京张高铁八达岭长城站施工关键技术应用

李常青

（北京中铁诚业工程建设监理有限公司，北京 100070）

京张高铁八达岭长城站位于新八达岭隧道内，是目前国内埋深最大的高速铁路地下车站，采用三层三纵的群洞结构，竖直方向分为上、中、下3层，分别为“出站通道及设备层”、“进站通道层”和“站台层”。站台层分为左、中、右3个分离的洞室，分别为“左到发线及站台”、“正线”、“右到发线及站台”。因为车站层次多，洞室数量多，洞型复杂，所以，建造过程中应用了一系列新技术、新材料、新工艺、新设备。

1 新技术应用

1.1 BIM技术的应用

运用基于BIM+GIS的三维管理平台，实现整体隧道进度把控，施组智能管理，并将拌和站、试验室、围岩量测、隐蔽工程验收、检验批等质量安全信息关联查询，将抽象平纵断面图建成立体的三维图形，直观反映结构形式及组成，既能简洁的表达方案编制的情况及交底培训的内容，又能反应现场施工进度及相关工程数量，便于施工管理[1]。

1.2 精准微损伤控制爆破技术

该工程采用了电子雷管减振爆破技术，通过使用电子雷管精细化分段进行控制爆破，实现高精度起爆时序控制，实施逐孔起爆，以最大限度地降低爆破振动，将爆破振速降至允许范围内，消除了工程建设对文物和环境的不利影响，克服了施工爆破对相邻洞室围岩及支护结构和国家文物的影响[2-3]。

1.3 “天佑智隧”地质预报分析技术的应用

利用地质素描、隧道地震勘探（Tunnel Seismic Prediction，简称TSP）、地质雷达、地质钻孔、数码成像等综合预测预报手段，查明工程地质条件的情况下，采用“天佑智隧”系统，通过现场使用高清摄像机拍摄掌子面图片，上传至网络平台，通过结构面识别分析节理、裂隙等，再通过修正审核后出具相应的地质素描报告，同时经过三维重新构建围岩，可精确判断前面围岩的发育情况，对指导现场施工有较好的效果。

1.4 信息化监控量测技术

采用全站仪自动监测围岩变形，利用蓝牙技术实时传输数据，并通过计算机分析变形信息，及时将变形信息自动发布给参建各方，根据变形情况采取针对性措施，实现了隧道围岩变形的自动化监测和全覆盖管理，确保施工安全。

1.5 “整体抽出式、局部压入式”的综合通风技术

地面到设备层设置了4个直径为5.8 m、深度53 m的通风竖井，设备层到站台层分别对称设置了14个深度12.5 m的通风竖井，前期采用压入式通风模式，后期利用通风竖井实现巷道式通风，形成了“整体抽出式、局部压入式”的综合通风模式，使站台层、进出站层、设备层相互通风，有效减少粉尘和有害气体，创造良好的施工环境。

1.6 曝气生物滤池技术的应用

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，简称 BAF）是近年新开发的污水生物处理技术，是一种集生物吸附、生物氧化、固液分离于一体的高效污水处理设备。研究采用曝气生物滤池（BAF）污水处理设备进行污水处理，即采用混凝沉淀+曝气生物滤池及活性炭吸附过滤的方案，利用生物滤池活性炭工艺，絮凝沉淀、曝气生物滤池（BAF）、活性炭吸附等有效解决了八达岭风景旅游区污水排放达标问题。

2 新材料应用

2.1 高强快凝硫铝酸盐水泥浆液的应用

预应力锚索注浆材料采用了硫铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥浆属于单液浆，凝结时间较短，配置方便，一次性完成，能在注浆完成后1 d达到设计的张拉强度，实现快速张拉的目的，大幅提高施工效率，操作过程简单实用。

2.2 预应力锚索

新八达岭隧道大跨过渡段支护结构采用了预应力锚索，锚索同时具有围压作用，提高隧道的围岩承载能力。为了增加锚索与混凝土浆液的握裹力，锚固段每隔1.0 m在每根钢绞线上安装锚固结。

2.3 新型防水材料的应用

新八达岭隧道进口采用新型自黏式防排水一体化技术，该种防水材料的防水板表面为凹凸状，将凹凸式防水板采用自黏带固定黏接在无纺布上，减少了因平时防水板超声波焊接工艺不成熟导致防水板焊穿的现象，凹凸式防水板在收集隧道散状出水处较常用的环向排水盲管，有更明显的导排优势，有效提高防排水体系施工的便捷性和可靠性。

2.4 长寿命耐久性混凝土的应用

试验使用长寿命耐久性混凝土，主要从材料措施、配合比优化、浇筑措施、养护措施及监测措施5个方面全方位提高混凝土结构的耐久性，通过与普通混凝土试验检测数据对比显示，长寿命耐久性混凝土有效控制水化热，减少了混凝土内外温差，降低结构开裂风险。

3 新工艺应用

3.1 大跨过渡段“品”字型开挖工法的应用

“品”字形工法是以“顶洞超前、分层下挖、核心预留，重点锁定”的新型开挖施工技术，按照横、竖向均匀分布的原则，将隧道超大断面划分为4层11步（图1）。该方法支护体系由超前支护、格栅钢架以及喷射混凝土、预应力锚杆和预应力锚索4部分组成，承担全部围岩荷载。其中，预应力锚杆、预应力锚索是该工法的关键技术。

3.1.1 施工工艺流程

施工准备→顶洞超前施工→两侧边洞开挖→分层下挖、预留核心土→开挖核心土→开挖仰拱→填充仰拱、隧底→施做二衬。

3.1.2 施工要点

3.1.2.1 顶洞超前开挖

顶洞超前开挖，以探明隧道前方地质情况，从而为②、③部反馈地质信息，达到快速动态施工的目的。具体施工流程分为5步。1）施做顶洞超前支护。2）依据“少扰动”围岩的原则，采取弱爆破方式开挖①部顶洞，同时每循环进尺1次，掌子面喷5 cm厚混凝土封闭。3）按照设计方案施作①部顶洞周边的初期支护，即初喷5 cm厚混凝土，拱部架设钢架，边墙施做钢筋肋。4）①部顶洞拱部按照设计厚度要求喷射第2次混凝土，覆盖格栅钢架，并标记普通锚杆、预应力锚杆、预应力锚索位置。5）施做①部顶洞拱部药卷锚杆及边墙玻璃纤维锚杆。6）①部顶洞开挖至30 mm～50 mm时，施做预应力锚杆、预应力锚索，并张拉至设计拉力，监测张拉应力稳定后进行注浆锁定。7）施做①部顶洞拱部第3次喷混凝土（钢筋网），复喷至设计厚度，覆盖预应力锚杆端头、预应力锚索端头锚具。

3.1.2.2 两侧边洞开挖

具体施工流程有8个。1）在①部开挖30 m后，施做②部和③部拱部超前支护。2）弱爆破施工②部和③部，③部滞后②部施工30 m。3）分步施作②部周边的初期支护，即初喷5 cm厚混凝土，架设钢架与拱部钢架相接，施做锁脚锚管。4）②部导坑拱部按照设计厚度要求喷射第2次混凝土，覆盖格栅钢架，并标记普通锚杆、预应力锚杆、预应力锚索位置。5）施做②部拱部药卷锚杆。6）滞后掌子面30 m，施做预应力锚杆、预应力锚索，并张拉至设计拉力，监测张拉应力稳定后进行注浆锁定。7）施做②部顶洞拱部第3次喷混凝土（钢筋网），复喷至设计厚度，覆盖预应力锚杆端头、预应力锚索端头锚具。 8）③部施工工序及要求同②部。

3.1.2.3 分层下挖、预留核心土

具体施工流程包括9个步骤。1）在②部、③部初期支护完成（锚杆、锚索体系完成）30 m后，分别施做④部和⑤部拱部超前支护。2）弱爆破施工④部和⑤部，分别滞后已完成的②部、③部初期支护体系30 m，并在滞后于④部一段距离后，弱爆破开挖⑤部。3）分步施作④部周边的初期支护，即初喷5 cm厚混凝土，架设钢架与拱部钢架相接，并施做锁脚锚管。4）④部导坑边墙按照设计厚度要求喷射第2次混凝土，覆盖格栅钢架，并标记普通锚杆、预应力锚杆、预应力锚索位置。5）施做④部边墙药卷锚杆。6）滞后掌子面30 m，施做预应力锚杆、预应力锚索，并张拉至设计拉力，监测张拉应力稳定后进行注浆锁定。7）施做④部边墙拱部第三次喷混凝土（钢筋网），复喷至设计厚度，覆盖预应力锚杆端头、预应力锚索端头锚具。 8）⑤部施工工序及要求同④部，预留中台阶核心土。9）在④部、⑤部初期支护完成（锚杆、锚索体系完成）30 m后，分别施做下台阶⑥部和⑦部拱部超前支护。⑥部施工工序及要求同④部，⑦部施工工序及要求同⑤部，并预留核心土。

图1 超大断面隧道“品”字形施工工法示意图

3.1.2.4 开挖核心土

具体施工流程如下：滞后⑥部、⑦部30 m，开挖中台阶⑧部核心土，错开10 m后，开挖下台阶⑨部核心土。

3.1.2.5 开挖仰拱

仰拱分2次开挖，即： ⑩、⑪部开挖。

3.1.2.6 浇筑Ⅰ部仰拱及隧底填充

仰拱、隧底填充应该分次施工。

3.1.2.7 施作二衬

根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，利用衬砌模板台车一次性浇筑 Ⅱ 部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

3.2 带模注浆成套工艺的应用

合理布置浇筑窗口，对衬砌台车加装料斗与滑槽，实现混凝土分窗入模浇筑，衬砌台车端头采用L形模板，保证止水带安装居中及顺直，确保施工缝的防水质量；在衬砌台车上预埋径向注浆管，二衬混凝土浇筑完毕后，在未脱模状态下及时通过注浆管进行注浆，填充拱顶脱空区，浆液与衬砌混凝土良好结合，形成一个完整的受力整体。

3.3 长大隧道二衬混凝土养护技术的应用

结合国内外隧道养护技术的发展，应用一套有效的长大隧道养护技术体系。该套养护技术具有以下特点：1）智能化养护台车弥补了以往养护台车的不足，可以设定养护温度曲线，自动控制养护温度。衬砌养护台车自动化程度高，减小人工操作的难度，提高衬砌混凝土的施工质量。隧道养护台车轻便、灵活、可靠，可随时移动，不影响其他施工车辆通行。2）自黏式保湿养护膜具有良好的吸水和保水能力，在铺设时使自黏式保湿养护膜吸足水分，则可以保证隧道衬砌表面长期湿润，防止产生干缩裂缝。3）自行式喷淋养护车具有轻便、操作简单灵活、喷雾效果好、适应性较强等特点，可以作为养护台车和保湿养护膜的补充，对衬砌混凝土重点部位进行喷雾补湿。喷淋养护必须对隧道壁面进行柔和喷洒，避免水流对隧道壁面产生较大冲击；喷洒用水的温度可根据现场施工环境调整，避免水温与混凝土表面温差过大，产生裂纹，确保养护效果。

3.4 充气式帆布保温技术

防止混凝土芯部温度与表面温度、表面温度与环境温度之差大于15℃，从而造成混凝土温差开裂，采用充气式帆布密贴的方式进行温度调节，解决了混凝土表面与环境间的温差。

3.5 镀高尔凡覆聚酰胺有机涂层绿色加筋格宾边坡绿化技术

因新八达岭隧道进口洞门两侧边坡为岩石，恢复绿化比较困难，所以设置了镀高尔凡覆聚酰胺有机涂层绿色加筋格宾结构，同时面墙采用高性能生态基材进行喷播绿化，在绿色加筋宾格结构顶部设置种植槽进行绿化。且有效解决了石质边坡无法绿化的问题。

4 新设备应用

4.1 大型机械及养护设备

配置了Boomer XE3C全电脑三臂凿岩台车、三臂拱架安装台车、HT150锚索钻孔机、CYTJ45锚杆钻孔机、混凝土喷射机械手、带横向铣头的进口PC220-8全液压挖机、美国卡特966H大型侧卸装载机、防水板自动铺设台车、自行式仰拱栈桥、混凝土养护喷淋车等成套隧道施工设备，创造了良好的施工环境，实现安全快速施工。

4.2 大跨度可调式液压衬砌台车的应用

大跨度可调式液压衬砌台车的使用，实现了净空跨度从17.6 m→22.5 m→25.82 m→29.16 m→30.82 m的衬砌混凝土施工，节约了台车改装或重复拼装、拆卸台车的费用，解决了传统台车只能浇筑固定净空断面混凝土的问题。

4.3 衬砌混凝土振捣集中控制设备的应用

衬砌台车平板振动器采用集中控制，将衬砌台车上的48个附着式振捣器连接到1个集中控制平台，对每个振捣器进行编号，操作每个振捣器的开关，控制相应部位混凝土的振捣，该设备使用后不但便于操作，而且利于控制振捣部位、时间和频次。

4.4 A3000降尘除尘设备的应用

采用某公司生产的XA3000降尘设备进行现场降尘。XA3000降尘设备采用特有的风幕隔绝技术，能有效控制粉尘扩散，处理后的空气粉尘含量可低至0.1 mg/m3，并可净化PM2.5。

5 结论

八达岭长城站是我国采用矿山法修建的首座地下火车站，建造过程中存在埋深及提升高度大、疏散救援困难、环保要求严格、两端过渡段隧道跨度大，地质条件复杂、群洞布局断面和工作面多以及运输困难等诸多关键技术难题。且在国内外无建成实例可供参考，参建各方开展了科研技术攻关，成功攻克了八达岭长城站建设中遇到的技术难题，形成了一套地下车站综合修建技术。