新建太焦高铁山西段珏山隧道施工关键技术

肖海涛

（中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北武汉 430074）

新建太焦高铁山西段珏山隧道施工关键技术

肖海涛

（中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北武汉 430074）

依托新建太原至焦作铁路山西段珏山隧道工程施工，详细介绍珏山隧道施工关键技术，包括施工原则、洞门及明洞施工，超前支护与洞身开挖方案，初期支护与防排水施工要点，阐述供风计算、供水等主要辅助作业，实践表明，该隧道施工技术安全可靠，可为同类长大隧道施工提供借鉴。

长大隧道 施工技术 供风计算

1 工程概况

新建太原至焦作铁路采用高速铁路设计标准，设计速度为250Km/h。其中珏山隧道位于山西省晋城市泽州县境内，隧道长度为13.421km，最大埋深270.5m，珏山隧道下穿晋新高速，隧道设3座斜井，整座隧道建设工期为三年。

珏山隧道地貌形态总体属中山区，隧道洞身先后穿过10条断层，不良地质现象有岩溶、古岩溶和危岩。围岩级别为：Ⅱ级围岩占隧道总长29.18 %；Ⅲ级围岩占隧道总长34.92 %；Ⅳ级围岩占隧道总长24.06 %；Ⅴ级围岩占隧道总长11.82 %。地段主要以中山为主，地形切割较浅，其中沟谷发育，地表多被黄土覆盖，局部见基岩出露。隧道区范围内主要分布地层为细角砾土、新老黄土、砂岩、石灰岩、泥灰岩、角砾状泥灰岩等。

珏山隧道进口至东坡出口段河流不发育，冲沟水流主要受季节性控制，丰水期冲沟内可见水流。施工区域气候属于暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，昼夜温差大，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，降水量多集中在七、八月份，季风气候明显，本施工区域为寒冷地区，土壤最大冻结深度0.37m。

2 隧道主要施工技术

珏山隧道采用进口、出口、3座斜井辅助施工，岩石地段采用多功能作业台架液压凿岩台车钻眼；黄土地段采用人工辅以挖掘设备开挖，必要时风钻钻孔弱爆破。隧道施工采用全断面法、台阶法、三台阶法、短台阶法等施工方法。珏山隧道特殊地形地质及处理措施如表1所示。

2.1 施工原则

按新奥法原理组织施工，坚持信息化动态施工管理，规范实施监控量测，科学选择施工方法、合理安排施工顺序。隧道洞口位置按照“早进晚出、保护环境”的原则确定，避免长距离顺沟、浅埋、偏压地层进洞。需要合理设置弃砟场，并做好弃砟场的防护及排水措施。

2.2 洞门及明洞施工

表1 珏山隧道特殊地形地质及处理措施表

洞口开挖安排尽量避开雨季施工，测量定位，明确开挖范围，判定开挖范围地质状况；施作边仰坡坡顶天沟、截水沟等，完善洞口排水系统与洞外永久排水相结合。天沟、截水沟设于边、仰坡顶以外10m，沟底坡度根据地形设置，但坡度不小于3%。

明洞开挖完成后，及时施作明洞仰拱及填充，防止地表水侵泡基底，降低基底承载力。明洞衬砌采用整体液压衬砌台车作内模及支架，外模采用建筑钢模板，钢管弯制外拱架组成外支撑体系，拉杆联成整体。洞门混凝土达到设计强度后，按设计要求施作防水层，两侧对称回填土石方至设计坡度，进行坡面防护等施工。

2.3 超前支护

洞口超前支护采用φ108mm、局部洞身φ89mm热轧无缝钢管超前长管棚注浆预支护，初期支护采用型钢钢架加强，管身钻设注浆孔，孔径10～16mm，呈梅花形布置。

隧道洞身土石分界地段、断层破碎带等地段设置超前中管棚。管棚直径89mm，壁厚5mm，长度10m，纵向搭接长度不小于3m，拱部140°设置，环向间距0.4m，注水泥浆。管棚注浆顺序遵循“先两侧后中间、由稀到浓”的原则。

超前小导管采用Φ42小导管预支护，小导管布置范围为拱部140°范围内，小道管环向间距为33cm，管身按梅花形布设泄浆孔，孔径6mm，间距20cm～30cm。

2.4 洞身开挖

为保证施工安全，正洞施工工法：隧道正洞Ⅱ级围岩段采用全断面法施工，Ⅲ级围岩段采用台阶法施工，Ⅳ级围岩段采用三台阶法施工，Ⅳ级围岩土质地段采用三台阶临时仰拱法施工，Ⅴ级围采用三台阶临时仰拱法施工。斜井施工工法：隧道斜井Ⅱ、Ⅲ及围岩采用全断面法施工，Ⅳ级围岩采用台阶法施工，Ⅴ级围岩采用短台阶法施工。施工中根据不同的围岩地质条件、不同的围岩特性，选择安全稳妥的施工方法，并根据实施情况进行不断完善。

2.5 初期支护

珏山隧道初期支护主要类型为：组合中空锚杆、砂浆锚杆；喷混凝土、钢筋网及格栅钢架和型钢钢架支护。

中空注浆锚杆采用锚杆台车施工。注浆按以下程序进行：迅速将锚杆、注浆管及注浆泵用快速接头连接好；开动注浆泵注浆，直至浆液从孔口周边溢出或压力表达到设计压力值为止。

砂浆锚杆支护采用Φ22砂浆锚杆，锚杆长度和环向间距按设计要求确定。成孔后，用高压风吹净孔内岩屑，然后用注浆机将早强水泥砂浆注入锚孔内，再将锚杆插入孔眼内，待砂浆强度达到设计要求后上垫板、紧固螺帽。

钢筋网按设计预先在洞外加工成片，洞内焊接形成整体。钢筋类型及网格间距符合设计要求。钢筋网根据初喷混凝土面的实际起伏状铺设，并与受喷面间隙为3cm。

喷混凝土按照规范和标准对开挖断面进行检验，采用湿喷工艺。喷射混凝土作业采取分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行。同时掌握风压及喷射距离，减少回弹量。

格栅钢架和型钢钢架按设计预先在洞外加工成型，在洞内用螺栓连接成整体。洞内安装在初喷混凝土后进行，与定位系筋焊接。型钢钢架之间设纵向连接筋，钢架间以喷混凝土填平。

2.6 防排水

珏山隧道防排水设计按“防、排、堵、截结合，因地制宜，综合治理”的原则。

隧道防水，隧道暗挖段拱墙初期支护和二次衬砌之间铺设EVA防水板和土工布缓冲层，防水板厚度不小于1.5mm，土工布重量不小于400g/m2。二次衬砌混凝土采用防水混凝土，隧道抗渗等级不小于P10。隧道明挖段衬砌背后防水层自内至外由“3cm厚M10水泥砂浆找平层+4mm厚聚氨酯防水涂料+≥4mm厚自黏式防水卷材+双层土工布+6cm厚砖砌保护层”组成。洞门回填面以下部分防水层自内至外由“3cm厚M10水泥砂浆找平层+4mm厚聚氨酯防水涂料+≥4mm厚自黏式防水卷材+双层土工布+6cm厚砖砌保护层”组成。外露部分衬砌背后施作一层1.5mm厚水泥基防水涂料。

隧道排水在进、出口100米范围内设置双侧保温水沟及深埋中心水沟，双侧保温排水沟采用双层盖板形式，盖板周圈外贴3mm厚橡胶条密封，双侧盖板间填充聚氨酯材料。深埋中心水沟采用三级钢筋混凝土预制管，排水管内径800mm。砌防水板背后环向设置外包土工布的φ80mm打孔波纹透水盲管，纵向间距6～8m/道，地下水发育段应加密布置。在隧道两侧边墙墙角外侧设置外包土工布的φ 100mm打孔波纹透水盲管，环、纵向盲管通过隧底φ100PVC横向导水管引入中心深埋排水管，横向导水管间距与环向透水盲管相同。横向导水管设置于碎石盲沟中。设置深埋中心水沟地段每隔30米设置一处深埋中心检查井。检查井井身采用C35钢筋混凝土。井身周圈仰拱二次衬砌钢筋混凝土设置加强环。

2.7 隧道衬砌

衬砌采用液压钢模整体衬砌台车，绝缘、非绝缘下锚段的衬砌台车在前者结构的基础上增加一侧钢模板和底部调节模板，一并在工厂制造运至现场使用。

综合洞室等小型洞室二次衬砌采用大块弧形钢模衬砌台架，拱墙一次模筑成型。混凝土由拌和站集中拌和，混凝土输送车运输，泵送入模灌筑施工，振动棒振捣密实。

采用仰拱(底板)先行、整体式液压钢模衬砌台车衬砌。主隧道衬砌采用断面尺寸符合设计的全液压模板台车施工，利用钢轨行走。模板台车由钢模板、钢支架、液压动力系统等组成，如图1所示。

图1 正洞隧道全液压模板台车示意图

3 隧道施工辅助作业

3.1 供风作业

在各隧道进出口施工洞口处联装20m3/min电动空压机组成空压机站，集中供应各施工面所需高压用风，隧道开挖面工作风压不小于0.5MPa。高压风管直径采用φ150mm无缝钢管，进洞后采用托架法安装在边墙上，随着开挖面的延伸，高压风管分段接至工作面附近，在管端安装闸阀以便接至用风机具，闸阀至用风机具之间用高压皮管连接。斜井分别施工2个工作面时，则铺设2套高压风管，分别向2个工作面供风。

主管道每隔300～500m分装闸阀和三通，以备出现涌水时作为应急排水管使用，管道前段距开挖面30m距离主风管头接分风器，用高压软管接至各风动工具。空压机配备按洞内风动机械同时工作最大耗风量及管道漏风系数等计算。

总风量按各工作面全部采用风动工具凿岩，开挖工作面按10台风枪考虑，每台耗风按4 m3/min计，喷射混凝土二个工作面同时施工，每工作面配备2台湿喷机，每台耗风量按16 m3/min计，考虑风枪与喷射混凝土不平行施工系数，则每个作业面最大总耗风量为72 m3/min。根据计算所得总耗风量，每个隧道施工洞口需设一组4×20 m3/min高压风站。

3.2 供水、排水

根据洞口附近水源情况，采用地面水源或地下水源，铺设供水管道，在每个洞口设置高山水池，斜井分别施工2个工作面时，铺设2套钢管输水，分别向2个工作面供水。

洞内渗水与施工废水均可通过洞内两侧水沟自然流至洞外污水处理池，经过处理后排放，施工时保持洞内水沟畅通。反坡地段施工根据反坡段坡率和水泵扬程，合理确定集水坑的距离，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。斜井排水，在建井期间设临时积水坑，工作面的积水由移动潜水泵抽排至临时汇水坑，然后再接力抽排至洞外；担负正洞施工后，在斜井底部的正洞设置主、副水仓，所担负的正洞渗水和斜井自身渗水以及施工用水均通过斜井抽出洞外，根据斜井长度在斜井的井身增设水仓，多级接力抽排，短斜井一级抽出。

3.3 施工供电及照明

施工用电根据需要从就近的电力线自设变压器引入。施工前期采用自发电，电力线路接通后，采用电网供电。电线按施工高潮期最大用电量选用。动力配电线采用VLV低压电力电缆，移动设备采用YEW重型橡皮护套电缆沿墙敷设。配电总开关选用AH系列耐湿热型，分开关选用DZL系列低压断路器和DZ15L系列带漏电保护的自动开关。所有用电设施均设漏电保护装置。洞内开挖长度在2 000 m以内时，采用变压器变压后低压进洞施工；施工长度超过2 000 m时，采用10kv高压进洞，洞内移动式变压器变压供电。各洞口处均设置1台1 000KVA变压器及1台250kW柴油发电机，洞内各工作面（斜井往2两端施工为2个工作面）开挖长度大于2 000 m的均加设1台320KVA移动式变压器。

施工照明采用新光源洞内外照明，新光源采用低压卤钨灯、高压钠灯、纳铊铟灯等。设置固定式照明设备，并设置应急照明设备，应急照明灯具安装间隔不大于50 m且必须在供电中断时能自动接通并能连续工作2h以上。

4 结语

本文依托新建太原至焦作铁路山西段珏山隧道工程施工，对珏山长大隧道的施工方法进行了详细的介绍，主要从施工组织方案、洞门及明洞施工，超前支护与洞身开挖方案，初期支护与防排水施工要点，阐述了供风计算、供水、供电等主要辅助施工方案，实践表明，该隧道施工方案全面可靠，可为类似长大隧道工程施工提供借鉴。

[1]高速铁路隧道工程施工技术规程(Q/CR9604-2015)

[2]高速铁路隧道工程施工质量验收标准(TB10753-2010)

[3]铁道隧道工程施工安全技术规程(TB10304-2009)

[4]铁路隧道防排水施工技术指南(TZ331-2009)

Critical Construction Technology Applied in Shanxi’s Jueshan Tunnel of Tai-Jiao High-Speed Railway

XIAO Hai-tao

(No.4 Engineering Company of China Railway 11th Bureau Group Co., Ltd Wuhan Huhei 430074)

Based on the project of Jueshan tunnel construction in the Shanxi section of Taiyuan-Jiaozuo railway, this paper introduces the construction method applied in the tunnel, including the construction principles, the construction of the tunnel portal and the open cut, the advance support and the tunnel excavation scheme, the primary support and the key points in drainage construction. The paper illustrates the main auxiliary construction technologies such as air supply calculation, water supply and so on. The practice shows the safety and reliability of those tunnel construction technologies, which provides reference for similar long-tunnel constructions.

long tunnel construction technology air supply calculation

A

1673-1816(2017)02-0008-06

2016-06-29

肖海涛（1973-），男，湖北宜城人，本科，工程师，研究方向施工技术及施工管理。