高速铁路长大隧道快速施工关键技术及质量控制措施——以黄柏山隧道工程项目为例

张永琪

（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300000 ）

我国高速铁路通车总里程目前位居世界第一，而且建造里程和通车里程仍然在不断增加，过去一些自然环境条件比较差的区域的，目前也实现了高速铁路通车。在高速铁路隧道工程中，隧道贯通施工环节尤为重要。隧道进口至斜井贯通作为隧道工程中的重要施工内容，一直是隧道工程施工质量的重点监控单元。

1 工程概况

黄柏山隧道在赣深高铁中有着极高的作用和价值，更在我国“八纵八横”高速铁路网中有着极高的战略意义，能够极大限度缓解铁路系统的客运运输压力，还能促进江西与北线和南线的经贸合作，更重要的是可以促进江西与广东的深层次融合，推动区域范围内的经济发展规划顺利实施。

黄柏山隧道是赣深高铁中的核心工程之一，具有施工重要性突出、施工难点多、施工难度大等特征。隧道全长6414.2 米，起点位于江西省赣州市信丰县，重点位于赣州的全南县。从实地情况来看，黄柏山隧道工程项目的施工难度比较大，交通基础条件比较差，隧道进斜井仅有村间水泥路，隧道洞身范围除局部山间谷，地段多为山坡，地形极为陡峭，整个隧道被嵩山峻岭所包围。隧道围岩条件极为复杂，岩体稳定性非常差，破碎带和断裂带带来的施工安全风险非常严峻，工程项目施工危险性比较高，存在比较高的泥石流、塌方、流坍等地质灾害风险，而且围岩中还有数量庞大的腹水、积水。

2 隧道进口至斜井贯通施工方案

2.1 隧道进口至斜井端施工分析

该隧道工程项目中，为了保证施工的顺利进行，根据实地勘察和涉及考量，将隧道斜井位置悬在线路前进方向左侧，与隧道正洞交于DK89+400 里程处，隧道进口里程位于XDKO+410 处，斜井平长410m。根据设计图纸与施工进度测算，掌子面贯通里程为DK87+923.5。该段设计围岩等级为III 级，衬砌类型为IIIa 级，采取的是分步台阶法开挖施工方案。在贯通区间外台阶长度控制在10-50cm，内台阶长度控制在5-8m。各台阶断面开挖应两侧交错进行，下台阶开挖后仰拱应及时跟进。台阶施工工序图如图1 所示。

图1 台阶法工序横断面示意图

黄柏山隧道进口掌子面为IV 级围岩，衬砌类型采用IVb 衬砌，施工工法设计采用三台阶法；掌子面为III 级围岩，衬砌类型采用IIIa 衬砌，无钢架，施工工法设计采用台阶法。在隧道贯通施工后期双向掘进改为隧道进口单口掘进[1]。

2.2 隧道进口至斜井贯通施工分析

根据对隧道施工区域地质条件、施工安全、机械设备运用等多方面考虑，该隧道采取的是“进口单头掘进至隧道贯通掌子面”的贯通施工方案。由于隧道贯通采取的是台阶法挖掘法，需要施工人员及时监控隧道围岩的数据变量，从而做到随时调整施工方案和支护参数，确保隧道内施工安全性。在掌子面掘进至DK87+938.5 后停止掌子面掘进，及时施作下台阶和隧底初期支护，仰拱及二衬紧跟，保证III 围岩安全步距要求。

在进行超前支护时，选择使用直径42mm 的超前小导管，钢花管的规格是42mm×3.5mm 热轧无缝钢管。在布设注浆孔时采取梅花形，注浆孔的直径为10mm，每个孔洞的间距为15cm，注浆液采取的是水泥浆液，水灰比1：1。在注浆施工前，施工人员必须要对注浆浆液的质量进行检查，还应当对注浆所需机械设备进行质量检查，让相关机械设备始终维持在较高的性能水平，这是确保浆液顺利注入的关键。施工人员还需要对注浆孔进行处理，将注浆孔中存在的杂物进行处理，这是提升注浆质量的关键环节。施工人员应当对注浆压力有比较高的关注度，因此，需要做好输出水压的调试工作。为了确保施工进度，提升整体速度，需要施工人员依照群管注浆施工体系。施工人员需要严格控制浆液的流出速度，避免出现注浆液泄漏或者注浆管堵塞等影响整体效果的情况。在注浆完毕后要对每个孔洞的注浆效果进行检查，及时对不合格的进行处理[2]。

在隧道贯通加强段进行施工时，拱部和边墙分别使用直径22mm 的组合空中锚杆和直径22mm 砂浆锚杆，按照梅花状布置方式。在钻孔时严格按照事前选择的钻位，钻孔过程要保证钻孔的规格、深度和垂直度，钻孔完毕后及时进行清理。如果发现钻孔质量不合格，应当将其化为废弃孔，并重新进行钻孔。注浆完毕后同样需要进行质量检查，找出注浆不合格的注浆孔，重新进行注浆处理。在锚杆安装后，要对其进行保护，避免违规操作锚杆引起不必要的质量问题。

2.3 隧道进口至斜井端监测布置

为了确保施工现场的安全性，必须要加强对隧道进口至斜井施工区域的监控量测。施工单位需要根据隧道的施工基本参数，以及高速铁路在监控量测技术相面相关标准，确定具体隧道贯通测点，如图2。要确保在隧道弧顶拱部和两侧边墙都有足够的监测布置点，这样做的主要目的是为了监测隧道是否发生了拱顶下沉或者收敛位移施工病害问题，进而通过详细的数据反馈，及时采取相应的处理措施。

图2 隧道贯通洞内变形监测点布置图

对于隧道进口至斜井贯通施工来说，拱顶下沉和收敛位移是非常常见且高度危险的施工质量问题，从实际情况来看，拱顶下沉引发的隧道断面变量要略低于收敛位移。因此，为了确保施工现场的安全性，必须要在贯通后期，加强对贯通断面围岩变量的监测，这样可以在掌握详细变量数据的基础上，加强对围岩稳定性的防护，同时还能提升洞身结构支护结构的安全性和稳固效果。

3 长大隧道快速施工关键技术分析

3.1 基本原则

对于黄柏山高速铁路隧道来说，从综合角度来讲，该隧道满足长大隧道的基本条件标准，因此，在实际施工中要对其采取长大隧道快速施工的相关技术要求。在隧道进口至斜井贯通施工中，需要从施工现场安全、工程项目质量、工程成本控制、工程进度管理等方面入手进行管理。在目前的高速铁路长大隧道快速施工中，必须要采取超前地质预报机制，这是保证施工质量的重要措施[3]。

3.2 超前地质预报

对于黄柏山隧道来说，由于其地理条件十分复杂，施工难度较高，为了保证施工方案的合理性和可操控性，必须要采取超前地质预报技术。该技术能够对隧道围岩可能发生的变量进行准确推测，对隧道施工过程中的围岩情况进行实时监测，并发现隧道前方可能存在的富水段，及时发现存在的异常问题，让不良地质的发现时间段和处理时间节点都大幅度提前。通过超前地质预报技术的实践应用，探知了隧道贯通段地质条件为变质砂岩局部夹少量花岗岩，弱风化，岩体完整性好，节理裂隙较发育，围岩自稳能力强。在这一条件下，可以让施工方案变得更加科学合理，及时调整技术参数，进而确保隧道贯通施工的整体效果[4]。

3.3 隧道监控量测

对于长大隧道来说，隧道监控测量是必不可少的内容，更是实现数字化施工的重要途径。在隧道监控量测技术的支撑下，可以实现对围岩状态、支护系统和衬砌稳定性进行实时监控，然后再通过数据分析管理，判断施工中可能存在的安全隐患与质量问题，这样可以及时改变支护参数，并对施工方案进行适当优化调整，让发现不良地质条件的时间前移，有助于提升施工安全和施工质量。

3.4 施工质量与安全控制

首先，对于高速铁路长大隧道快速施工来说，在隧道贯通施工中允许存在施工误差，但需要将误差数值控制在合理范围内。在对贯通误差进行处理时，需要掌握详细的误差数据，这就需要做好前期的误差测量工作，施工人员需要在合理的位置作为误差数值测量点。在测量完误差数据后，需要对超出限定的误差数值进行调整[5]。

其次，要严格按照施工工艺进行操作，尤其在加强对砂浆锚杆和中空注浆锚杆的施工工艺管理，同时确保注浆方式的合理性。注浆时必须要对注浆速度、注浆量、砂浆饱和度、以及锚杆的质量进行全面控制，锚杆不允许存在弯曲、损坏、裂缝等质量问题。混凝土喷射完毕后，要立即安装垫板，并对其具体位置进行调整。在施工混凝土喷射项目动工前，需要对混凝土材料整体性能进行详细的检测，确保其实际性能和质量符合具体的施工要求。在混凝土喷射过程中，要严格控制隧道侧壁和拱部的混凝土回弹率。在完成喷射混凝土施工工艺后，要对喷射质量进行检查，一方面要对混凝土与隧道岩体的粘合度进行检查，另一方面对混凝土平整度进行质量检查。如果发现喷射混凝土存在孔洞等质量问题，需要对岩石基地进行清洁处理，并进行二次混凝土喷射。

第三，所有施工人员都要有强烈的施工责任意识，不允许在施工过程中出现经验性施工行为，一旦发现要立即采取相应处理。在进行超前支护时，应当做到“先预报、管超前、严注浆、强支护、勤量测”。在隧道开挖环节，必须要求施工人员做到“不多挖、不少挖”，这是保证施工质量和施工安全性的重要原则。在项目动工前，施工单位应当在组织内部展开全面的安全生产宣传工作，要让每个施工人员都能严格遵守施工现场的规章制度。在施工前需要对现场所有施工人员进行安全教育，提升每个施工人员的安全生产意识。在斜井掌子面施工至贯通里程时，应当在进斜井工区处拉上危险警示标志，严禁无关人员进入。

第四，要做好施工现场的自然环境保护工作，尤其要避免在非施工区域进行开采，不允许对隧道施工现场的自然植被进行破坏，针对现场灰尘大的问题，可以通过洒水的方式消除尘土。为了保证岩石结构的稳定性，同时控制施工噪声,同一施工区域不允许存在多辆大型机械设备。

在高速铁路长大隧道快速施工中，隧道进口至斜井贯通很容易引起拱顶沉降，因此，必须要加强对其施工质量管理。施工单位应当落实好超前地质预报，强化各个环节的支护质量，而且当开展爆破与掘进工作时，需要对隧道围岩进行严密的监测，尤其要详细掌握围岩发生的变形变量。