艾金爽

安徽省皖江城際六慶鐵路股份有限公司 安徽 合肥 230000

引言

隨著我國(guó)在經(jīng)濟(jì)水平與社會(huì)發(fā)展水平同步增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，交通建設(shè)行業(yè)對(duì)于地下空間展開(kāi)了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工作，并將開(kāi)發(fā)成果投入使用，大大提高了交通運(yùn)輸效率，同時(shí)人們的出行質(zhì)量也同步提高。在地下空間的開(kāi)發(fā)和建設(shè)過(guò)程中，硬質(zhì)巖大斷面情況的出現(xiàn)有著一定的概率，針對(duì)此情況選擇的施工技術(shù)、施工方案都對(duì)最終的使用效果產(chǎn)生顯著影響。

1 工程概況

我國(guó)高速鐵路隧道工程線路非常多，例如石太客運(yùn)專線——太行山隧道，該隧道全長(zhǎng)27.848km，最大埋深為445m，該工程將隧道類型設(shè)計(jì)為雙洞單線式隧道，兩線之間的距離為35m，該隧道是我國(guó)目前為止最長(zhǎng)的高速鐵路山嶺隧道，隧道中設(shè)有運(yùn)營(yíng)通風(fēng)系統(tǒng)以及防災(zāi)通風(fēng)設(shè)施。由于高速鐵路工程的施工區(qū)域普遍施工難度較大，尤其是硬質(zhì)巖淺埋大斷面情況，大斷面的位置存在非常明顯的斷層，具有較大施工難度，并加劇了整個(gè)工程的施工風(fēng)險(xiǎn)，不利于保證施工安全性。所以，在正式施工之前，相關(guān)人員需提前制定相應(yīng)的施工方案，并逐步根據(jù)地理信息、數(shù)據(jù)完善施工方案的內(nèi)容、規(guī)劃以及設(shè)計(jì)。

某鐵路單洞雙線隧道開(kāi)挖斷面凈空在130m2左右，巖石類型為硬質(zhì)破碎巖，少水。該工程設(shè)計(jì)為四級(jí)圍巖支護(hù)，并需要立拱支護(hù)，拱架的間距為1m。超前支護(hù)所用導(dǎo)管長(zhǎng)為4m，混凝土的噴施厚度為25cm，初支仰拱無(wú)拱架和鋼筋網(wǎng)。該工程采取三臺(tái)階法帶仰拱施工技術(shù)，每循環(huán)進(jìn)尺為2-3榀拱架，混凝土噴施設(shè)備選取機(jī)械收噴裝置。

2 高速鐵路大斷面隧道施工方法分析

2.1 隧道施工方法

由于高速鐵路隧道工程涉及的地層具有一定的復(fù)雜性和多變性，相關(guān)人員可以根據(jù)地質(zhì)條件的具體情況和狀態(tài)進(jìn)行分析，其中地質(zhì)狀態(tài)可以以穩(wěn)定到不穩(wěn)定之間的變化進(jìn)行分類，一般來(lái)說(shuō)，高速鐵路隧道工程的常用開(kāi)挖方法可分為全斷面法、兩臺(tái)階法、三臺(tái)階法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法以及CD法等。其中，CD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD法能夠?qū)⒋髷嗝孢M(jìn)行分割為小塊，整個(gè)施工流程和各個(gè)施工工序之間的轉(zhuǎn)換十分復(fù)雜，且操作空間非常小，大型的施工機(jī)械無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)，造成整體施工效率較低。臺(tái)階法可以提供相對(duì)寬敞的作業(yè)空間，促使相關(guān)的機(jī)械裝置能夠正常進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)使用，在隧道工程中的應(yīng)用十分廣泛。還有，此類方法的應(yīng)用過(guò)程中還會(huì)涉及臨時(shí)支護(hù)的拆換工序，該環(huán)節(jié)存在一定的安全隱患。在上述方法中，適用范圍為軟弱圍巖的特殊變形情況。

2.2 針對(duì)硬質(zhì)巖施工方法

在開(kāi)展相應(yīng)的方案規(guī)劃過(guò)程中，結(jié)合硬質(zhì)巖特點(diǎn)，隧道工程需結(jié)合雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工，并將隧道的作業(yè)施工區(qū)域進(jìn)行科學(xué)劃分，在各類施工區(qū)塊中分配各自的施工任務(wù)。在不同區(qū)塊間，相關(guān)人員可以充分結(jié)合臨時(shí)支護(hù)裝置，對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行固定。但是，該方法容易出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，并存在爆破隱患。所以，相關(guān)人員在該施工方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了更加深入的優(yōu)化與升級(jí)。其中，關(guān)于施工區(qū)域的地質(zhì)、地形、地貌、水文條件等方面的信息必須充分掌握，并吸收新型的隧道設(shè)計(jì)理念。其中，超前帷幕注漿技術(shù)的使用能夠有效對(duì)硬質(zhì)巖結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定作用，通過(guò)超前注漿技術(shù)能夠促使周邊隧道的施工環(huán)境更加的安全，同時(shí)，臨時(shí)支護(hù)的安裝與拆卸環(huán)節(jié)都具有風(fēng)險(xiǎn)，在此類技術(shù)的應(yīng)用下也能夠在最大限度上降低臨時(shí)支護(hù)的使用頻率，既降低施工成本，又盡可能地避免施工支護(hù)環(huán)節(jié)的開(kāi)展對(duì)其他工序產(chǎn)生的阻礙。

在案例隧道工程中，該工程所屬圍巖層類型是硬質(zhì)巖，此類巖體結(jié)構(gòu)整體較為穩(wěn)定，不容易發(fā)生松散情況，具有較好的自成拱條件。在工程前期勘測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)巖的巖脈和大斷面之間存在的一個(gè)相對(duì)較小的斜角夾角，所以，在施工期間，相關(guān)人員可以根據(jù)該夾角的特征進(jìn)行支護(hù)操作的安裝。正式施工之前，各類地質(zhì)信息參數(shù)的準(zhǔn)確性需予以充分保障，可采取模擬的方式進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)這種方式能夠應(yīng)對(duì)不同類型的硬質(zhì)巖淺埋大斷面，并促使隧道施工技術(shù)能夠達(dá)到一定的適配程度。

在上述施工方法中，若其他的施工參考因素保持不變，采用臺(tái)階法會(huì)在開(kāi)挖期間對(duì)硬質(zhì)巖層的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，但若充分結(jié)合止水措施、必要支護(hù)措施以及注漿措施的開(kāi)展，對(duì)于硬質(zhì)巖也能夠起到相應(yīng)的改善效果，其后續(xù)應(yīng)用效果也會(huì)比其他類型的方法具有更高的優(yōu)勢(shì)。在案例隧道工程中，施工過(guò)程中，最終選擇臺(tái)階法進(jìn)行分層、左右開(kāi)挖，將每次開(kāi)挖深度控制在4m左右，在下臺(tái)階的施工區(qū)域可以劃分為三次開(kāi)挖階段，并事先預(yù)留中部巖層結(jié)構(gòu)，以保障隧道的支撐力效果和水平，若在施工期間存在豎向的支撐壓力值過(guò)高的情況，相關(guān)人員需結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)具體信息開(kāi)展相應(yīng)的補(bǔ)救措施[1]。

3 硬質(zhì)巖淺埋大斷面高速鐵路隧道的施工技術(shù)應(yīng)用

作為隧道施工重點(diǎn)，相關(guān)人員需充分考慮到斷面面積等因素所產(chǎn)生的影響，并科學(xué)分析施工風(fēng)險(xiǎn)，盡可能地降低施工難度。從我國(guó)部分道路工程中，在對(duì)軟質(zhì)巖淺埋大斷面區(qū)域開(kāi)展施工時(shí)，通常采用臨時(shí)支撐、封閉循環(huán)以及化整為零等施工原則，但在硬質(zhì)巖淺埋大斷面的隧道開(kāi)展施工時(shí)，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況與地理信息進(jìn)行全面分析和研究，從根本上提高施工安全性。針對(duì)硬質(zhì)巖淺埋大斷面隧道情況，筆者將從隧道工程的整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)硬質(zhì)巖大斷面運(yùn)用相應(yīng)的處理技術(shù)。

3.1 超前注漿

在高速鐵路隧道工程中，為確保硬質(zhì)巖和工程整體結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到相應(yīng)的穩(wěn)定性，超前注漿技術(shù)的運(yùn)用十分關(guān)鍵。超前注漿環(huán)節(jié)主要內(nèi)容為對(duì)巖層進(jìn)行加固和注漿，促使圍巖得到充分加固的同時(shí)也能起到相應(yīng)的止水作用，在注漿應(yīng)用過(guò)程中，可以采取超細(xì)水泥材料作為單液漿的調(diào)配用材之一，然后，通過(guò)應(yīng)用泥漿開(kāi)展超前注漿技術(shù)。在超前注漿環(huán)節(jié)中，相關(guān)施工人員需充分結(jié)合隧道上斷面和外輪廓線位置的5m左右予以注漿，并實(shí)現(xiàn)閘道、第三斷面有序注漿。

3.2 錨桿強(qiáng)化

對(duì)于高速鐵路隧道而言，鐵路客專以及高速鐵路隧道單洞雙線斷面較為常見(jiàn)，其開(kāi)挖斷面在100m2以上，斷面的開(kāi)挖高度、寬度分別在12m、14m左右。硬質(zhì)巖大斷面的處理期間相關(guān)人員需從隧道結(jié)構(gòu)整體角度出發(fā)進(jìn)行支護(hù)，通過(guò)這種方式提高工程的施工安全與后續(xù)的使用安全。大斷面隧道的施工方法中的臺(tái)階法施工措施，該方法的開(kāi)展通常建立在上臺(tái)階區(qū)域當(dāng)中，將長(zhǎng)錨桿裝置提前安裝，通過(guò)錨桿裝置對(duì)隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)予以有力支護(hù)。在臺(tái)階法進(jìn)入循環(huán)施工環(huán)節(jié)后，相關(guān)施工人員需嚴(yán)格遵循施工方案具體內(nèi)容，明確開(kāi)挖順序，并依次增設(shè)錨桿裝置，進(jìn)而起到對(duì)周邊圍巖加固的作用。若錨桿暴露在外面，其多余部分可以通過(guò)鋼筋格柵進(jìn)行焊接，確保施工安全和工程穩(wěn)定[2]。

3.3 縱向連接加固措施

案例工程中存在大斷面，針對(duì)大斷面的施工處理方案以及規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)時(shí)，相關(guān)人員需充分考慮斷面實(shí)際的受力情況，通過(guò)這種方式能夠有效改善因無(wú)法平衡縱向、橫向的柵格結(jié)構(gòu)互相作用的情況。對(duì)于硬質(zhì)巖淺埋大斷面隧道工程而言，對(duì)縱向連接采取相應(yīng)的加固措施，能夠促使圍巖具有更加穩(wěn)定的支撐力，將圍巖和現(xiàn)有支護(hù)進(jìn)行緊密聯(lián)系，當(dāng)各個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有一定的整體性效果，隧道穩(wěn)定性也會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。在縱向連接加固環(huán)節(jié)當(dāng)中，鐵格柵加固連接方式主要是通過(guò)搭接縱向連接的鋼筋，并對(duì)連接鋼筋的部分予以科學(xué)劃分并分段處理，確保受力平衡和受力均勻，在這種方式下能夠有效避免鋼筋在縱向剛度方面所產(chǎn)生的影響。在鋼筋和鋼架之間進(jìn)行焊接過(guò)程中，十字型交叉焊接法的連接作用也十分明顯。在對(duì)各個(gè)連接點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)，連接點(diǎn)之間的受力效果能夠達(dá)到相應(yīng)的整體性作用，并形成隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)的支撐體系。為促使硬質(zhì)巖淺埋大斷面的隧道具有整體支護(hù)作用，十字形交叉焊接法具有突出的連接作用，但會(huì)對(duì)鋼筋剛度予以削弱?；诖?，針對(duì)硬質(zhì)巖淺埋大斷面施工可以適當(dāng)增加縱向連接格柵，并將整體的連接形狀設(shè)置為L(zhǎng)型，確保焊接長(zhǎng)度有所延長(zhǎng)，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的縱向延伸作用打下基礎(chǔ)。

3.4 弱爆破措施

在完成對(duì)周邊圍巖開(kāi)展的保護(hù)施工措施與支護(hù)措施后，圍巖能夠產(chǎn)生非常明顯的自成拱作用，自成拱能夠促使弱爆破施工效果提高，并將爆破風(fēng)險(xiǎn)及安全因素控制在較低范圍內(nèi)，降低爆破環(huán)節(jié)對(duì)周邊硬質(zhì)巖所造成的破壞因素和擾動(dòng)影響，大大提高工程的安全性。在開(kāi)展弱爆破施工過(guò)程中，相關(guān)施工人員可以提前對(duì)爆破影響進(jìn)行分析，結(jié)合周邊的硬質(zhì)巖、圍巖條件數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合確定，將爆破震速以及爆破方式科學(xué)優(yōu)化，并將爆炸材料的用量進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)用量過(guò)大而造成震速過(guò)高的情況，保障巖層的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。與此同時(shí)，相關(guān)施工人員也可以在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行考察，根據(jù)不同類型的圍巖施工特點(diǎn)、科學(xué)選擇雷管的數(shù)量，并將循環(huán)進(jìn)尺距離合理控制[3]。

3.5 其他注意事項(xiàng)

3.5.1 前期勘察。在高速鐵路隧道工程施工過(guò)程中，相關(guān)施工人員需做好充分的前期地理巖層數(shù)據(jù)勘測(cè)工作，包括對(duì)圍巖的類型、特性等情況的分析，其中硬質(zhì)巖內(nèi)部劃分類型也十分多樣，例如砂巖、白云巖等，還有一些中強(qiáng)風(fēng)化破碎巖。只有做好充分的前期勘察工作，才能根據(jù)硬質(zhì)巖特點(diǎn)制定具有針對(duì)性的施工方案，并選擇合適的裝置、設(shè)備、施工技術(shù)。若隧道施工區(qū)域的地質(zhì)類型為軟巖，該類型巖石的形變空間非常大，若不進(jìn)行加固處理容易產(chǎn)生塌方等安全事故，結(jié)合此類情況來(lái)看，支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分必要，軟巖可選擇閉合環(huán)支護(hù)結(jié)構(gòu)與方法，促使公路隧道工程圍巖的穩(wěn)定性能夠達(dá)到相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)圍巖的塑性形變量予以管控。若高速鐵路隧道施工區(qū)域?yàn)橛操|(zhì)巖，前期勘測(cè)期間必須對(duì)圍巖的承重情況進(jìn)行分析，促使掌子面能夠達(dá)到一定的穩(wěn)定效果。硬質(zhì)巖情況可以降低原有的開(kāi)挖進(jìn)尺距離，同時(shí)需采取相應(yīng)的支護(hù)措施和保護(hù)方法，其中弱爆破和預(yù)先注漿法的運(yùn)用能夠促使工程效率提高，保證施工環(huán)境的安全性達(dá)到要求。

3.5.2 合理支護(hù)。針對(duì)硬質(zhì)巖淺埋大斷面特點(diǎn)的隧道工程，相關(guān)施工人員可以充分運(yùn)用拱架裝置和錨桿裝置的固定作用，將此類裝置進(jìn)行焊接后，能夠?qū)τ操|(zhì)巖隧道工程內(nèi)部的支護(hù)結(jié)構(gòu)起到相應(yīng)的平衡受力作用。還有，隧道工程會(huì)涉及相應(yīng)的開(kāi)挖程序與環(huán)節(jié)，其中支護(hù)結(jié)構(gòu)的安裝和拆卸都具有一定的復(fù)雜性并且很容易影響隧道整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所以，支護(hù)結(jié)構(gòu)一定要在必要基礎(chǔ)中應(yīng)用，非必要情況需盡可能的采取其他手段進(jìn)行加固。由于工程的特殊性和復(fù)雜性，除圍巖整體外，圍巖的自身強(qiáng)度、剛度等因素都會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生影響，所以，在支護(hù)方式以及地質(zhì)信息數(shù)據(jù)測(cè)量信息方面需提高水平，尤其在洞口段、堆積體、淺埋段、破碎段等方面需嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)看，與其他類型的地質(zhì)條件相比，硬質(zhì)巖層具有一定的自供性，同時(shí)自穩(wěn)條件也十分突出，相關(guān)人員在選擇施工技術(shù)時(shí)，必須充分結(jié)合淺埋大斷面隧道的巖層特點(diǎn)，保障施工安全性和隧道的結(jié)構(gòu)整體性。由于此類工程的施工難度較大，在施工前期相關(guān)人員需做好充分的勘測(cè)工作，并結(jié)合實(shí)例對(duì)實(shí)際施工情況進(jìn)行全面分析，避免形成安全隱患。通過(guò)超前注漿等施工環(huán)節(jié)的開(kāi)展，能夠有效提高施工效率，以此滿足高速鐵路工程的施工建設(shè)需求。