长大铁路隧道施工质量控制关键技术

范瑞明

（中铁十二局集团第二工程有限公司 太原 030032）

1 工程背景

京沈铁路客运专线辽宁段辽西隧道位于辽宁凌源市境内，隧道起讫里程DK298+975～DK312+180，全长13 205 m，隧道岩体为单斜构造，局部褶曲发育，岩体节理裂隙较发育，施工组织难度较大，属极高风险隧道。施工中共设置3个斜井，一号斜井长415 m、二号斜井长425 m、三号斜井长295 m。隧道进口至DK301+745.05位于半径为8 000 m的左偏曲线上，DK301+745.05至出口位于直线上。隧道进口至 DK302+000内纵坡为 15.39‰的下坡，DK302+000～DK307+000内纵坡为 12‰的下坡，DK307+000～DK312+000内纵坡为4‰的下坡，DK312+000至出口纵坡为平坡。

隧道岩体为单斜构造，局部褶曲发育，岩体节理裂隙较发育，地下水埋藏较浅，发生突水、突泥的可能性较大；隧道最大埋深为263 m，岩性为脆性硬质安山岩、砂岩等，施工中岩爆的可能性较大。隧道进、出口浅埋地段，容易产生坍塌冒顶、引起地表沉陷或边坡滑坍，危及施工人员及设备安全。隧道长，通风、运输难度大。

2 开挖控制技术

2.1 开挖工法选择

隧道开挖工法的选择应根据环境条件、围岩工程地质条件、隧道长度、断面大小、埋置深度、支护条件、施工条件、机械设备能力、工期要求、工程量、施工安全及经济性等因素综合确定。采取的开挖方法原则上在确保安全条件下，应从简单到复杂，尽量减少开挖步骤。施工中必须进行监控量测和超前预报，根据量测数据和预报判定围岩条件及时调整开挖工法。现场施工应严格执行设计工法，如需调整，应履行变更程序，不得擅自更改。

2.2 控制爆破技术

根据地质条件、开挖断面、开挖工法、循环进尺、爆破器材及环境要求等进行爆破设计，正常情况下采用光面爆破、特殊条件下采用预裂爆破，光面爆破适时使用水压爆破，水压爆破具有优点有：（1）可提高光面爆破效果；（2）破渣块小，块度均匀，提高出渣效率；（3）振动速度降低，减少对周边围岩扰动；（4）改善洞内作业环境，水压爆破掌子面的雾化效果明显，缩短了通风时间；（5）提高炸药利用率，降低炸药使用量，节约成本。辽西隧道采用水压爆破不仅提高了效率，而且改善了作业环境，爆破效果如图1所示。

图1 隧道水压爆破效果

2.3 超前地质预报技术

超前地质预报在隧道施工中起着至关重要的作用，具体表现为：（1）为设计支护参数的合理变更提供必要的依据，动态化施工；（2）及时了解隧道围岩存在的地质情况，对软弱岩层进行预加固，降低安全风险。

3 支护控制技术

3.1 喷射混凝土技术

喷射混凝土采用湿喷工艺。喷射混凝土施工控制技术为：（1）湿喷机械手和小型湿喷机相结合；（2）规范施工工艺，分片、分层喷射；（3）严控原材料，速凝剂对混凝土性能影响尤为重要；（4）注意细节，加强质量控制，确保表面平整度，过程中人工铲除明显凸出部位混凝土，回弹料及时清理。

3.2 锁脚技术

软弱围岩段，除按常规设置锁脚锚管外，增设加强大锁脚，大锁脚采用Φ89 mm×5 mm无缝钢管，对抑制围岩的沉降和收敛起到了明显效果。

大锁脚施工管控要点：（1）控制大锁脚角度，钻进过程中不断纠正；（2）加强锁脚与钢架的连接，采用20 mm厚钢板割孔与钢架焊接牢固；（3）确保注浆效果。

3.3 超前支护技术

辽西隧道三号斜井正洞地质条件较差，穿越断层破碎带、岩层走向与隧道小角度相交，岩性复杂，岩体破碎，岩石及结构面强度低，地下水发育，断层及影响带与岩性（组）界面组合形成蠕滑变形；洞身穿越浅埋段，覆盖层14～20 m，两侧村民房屋较多，分布多眼水井，对地层沉降和失水控制要求较高。施工中采取了多种超前预加固措施，主要有超前中管棚、超前大管棚、超前周边注浆和地表注浆。

超前支护施工管控要点：（1）根据注浆要求、加固目的、地层特点及作业空间限制，对钻孔及注浆设备进行选型配置，对注浆方案的适用性及经济性进行比选；（2）根据注浆工艺及要求，选择专业性队伍；（3）基于加固地层及地下水的不确定性，必须总结各项参数的适用性及加固效果，随时动态调整注浆参数；（4）加强施工组织，严格工序管理，形成平行流水作业体系，确保各个工序衔接，保证注浆效果及质量，达到注浆目的；（5）详细做好各项施工记录，留取过程中影像资料，为后期施工作为指导；（6）制定详细应急措施，针对突发情况即刻启动应急预案，保证施工安全。

4 防排水设施施工控制技术

4.1 防水板施工控制技术

防水板施工质量控制要点：（1）基面处理检查达标；（2）热熔垫圈固定前放样；（3）防水板机械铺挂；（4）防水板超声波焊机固定。

4.2 盲管施工控制技术

盲管施工质量控制要点：（1）环向盲管采用卡、带固定，固定间距不超过50 cm；（2）环、纵向盲管接长采用直接，深入部分外缠生胶带，外包土工布并用钢丝缠绕；（3）渗水段环向盲管加密设置；（4）严控纵向盲管、维护管、导水管坡度；（5）通水试验验证排水效果。

这在世界文物考古发掘史上。都是绝无仅有的。这个奇观说明，地处发掘地的汉江流域古老文明，历经悠悠，一脉长流，五千年从未断绝。

4.3 止水带施工控制技术

（1）仰拱环向止水带L形钢模固定；（2）仰拱纵向止水带卡具加紧线器固定；（3）衬砌中埋式止水带L形钢模固定；（4）止水带热熔焊机连接；（5）严控止水带钢筋卡安装，避免浇筑混凝土过程中出现弯折，保证埋置深度；（6）根据衬砌类型定尺止水带长度，保证环纵向搭接，避免浪费；（7）仰拱开挖时接头位置预留20 cm人工开挖，做好成品保护。

4.4 径向止水注浆施工控制技术

（1）钻孔位置必须精确放样，钻孔过程中纠偏；（2）注浆顺序按由下到上，由少水处到多水处、隔孔跳排，全孔一次注浆；（3）注浆过程中，初始阶段压力较低，注入量增大，正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏状态，但总的比较平稳，压密注满阶段注入量迅速递减而压力迅速升高，在注浆中根据设计注浆量和压力按照上述规律进行控制；（4）做好注浆效果检查，达到注浆目的；（5）注浆期间洞内要加强监测，现场配备应急抢险物资。

4.5 保温中心水沟施工控制技术

保温中心水沟施工严格执行七区段（测量修正清理验收区段、防水保温材料铺设及钢筋绑扎区段、保温槽底板及侧壁砼浇筑区段、排水管安装区段、排水管基座砼浇筑区段、弧形保温板及加强钢筋安装区段、上部砼浇筑养护区段），形成流水作业，提高施工效率。

施工优化措施：（1）双层弧形保温板定尺制作，合并为一，加强其整体性；（2）加强横向导水管与三极管的连接，三极管据实割孔安装；（3）加强排水措施，每组仰拱环向施工缝均增设一道φ50透水盲管，中心沟底部两侧各增设一道纵向φ50透水盲管，环纵向盲管三通连接，纵向盲管检查井处引出；（4）中心沟上部填充双层钢筋网片通过在侧壁上植筋固定，有效控制保护层厚度。

5 衬砌施工控制技术

5.1 衬砌施工三模

衬砌混凝土施工采用三模，即仰拱曲面钢模、仰拱端头钢模和衬砌端头钢木组合模。衬砌混凝土施工采用三模施工优点：（1）提高止水带、止水条的安装精度；（2）实现仰拱、填充的分层浇筑；（3）提高施工缝接头质量；（4）提高施工效率，降低劳动力使用，节约成本。

5.2 钢筋加工及布设

隧道衬砌钢筋使用机械连接，作业标准化。主要做法：（1）钢筋工厂化预弯，确保弯曲质量；（2）采用Φ20三肢格栅钢架作为主骨架对衬砌钢筋进行定位；（3）钢筋采用直螺纹套筒连接；（4）仰拱钢筋辅助五线上墙制度，确保外漏高度；（5）仰拱及衬砌钢筋辅助定位卡具，确保钢筋间距；（6）现场钢筋存放标准化。

5.3 衬砌开盘制度

建立衬砌开盘资料报检制度，每一组衬砌开盘前现场提供资料至工程部，审核合格后工程部负责通知拌和站开盘。衬砌混凝土开盘前需要提交的资料有：（1）初支断面检测报告；（2）初支雷达扫描报告；（3）上组衬砌净空断面检测报告；（4）上组衬砌回填注浆影像资料；（5）滑道槽安装影像资料；（6）衬砌钢筋安装影像资料。

5.4 五线上墙制度

建立五线上墙制度，使标准直观化。主要内容：（1）纵向排水管布设控制线；（2）环向排水管布设控制线；（3）仰拱边墙高钢筋高度控制线；（4）仰拱边墙低钢筋高度控制线；（5）仰拱边墙高度控制线。

5.5 拱顶回填注浆

将衬砌拱顶回填注浆纳入工序管理，通过注浆充填防水板与二次衬砌混凝土间的空隙，使初期支护和二次衬砌密贴后共同受力；防止拱部防水板下拉脱空出现空腔积水在冬季形成冻害。

施工管控要点：（1）注浆管和排气管使用防水板边角料进行固定，将边角料裁成15 cm长、5 cm宽的矩形条，矩形条包裹注浆管和排气管后两端与防水板焊接，纵向每60 cm设置一道；（2）注浆管和排气管直接接长，伸出二衬端头50～80 cm，注浆管紧贴上组衬砌端头，排气管错开10～20 cm距离；（3）在衬砌达到拆模条件后、拆模前及时进行回填注浆；（4）注浆材料使用硫铝酸盐水泥，浆液水灰比0.8～1.0；（5）注浆压力根据设计要求、注浆量综合确定，反复验证，动态调整，注浆过程中要严格控制；（6）注浆过程中加强观察，控制回填注浆的压力，防止压力过大造成防水板破裂、排水盲管堵塞，可采用分次间歇式注浆。

5.6 衬砌背后脱空注浆

地质雷达检测发现衬砌背后有脱空时采取径向定位注浆补强，保证衬砌质量。

施工管控要点：（1）利用地质雷达准确定位，增加测线，详细测定出空洞范围，估算需填充方量；（2）通过对检测报告、初支断面和设计衬砌厚度综合比对，估算实际衬砌厚度；（3）打孔限位，位置选择要有针对性，防止对止水带、预埋槽道等造成破坏，沿线路的纵坡方向布孔，低端设置为注浆孔，高端设置排气孔（观察孔）；（4）电钻限深，钻杆上设置防突橡胶卡，预留2 cm人工锤击；（5）注浆材料使用硫铝酸盐水泥，脱空小于5 cm采用1：1水泥浆液，脱空大等于5 cm采用0.8：1水泥浆液；（6）注浆压力控制在0.2～0.4 MPa，不宜过大；（7）合理确定注浆顺序，密切观察注浆流量、注浆压力及周围衬砌情况，根据水泥浆液凝结时间对注浆间隔时间进行调整；（8）注浆结束标准判断要满足注浆量达到估算量和排气孔流出浓浆，浆液终凝前再进行一次补注。

6 有待改进技术

（1）衬砌回填注浆主要有普通回填注浆和带模注浆两种施工工艺，相比回填注浆而言，带模注浆具有优点，一是注浆浆液与衬砌砼结合情况较好、二是带模注浆安全性较高、三是施工效率有所提高，可进行改进。

（2）隧道衬砌混凝土养护普遍采用台架喷水养护，施工效率低、效果不明显，可考虑使用雾炮进行喷雾养护，也可考虑采用简易封闭台架进行气雾养护。