面设计轮廓线上，眼底超出设计轮廓线小于10cm；在软岩中，眼口布置在设计轮廓线内侧小于8cm，眼底落在设计轮廓线上。周边眼孔位偏差控制在5cm以内、掏槽眼孔位偏差控制在3cm以内。除掏槽眼外，所有炮眼眼底尽量在同一断面上（掏槽眼眼底超前其它炮眼20cm）。

　　 现场施工时，根据掌子面围岩情况，对开孔位置距设计轮廓线距离、周边眼间距、光爆层厚度、炮孔密集系数、起爆时差等爆破参数进行不断优化，使之达到最好的光爆效果。
　　4.2支护施工控制要点
　　 洞内超前支护一般采用超前小管棚，小管棚采用φ42无缝钢花管，钻φ6～8mm注浆孔，间距15cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部预留1m作为不钻孔的止浆段。导管沿隧道开挖轮廓线环向布置在拱部120°范围，并向外倾斜，其倾斜角一般为5～10度；注浆压力为0.5～1.0MPa，纵向前后相邻排导管搭接水平投影长度不小于1.0m；施工过程中，严控超前小导管施作长度、搭接长度，导管尾部要求与格栅钢架焊接牢固。
　　 格栅钢架在洞外按1∶1比例放样加工。弯制工字钢时适当加密冷弯机滚轮，减小工字钢的翘曲变形。钢架原地试拼合格后，对每个钢架单元用油漆编号，防止运至施工现场时，安装顺序错误。格栅钢架加工允许偏差为：周边允许误差为±3cm，平面翘曲应小于2cm。
　　 钢架安装时，钢架拱脚应置于牢固基础之上，拱脚垫槽钢。钢架均采用螺栓联接，联接钢板需密贴。当隧道上台阶开挖断面较大，钢架单元较多时，安装时注意控制两拱脚标高、拱顶标高以及两侧拱腰位置，尤其在围岩破碎超挖较多处，注意检核拱腰位置是否准确，防止个别联接板未密贴，造成拱腰处一侧欠挖、另一侧超挖。
　　4.3 超前预报、监控量测控制要点
　　 隧道开挖前，采用TSP203超前地质预报、地质雷达、红外探水、超长水平钻等方式对掌子面前方围岩状况进行综合预报，每循环进行超长炮眼钻孔预测，每循环开挖后进行掌子面地质素描,对掌子面情况进行记录，每10m～20m绘制一幅地质素描展示图。
　　 隧道开挖后，应开展监控量测工作，监控量测必测项目包括，洞内外观察、拱顶下沉、净空变化、地表沉降（浅埋段）。
　　 洞内观测断面间距按围岩情况进行设置，Ⅳ级围岩间距按10m设置；Ⅴ级围岩间距按5m设置。拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近，当隧道跨度较大时，结合施工方法在拱部增设测点。净空变化测线在采用分部开挖的隧道要求每部分设置一条水平测线，特殊地段增设斜线。量测点必须设置在围岩上，不能直接焊接在格栅钢架或锚杆上。量测数据在开挖后12h内读取，最迟不得大于24h。及时对量测数据进行回归分析，指导洞内施工。对涌水量较大的隧道在洞口修筑三角堰，每天对涌水量进行记录,为治水方案的制定提供原始数据。
　　5.防、排水施工控制要点
　　 隧道排水采用双侧沟加中心暗管，衬砌背后设环向和纵向盲管，将衬砌外地下水引入洞内侧沟，再经过侧沟和中心暗管排出洞外。
　　 防水施工前对初期支护表面凹凸不平处，进行补喷砼找平、切除锚杆头和钢筋头等，并用砂浆抹平，保证初期支护表面平顺。防水板环向焊缝要与混凝土施工缝错开1m以上。防水板采用热熔垫圈固定，铺挂时注意按设计要求预留足够的松弛度保证防水板全部面积均能抵到岩面。防水板之间搭接宽度不小于15cm[3]。搭接原则是：边墙压拱部，下游压上游。焊缝完成后进行质量检查，采用充气法对焊缝质量进行检查，有空隙应进行补焊，直到完全合格。检查无误后即可进行灌注二衬混凝土。混凝土振捣时，振捣器不可碰到防水板。
　　 隧道衬砌后排水盲管由纵向盲管、环向盲管和连接排水管（一般采用PVC三通）组成。纵向排水盲管沿纵向布设于左、右墙脚水沟底上方，为φ80透水管；环向排水盲管，为φ50透水管，沿隧道环向6～10m布设一环。纵向排水盲管画线安装，要求与线路纵向坡度一致。采用三通将纵向排水盲管与环向排水盲管联接，纵向排水盲管通过三通与泄水孔连接将盲管内的水排出。初期支护表面涌水量较大时，将水直接引入中心排水沟，并将环向排水盲管加密、增设泄水孔。
　　 止水带安装采用U型卡固定，止水带安装位置准确，如发现翻滚、扭结不展时，及时调整。中埋止水带要求与二次衬砌端头模板正交，在衬砌端头模板拆除后，将U型卡调直，隧底与拱、墙部分防水分步施作时，预留不小于20cm的搭接长度。
　　 中心排水管用φ8钢筋环向固定，1m设置一环，防止水管在仰拱混凝土施工过程中上浮。中心排水管接头处用土工布包裹密实，防止砂浆渗入。
　　6．工序衔接、后勤保障控制要点
　　 工序衔接：抓好工序衔，隧道施工接才有进度。加大对值班调度人员奖罚力度，调动管理人员工作积极性、主动性。完善管理制度，做到待遇养人，制度管人。要对值班调度进行考核，严格记录每道工序起止时间。值班调度交接工作时，对洞内施工情况及存在问题要详细说明。对保证施工质量前提下，提前完成工序内容的工班操作人员进行奖励。
　　 机械设备维修保养：机械设备使用后，及时保养，发现问题及时维修，做到不影响施工现场随时调用。每辆机械设备安排一名司机做设备维修保养负责人。切勿发生出碴前车辆加油、推碴场；喷锚开始时，在洞内更换喷锚机配件等现象。并设有备用设备，设备出现故障时，及时更换。
　　 加强通风：鼓风机风袋口，尽量靠近掌子面，提高洞内作业面排烟效率，缩短通风时间。
　　7.结论
　　 隧道施工，测量和开挖两施工工序是重中之重。通过平面控制、高程控制，保证隧道顺利贯通；同时隧道超前地质预报工作，可以确保采取的工程措施更有针对性，通过监控量测，实时调整隧道支护参数，从而达到降低施工风险的目的；而防排水系统的质量控制，直接体现在隧道衬砌完工后，隧道的防水效果和外观质量，良好的防排水系统，也更易于保证运营安全，但是由于防排水施工的要求高，而受隧道工作环境的影响，造成防排水系统不可避免出项薄弱缓节，这也成为目前高速铁路隧道施工的关键环节，也需要通过不断的工程实践完善其工艺和技术水平。
　　 参考文献：
　　[1] 高速铁路工程测量规范 （TB10601-2009） 中国铁道出版社.2010年
　　[2] 叶建延、李林峰.《浅谈永龙隧道光面爆破》.华东公路出版社.2010年第2期
　　[3] 铁路隧道防排水施工技术指南 （TZ331-2009）中国铁道出版社.2009年

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