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摘要:嚴(yán)寒地區(qū)隧道工程受氣候環(huán)境影響,如出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象將極大影響列車的正常運營,既有嚴(yán)寒地區(qū)鐵路隧道工程出現(xiàn)的主要病害以凍脹為主。本文以牡佳客專隧道工程施工作為研究對象,根據(jù)設(shè)計理念,精心組織,科學(xué)管理,掌握了深埋環(huán)向透水盲管及縱向深埋中心管溝從開挖、加固到施做的全過程關(guān)鍵技術(shù),提高了工程質(zhì)量,保障了嚴(yán)寒地區(qū)隧道工程的質(zhì)量及運營安全。
關(guān)鍵詞:嚴(yán)寒地區(qū);隧道;防排水
目前,我國已建成投入運營的高速鐵路或客運專線接近3萬公里,穩(wěn)居世界第一位。同時,我國高速鐵路在完成基本干線網(wǎng)絡(luò)的同時,在邊遠(yuǎn)地區(qū)逐步進(jìn)行完善。受東北地區(qū)嚴(yán)寒氣候環(huán)境的影響,鐵路在運營期間多處隧道出現(xiàn)了凍脹病害,影響鐵路線路的正常運營。為降低隧道凍脹病害的影響,確保排水暢通,牡佳客專隧道防排水工程采用了環(huán)向深埋盲管和縱向深埋中心管溝的設(shè)計。深埋環(huán)向盲管和縱向深埋管中心管溝在施工過程中,極易造成超挖,如按照設(shè)計工序施做,甚至?xí)斐蓪σ咽┕ね瓿沙踔т摷艿钠茐模斐蓸O大的安全隱患。因此,進(jìn)行嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水工程的施工,首先,要確保臨近初支鋼架的安全,同時,要滿足控制超挖,降低砼損耗的要求,保證工程質(zhì)量,需重點解決爆破、開挖及現(xiàn)場施工組織等關(guān)鍵技術(shù)問題。牡佳客專為設(shè)計速度250km/h的雙線高速鐵路,項目位于黑龍江省牡丹江至佳木斯之間,根據(jù)既有氣象資料表明,沿線各地區(qū)歷年最冷月平均氣溫為-15.3~-18.23℃,累年極端最低氣溫為-32.8~-38.8℃,屬嚴(yán)寒地區(qū)。由中鐵十四局承建的牡佳客專六標(biāo)吉豐隧道位于低山丘陵區(qū),沿線地形起伏較大,隧道全長1209m,最大埋深67m,隧道巖性以混合花崗巖為主,其中Ⅴ級圍巖769m,Ⅳ級圍巖325m,Ⅲ級圍巖115m。為確保嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水工程質(zhì)量,減少凍害的發(fā)生,隧道在設(shè)計時采用了深埋環(huán)向透水盲管,縱向排水溝采用了深埋中心管溝,以確保排水暢通。項目部在施工過程中,根據(jù)設(shè)計理念,精心組織,科學(xué)管理,掌握了深埋環(huán)向透水盲管及縱向深埋中心管溝從開挖、加固到施做的全過程關(guān)鍵技術(shù),總結(jié)形成了嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水工程施工關(guān)鍵技術(shù),保障了隧道的工程質(zhì)量及運營安全。
1嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路隧道防排水施工關(guān)鍵技術(shù)概述
1.1采用控制爆破配合機(jī)械作業(yè),嚴(yán)格控制開挖斷面
基于現(xiàn)有隧道防排水工程的施工技術(shù),結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)對隧道防寒施工的相關(guān)要求,環(huán)向深埋盲管施工時如全部采用爆破技術(shù),則難以控制開挖斷面,造成深埋環(huán)向盲管定位不準(zhǔn)及填充砼的浪費。采用控制爆破輔以機(jī)械開挖,可按照設(shè)計要求嚴(yán)格控制環(huán)向盲管位置及斷面尺寸。
1.2調(diào)整施工順序,減少對鋼架的擾動
根據(jù)設(shè)計要求,當(dāng)圍巖等級為Ⅳ級或Ⅴ級圍巖時,需在鋼架施工完成后再進(jìn)行深埋環(huán)向盲管施工,此時,拆除鋼架,或采用爆破技術(shù)施工環(huán)向深埋盲管,易對已施工完成的初支造成破壞擾動。為減少擾動,確保安全,現(xiàn)場施工時,通過嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺,調(diào)整初支與深埋環(huán)向盲管之間的作業(yè)順序,在爆破開挖完成后,初支施工前,即進(jìn)行深埋環(huán)向盲管施工,保證了初支施工質(zhì)量,提高了施工效率。
1.3精確定位,深埋中心管溝與下臺階同時爆破成型
當(dāng)隧道圍巖等級為Ⅴ級圍巖時,按照設(shè)計要求,先施工初支鋼架,并在中心管溝兩側(cè)增設(shè)鎖腳錨管以固定鋼架,之后對深埋中心管溝進(jìn)行爆破開挖。因深埋中心管溝底部距離1.2~1.5m,底寬1.0m,坑壁坡比1:0.2。當(dāng)初支施工完成,再次進(jìn)行爆破開挖時,極易對初支鋼架造成結(jié)構(gòu)性破壞,影響初支穩(wěn)定性?,F(xiàn)場施工時,通過對深埋中心管溝進(jìn)行精確定位并加深炮孔的方式,將深埋中心管溝與下臺階一次爆破成型,現(xiàn)場開挖時輔以機(jī)械鑿除,做到開挖完成后先施工深埋中心管溝,再施工初支鋼架,減少了二次爆破對初支的損傷,有效地保證了初支工程質(zhì)量,提高了施工效率。
2施工工藝流程及操作要點
本研究是結(jié)合隧道現(xiàn)場開挖及初支施工進(jìn)行的關(guān)鍵工序控制的總結(jié),為此,需從初支開挖施工開始逐項進(jìn)行關(guān)鍵控制,隧道深埋防排水工程施工的主要控制要點如下。
2.1施工準(zhǔn)備
深埋防排水工程在進(jìn)行施工前,做好爆破作業(yè)的工作面準(zhǔn)備。環(huán)向深埋盲管需在開挖完成后,并完成排險的情況下,進(jìn)行后續(xù)爆破作業(yè)施工??v向深埋中心管溝施工前,根據(jù)相關(guān)要求,確保一次進(jìn)尺不大于3m。
2.2控制爆破
深埋環(huán)向盲管施工需采用弱爆破施工技術(shù),達(dá)到對開挖坑槽巖體的松動效果,通過機(jī)械配合,完成環(huán)向深埋盲管坑槽的開挖。深埋縱向中心管溝需通過提前準(zhǔn)備工作面,做到中心管溝準(zhǔn)確定位,實現(xiàn)中心管溝與下臺階同時爆破。兩種爆破方式雖然爆破深度、規(guī)模及控制參數(shù)差異較大,但均屬于控制爆破范疇,即通過炮孔深度、間距、裝藥量等參數(shù)的調(diào)整,實現(xiàn)爆破效果。根據(jù)深埋環(huán)向盲管及深埋中心管溝的設(shè)計尺寸及位置,結(jié)合現(xiàn)場圍巖情況,現(xiàn)場采用的爆破參數(shù)如下:深埋環(huán)向盲管炮眼布置時盡量做到炮眼與臨界面垂直,在條件不具備的情況下,可適當(dāng)將炮眼角度外傾0~5°。因現(xiàn)場施工時圍巖為Ⅴ級強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖,因此炮眼間距定為0.8m,當(dāng)圍巖等級發(fā)生變化時,可根據(jù)現(xiàn)場情況對炮眼間距及裝藥量等爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
2.3機(jī)械修整
受爆破規(guī)模及圍巖巖性影響,爆破完成后的深埋管溝坑槽截面尺寸較設(shè)計往往存在一定偏差,此時,通過機(jī)械輔助施工,如挖掘機(jī)巖石臂、破碎錘等設(shè)備,可實現(xiàn)深埋管溝的開挖尺寸,提高施工效率。由于現(xiàn)場巖性較為破碎,且經(jīng)過松動爆破,現(xiàn)場采用了小松220挖機(jī)加裝松土器即可完成環(huán)向盲管溝槽的開挖,必要時,可將松土器換裝為破碎錘,可對較為堅硬部位凸起進(jìn)行修平。
2.4深埋管道施工
深埋管溝坑槽開挖完成后,按照設(shè)計要求施工深埋環(huán)向盲管或深埋中心管溝。深埋環(huán)向盲管施工時需盡量縮短施工時間,確保初支盡快施做。深埋中心管溝施工時,同樣需要壓縮施工時間,防止下臺階開挖完成后暴露時間過長,影響初支整體穩(wěn)定。
2.5初支施工
深埋環(huán)向盲管或深埋中心管溝施工完成后,按設(shè)計要求進(jìn)行初支施工。此時,初支施工沒有爆破擾動的風(fēng)險,可有效保證初支鋼架的穩(wěn)定性及噴射砼強(qiáng)度。
2.6監(jiān)控量測
為確保該研究的安全性,驗證圍巖穩(wěn)定性,選擇靠近環(huán)向盲管位置斷面進(jìn)行驗證,其中進(jìn)口DK230+843.5、出口DK230+931.5斷面均設(shè)計有深埋環(huán)向盲管,環(huán)向盲管施工時采用了該工法,選擇DK230+840、DK230+935兩個監(jiān)控量測斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時,選擇距離深埋環(huán)向盲管較遠(yuǎn)的DK230+860、DK230+920兩處斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)可知,在深埋環(huán)向盲管施工過程中,對附近圍巖擾動較小,監(jiān)控量測數(shù)值無明顯變化,可有效保證施工安全。
3結(jié)語
隨著我國高速鐵路的快速增長和線路的長期運營,東北嚴(yán)寒地區(qū)的高鐵面臨著隧道凍脹的危害,在運營過程中,隧道凍脹工點時有發(fā)生。該研究通過采用控制爆破結(jié)合機(jī)械施工環(huán)向盲管溝槽,保證了深埋環(huán)向盲管溝槽的定位準(zhǔn)確,同時,減少了開挖方量;通過適當(dāng)降低臺階高度,并對縱向深埋中心管溝與下臺階同時爆破開挖,做到深埋中心管溝一次開挖成型,避免了仰拱鎖腳錨管施工完成后再進(jìn)行爆破開挖從而對初支產(chǎn)生的擾動,有效確保了施工安全,并加快了施工效率。該研究的成功應(yīng)用,可有效確保防排水施工質(zhì)量,確保施工過程安全,達(dá)到了設(shè)計的排水效果,減少了后期凍脹病害的發(fā)生,為我國北方嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路隧道防排水工程施工提供一種系統(tǒng)全面的可借鑒的方法和經(jīng)驗,體現(xiàn)出較高的參考價值及良好的推廣應(yīng)用前景,具有積極的社會示范意義,取得了良好的社會效益,也將為我國嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水施工提供一種系統(tǒng)全面的可借鑒的思路和經(jīng)驗,體現(xiàn)出較高的參考價值及良好的推廣應(yīng)用前景。
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作者:徐宇杰 單位:中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司