李方LI Fang

（中鐵十五局集團第二工程有限公司，上海 201713）

0 引言

目前川藏鐵路項目已如火如荼的開始建設(shè)，該鐵路對我國西部大開發(fā)以及維護西藏地區(qū)的安全穩(wěn)定有著重要意義。該鐵路的建設(shè)不但體現(xiàn)了我國越來越雄厚的綜合國力，而且也體現(xiàn)出了我國高超的基建水平。川藏鐵路不同于其他鐵路項目，由于川藏鐵路位于青藏高原斷塊區(qū)，構(gòu)造運動十分強烈，是我國大陸現(xiàn)今地殼構(gòu)造運動最為強烈的地區(qū)，不但地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且受板塊活動影響，不良地質(zhì)居多，對工程施工影響很大。在新建川藏鐵路拉薩至林芝段站前工程LLZQ-1B標段香嘎山隧道工程施工中，由于該隧道受區(qū)域構(gòu)造影響，隧道所穿越的地層地質(zhì)較差且較為復(fù)雜，尤其是部分地段位于巖層沖溝破碎帶上，使得圍巖自穩(wěn)能力極差，若施工不當極易造成塌方或冒頂，不但增加了施工難度，而且對隧道內(nèi)的人員設(shè)備安全及施工質(zhì)量均造成很大影響。同時由于施工地處青藏高原，高原地區(qū)氣候環(huán)境對機械設(shè)備及施工人員的影響進一步增加了隧道施工的困難及安全風險。為保證隧道施工安全，減少不良地質(zhì)尤其是沖溝破碎帶所帶來的不利影響，項目部從隧道開挖方法、支護工藝及施工監(jiān)測等方面進行詳細規(guī)劃和嚴格把控，同時對施工機械設(shè)備進行改造保證其性能滿足施工需求。通過一系列舉措，不但使得隧道順利穿越巖層沖溝破碎帶，保證了施工安全，而且也減少了高原環(huán)境對機械設(shè)備性能的影響，加快了施工進度，提高了機械設(shè)備的使用率，降低了施工措施費用。通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，上述舉措在高海拔地區(qū)隧道沖溝破碎帶施工中取得很好的效果。

1 工程概況

香嘎山隧道起訖里程為DK53+572～DK56+050，全長2478m，全部為單線隧道，隧道最大埋深約335m，設(shè)計時速160km/h。隧道進口端257.756m位于R=3000m的右偏曲線上，洞身1797.017m位于直線上，出口端423.227m位于R=2500m右偏曲線上。

隧址區(qū)位于青藏高原東南部雅魯藏布江右側(cè)，屬于雅魯藏布江寬谷區(qū)。線路穿越一小山脊，其屬喜馬拉雅山系，地面高程為3560～3960m，相對高差約400m；自然坡度約5°～40°，坡面基巖裸露，有少量灌木。洞身穿越三疊系上統(tǒng)姐德秀組一段（T3j）石英砂巖、粉砂質(zhì)板巖、碳質(zhì)娟云板巖、千枚巖，為軟質(zhì)巖，受區(qū)域構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，施工中可能發(fā)生塌方風險。其中DK54+500-DK54+670段洞頂?shù)乇碛锌v向沖溝，線路沿著沖溝溝底前行，沖溝坡度為45°，埋深最淺處46m。該處為整個隧道地質(zhì)最為薄弱地段，由于沖溝與線路方向平行且?guī)r層極為破碎，極易造成隧道塌方或冒頂事故的發(fā)生[2]《鐵路隧道風險評估與管理暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)[2007]200號）。

2 隧道沖溝破碎帶施工方案

香嘎山隧道DK54+500-DK54+670段巖層沖溝破碎帶，采用全斷面帷幕注漿加固地層，注漿加固范圍為開挖輪廓線外5m，漿液采用水泥漿，注漿后可大大增加巖層之間的凝結(jié)力，使得其開挖后自穩(wěn)能力增加，降低塌方或冒頂發(fā)生的風險；拱部采用φ108管棚+φ42小導(dǎo)管超前支護，φ108管棚長35m，環(huán)向間距40cm，外插角6～8°，搭接不小于5m；管棚間內(nèi)插φ42超前小導(dǎo)管，L=3.5m，環(huán)向間距50cm，外插角10～15°，縱向搭接不小于1m。采用臺階設(shè)臨時仰拱法施工。

2.1 帷幕注漿施工方法及工藝

沖溝破碎帶全斷面帷幕注漿加固范圍開挖輪廓線外5m，縱向注漿范圍30m，搭接5m，壓注水泥漿液，普通區(qū)段注漿壓力為1～3MPa，若遇到強富水地段，其注漿壓力可升至為6.0MPa。帷幕注漿加固范圍見圖1。

圖1 帷幕注漿加固范圍示意圖

為減少對破碎巖層的擾動，保證注漿效果滿足施工需求，現(xiàn)場采用分段鉆桿后退式注漿工藝。漿液配合比必須按照實驗參數(shù)進行嚴格控制，注漿前對注漿管道系統(tǒng)仔細檢查，確保管路暢通。鉆桿域注漿管路連接牢固，注漿時需緩慢進行，優(yōu)先注射流動度較好的漿液。注漿量不得小于注漿設(shè)計量，并以設(shè)計注漿壓力值穩(wěn)壓2～3min，注漿結(jié)束后及時清洗管道，然后關(guān)閉進漿閥門，需待漿液初凝后方可進行下一段注漿。

注漿分段長度需根據(jù)前方富水量確定，當水量＜10m3/h時，分段長度≤10m，當水量＞10m3/h且＜30m3/h時，注 漿 段 長度≤5m，當水量在>30m3/h時，則不得注漿。詳見圖2。

圖2 后退式注漿工藝流程圖

2.2 管棚施工工藝

采用外徑108mm、壁厚6mm熱軋無縫鋼管及鋼花管，用每節(jié)3～6m長的熱軋無縫鋼管用絲扣連接而成，絲扣長15cm，鋼花管及鋼管接頭應(yīng)錯開布置，不得在同一截面內(nèi)，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。鋼管環(huán)向間距為40cm。注漿小孔按照梅花形設(shè)置，其孔徑為10～16mm，相鄰兩個孔距離為15～20cm，呈梅花形布置，注漿管尾部設(shè)置≥10cm的止?jié){段。為了提高導(dǎo)管的抗彎能力，在導(dǎo)管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠，鋼筋籠主筋共4根，為HRB400Ф18mm鋼 筋，采 用Ф42mm，壁厚3.5mm的鋼管段（段長5cm）對其進行固定連接。

管棚施工前，應(yīng)加大開挖面并按設(shè)計要求施工長管棚導(dǎo)向墻，采用測量儀器對需要預(yù)埋的鋼管進行精確放樣定位，并檢查鋼套管的水平傾斜度，在鉆進過程中需按一定頻率對管棚鋼管的傾斜度、鉆進長度進行檢查并形成記錄。管棚注漿參數(shù)需由現(xiàn)場實驗確定，嚴格按照現(xiàn)場取得的參數(shù)進行漿液配比。注漿結(jié)束待漿液初凝后采用砂漿對管道進行填充。管棚注漿順序為先下后上，壓力先小后大。

2.3 超前小導(dǎo)管注漿

為進一步減少破碎圍巖對隧道開挖的影響，該隧道沖溝破碎帶地段拱部采用超前小導(dǎo)管支護，超前小導(dǎo)管采用外徑42mm熱軋無縫鋼花管，單根長度3.5m，壁厚3.5mm。導(dǎo)管沿隧道拱部均勻布設(shè)，相鄰管道之間距離為40cm，相鄰管道之間搭接≥1.0m。超前小導(dǎo)管必須先穿過鋼拱架，其端部與鋼拱架焊件固定。

2.4 沖溝破碎帶開挖

本隧道沖溝破碎帶開挖采用臺階法分部開挖。氣退式鑿巖機鉆眼，塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)、毫秒微差有序起爆，爆破方式采用光面爆破已最大限度減少超挖，爆破后采用挖機配合自卸汽車運輸渣石。采用臺階法開挖施工中應(yīng)嚴格遵循“先排水、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的基本原則[1]《客貨共線鐵路隧道施工技術(shù)指南》（Q/CR 9653-2017）。及時對開挖面噴射混凝土進行封閉處理，并及時對周邊進行支護。主要施工順序為：超前支護→開挖上臺階→上臺階形成支護→開挖下臺階→下臺階形成支護→開挖仰拱→填充仰拱→完成二次襯砌。有鋼架時下臺階必須單側(cè)錯開開挖。詳見圖3。

圖3 臺階法施工示意圖

2.5 監(jiān)控量測措施

由于該隧道沖溝破碎帶圍巖自穩(wěn)性極差，經(jīng)預(yù)注漿及徑向錨桿施做后其自穩(wěn)能力隨有改善，但受技術(shù)條件、施工工藝等方面限制，其穩(wěn)定性也未處于完全可控狀態(tài)，因此對該段的監(jiān)控監(jiān)測措施必須有針對性的實施。破碎沖溝段量測斷面測點的布置個數(shù)應(yīng)適當加密，施工地段每個量測斷面處設(shè)置一個拱頂下沉測點，四個水平凈空收斂測點[3]《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)范》（Q/CR9218-2015）。詳見圖4。

圖4 臺階法施工段拱頂下沉及凈空量測的測線布置示意圖

通過對圍巖及支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，對其動態(tài)進行實時把控，判斷其狀態(tài)是否安全，同時對圍巖穩(wěn)定性及支護結(jié)構(gòu)的安全可靠性進行預(yù)估，從而通過監(jiān)控量測對下一步施工進行指導(dǎo)。

3 施工機械設(shè)備改進措施

3.1 高原環(huán)境對機械設(shè)備的影響

高原特殊大氣條件的影響，造成機械設(shè)備功率及儀器儀表性能降低，從而對整個機械設(shè)備的工作效率、運行穩(wěn)定性、密封元器件的耐久性均產(chǎn)生較大影響。由于海拔越高氣壓越低，使得內(nèi)燃機設(shè)備做功功率降低，尤其是以汽油機為動力的設(shè)備，受高海拔的影響，汽油揮發(fā)更加迅速，空氣與燃料混合比變化較大，從而造成進氣壓力大大降低，使得燃料燃燒度降低，輸出功率不足，而且還造成機械設(shè)備長期處于超負荷狀態(tài)工作，加之該地區(qū)風沙較大，對機械設(shè)備齒輪氣缸等易磨損部件傷害加大。由于高海拔地區(qū)設(shè)備進氣量不足，機械設(shè)備散熱效率較低，傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)無法滿足散熱需求。因此為保證高海拔地區(qū)機械設(shè)備的正常運行，需從其吸氣工作、防風防沙、燃油使用等方面進行特殊考慮，同時對駕駛室的密封性等進行加強，保證作業(yè)人員的身心健康。

3.2 施工設(shè)備改造方案

為保證柴油機械設(shè)備的功率輸出，需加大其排放量及進氣量，必要時采用渦輪增加技術(shù)，渦輪增壓器優(yōu)先選擇專用的高原型增壓器，并進行良好的增壓匹配。采用增壓空氣中間冷卻方式對機械設(shè)備進行散熱，可以有效提高增壓柴油機功率和降低熱負荷。另外加大水泵風扇的流量，增加水箱的散熱面積，采用封閉式加壓冷卻系。采用特殊的防凍液來實現(xiàn)高溫冷卻。采用雙管路機油散熱器也可有效地降低機油溫度。

在啟動發(fā)動機之前，向缸內(nèi)噴注啟動液，使得發(fā)動機首先通過低燃點燃料啟動后再迅速帶動活塞造成燃料油的燃燒。對于液力傳動機械而言，因低溫啟動阻力大，因而對啟動馬達機構(gòu)的強度應(yīng)作相應(yīng)的補強。

4 施工注意事項

①做好隧道地質(zhì)超前預(yù)報工作，尤其在破碎沖溝段及其他地質(zhì)較差淺埋段需指派專人觀測地面變化有無沉降，確保施工的安全[4]《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》（TB10304-2009）。②根據(jù)巖層性質(zhì)選擇合理的開挖方式，爆破必須采用淺孔控制爆破，爆破后需對周邊加強監(jiān)控監(jiān)測頻率，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及前方地質(zhì)狀態(tài)對爆破參數(shù)及時調(diào)整，確保施工安全。③采取TSP203、紅外探水、超長水平鉆、超長炮眼、地質(zhì)雷達及地質(zhì)素描等手段早期對隧道作業(yè)面前方進行地質(zhì)超前預(yù)測，及時處理分析數(shù)據(jù)，做到及早預(yù)防，提前采取防范措施。④當遭遇陰雨天氣時，應(yīng)加強對地表施工影響范圍內(nèi)的沉降監(jiān)測，同時對洞內(nèi)地下水出露狀況，支護結(jié)構(gòu)可觀察到的變形情況，危石情況等進行觀察記錄。

5 結(jié)束語

通過對隧道開挖方法、支護工藝及施工監(jiān)測等方面進行詳細規(guī)劃和嚴格把控，同時對施工機械設(shè)備進行改造，不但使得隧道順利穿越巖層沖溝破碎帶，保證了施工安全，而且也減少了高原環(huán)境對機械設(shè)備性能的影響，加快了施工進度，提高了機械設(shè)備的使用率，降低了施工措施費用。通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，上述舉措在高海拔地區(qū)隧道沖溝破碎帶施工中取得很好的效果，也為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。