谈高速铁路隧道防排水施工关键技术

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摘要：严寒地区隧道工程受气候环境影响，如出现冻胀现象将极大影响列车的正常运营，既有严寒地区铁路隧道工程出现的主要病害以冻胀为主。本文以牡佳客专隧道工程施工作为研究对象，根据设计理念，精心组织，科学管理，掌握了深埋环向透水盲管及纵向深埋中心管沟从开挖、加固到施做的全过程关键技术，提高了工程质量，保障了严寒地区隧道工程的质量及运营安全。

关键词：严寒地区；隧道；防排水

目前，我国已建成投入运营的高速铁路或客运专线接近3万公里，稳居世界第一位。同时，我国高速铁路在完成基本干线网络的同时，在边远地区逐步进行完善。受东北地区严寒气候环境的影响，铁路在运营期间多处隧道出现了冻胀病害，影响铁路线路的正常运营。为降低隧道冻胀病害的影响，确保排水畅通，牡佳客专隧道防排水工程采用了环向深埋盲管和纵向深埋中心管沟的设计。深埋环向盲管和纵向深埋管中心管沟在施工过程中，极易造成超挖，如按照设计工序施做，甚至会造成对已施工完成初支钢架的破坏，造成极大的安全隐患。因此，进行严寒地区隧道防排水工程的施工，首先，要确保临近初支钢架的安全，同时，要满足控制超挖，降低砼损耗的要求，保证工程质量，需重点解决爆破、开挖及现场施工组织等关键技术问题。牡佳客专为设计速度250km/h的双线高速铁路，项目位于黑龙江省牡丹江至佳木斯之间，根据既有气象资料表明，沿线各地区历年最冷月平均气温为-15.3～-18.23℃，累年极端最低气温为-32.8～-38.8℃，属严寒地区。由中铁十四局承建的牡佳客专六标吉丰隧道位于低山丘陵区，沿线地形起伏较大，隧道全长1209m，最大埋深67m，隧道岩性以混合花岗岩为主，其中Ⅴ级围岩769m，Ⅳ级围岩325m，Ⅲ级围岩115m。为确保严寒地区隧道防排水工程质量，减少冻害的发生，隧道在设计时采用了深埋环向透水盲管，纵向排水沟采用了深埋中心管沟，以确保排水畅通。项目部在施工过程中，根据设计理念，精心组织，科学管理，掌握了深埋环向透水盲管及纵向深埋中心管沟从开挖、加固到施做的全过程关键技术，总结形成了严寒地区隧道防排水工程施工关键技术，保障了隧道的工程质量及运营安全。

1严寒地区高速铁路隧道防排水施工关键技术概述

1.1采用控制爆破配合机械作业，严格控制开挖断面

基于现有隧道防排水工程的施工技术，结合严寒地区对隧道防寒施工的相关要求，环向深埋盲管施工时如全部采用爆破技术，则难以控制开挖断面，造成深埋环向盲管定位不准及填充砼的浪费。采用控制爆破辅以机械开挖，可按照设计要求严格控制环向盲管位置及断面尺寸。

1.2调整施工顺序，减少对钢架的扰动

根据设计要求，当围岩等级为Ⅳ级或Ⅴ级围岩时，需在钢架施工完成后再进行深埋环向盲管施工，此时，拆除钢架，或采用爆破技术施工环向深埋盲管，易对已施工完成的初支造成破坏扰动。为减少扰动，确保安全，现场施工时，通过严格控制开挖进尺，调整初支与深埋环向盲管之间的作业顺序，在爆破开挖完成后，初支施工前，即进行深埋环向盲管施工，保证了初支施工质量，提高了施工效率。

1.3精确定位，深埋中心管沟与下台阶同时爆破成型

当隧道围岩等级为Ⅴ级围岩时，按照设计要求，先施工初支钢架，并在中心管沟两侧增设锁脚锚管以固定钢架，之后对深埋中心管沟进行爆破开挖。因深埋中心管沟底部距离1.2～1.5m，底宽1.0m,坑壁坡比1:0.2。当初支施工完成，再次进行爆破开挖时，极易对初支钢架造成结构性破坏，影响初支稳定性。现场施工时，通过对深埋中心管沟进行精确定位并加深炮孔的方式，将深埋中心管沟与下台阶一次爆破成型，现场开挖时辅以机械凿除，做到开挖完成后先施工深埋中心管沟，再施工初支钢架，减少了二次爆破对初支的损伤，有效地保证了初支工程质量，提高了施工效率。

2施工工艺流程及操作要点

本研究是结合隧道现场开挖及初支施工进行的关键工序控制的总结，为此，需从初支开挖施工开始逐项进行关键控制，隧道深埋防排水工程施工的主要控制要点如下。

2.1施工准备

深埋防排水工程在进行施工前，做好爆破作业的工作面准备。环向深埋盲管需在开挖完成后，并完成排险的情况下，进行后续爆破作业施工。纵向深埋中心管沟施工前，根据相关要求，确保一次进尺不大于3m。

2.2控制爆破

深埋环向盲管施工需采用弱爆破施工技术，达到对开挖坑槽岩体的松动效果，通过机械配合，完成环向深埋盲管坑槽的开挖。深埋纵向中心管沟需通过提前准备工作面，做到中心管沟准确定位，实现中心管沟与下台阶同时爆破。两种爆破方式虽然爆破深度、规模及控制参数差异较大，但均属于控制爆破范畴，即通过炮孔深度、间距、装药量等参数的调整，实现爆破效果。根据深埋环向盲管及深埋中心管沟的设计尺寸及位置，结合现场围岩情况，现场采用的爆破参数如下：深埋环向盲管炮眼布置时尽量做到炮眼与临界面垂直，在条件不具备的情况下，可适当将炮眼角度外倾0～5°。因现场施工时围岩为Ⅴ级强风化混合花岗岩，因此炮眼间距定为0.8m，当围岩等级发生变化时，可根据现场情况对炮眼间距及装药量等爆破参数进行适当调整。

2.3机械修整

受爆破规模及围岩岩性影响，爆破完成后的深埋管沟坑槽截面尺寸较设计往往存在一定偏差，此时，通过机械辅助施工，如挖掘机岩石臂、破碎锤等设备，可实现深埋管沟的开挖尺寸，提高施工效率。由于现场岩性较为破碎，且经过松动爆破，现场采用了小松220挖机加装松土器即可完成环向盲管沟槽的开挖，必要时，可将松土器换装为破碎锤，可对较为坚硬部位凸起进行修平。

2.4深埋管道施工

深埋管沟坑槽开挖完成后，按照设计要求施工深埋环向盲管或深埋中心管沟。深埋环向盲管施工时需尽量缩短施工时间，确保初支尽快施做。深埋中心管沟施工时，同样需要压缩施工时间，防止下台阶开挖完成后暴露时间过长，影响初支整体稳定。

2.5初支施工

深埋环向盲管或深埋中心管沟施工完成后，按设计要求进行初支施工。此时，初支施工没有爆破扰动的风险，可有效保证初支钢架的稳定性及喷射砼强度。

2.6监控量测

为确保该研究的安全性，验证围岩稳定性，选择靠近环向盲管位置断面进行验证，其中进口DK230+843.5、出口DK230+931.5断面均设计有深埋环向盲管，环向盲管施工时采用了该工法，选择DK230+840、DK230+935两个监控量测断面数据进行分析。同时，选择距离深埋环向盲管较远的DK230+860、DK230+920两处断面数据进行对比，根据监控量测数据可知，在深埋环向盲管施工过程中，对附近围岩扰动较小，监控量测数值无明显变化，可有效保证施工安全。

3结语

随着我国高速铁路的快速增长和线路的长期运营，东北严寒地区的高铁面临着隧道冻胀的危害，在运营过程中，隧道冻胀工点时有发生。该研究通过采用控制爆破结合机械施工环向盲管沟槽，保证了深埋环向盲管沟槽的定位准确，同时，减少了开挖方量；通过适当降低台阶高度，并对纵向深埋中心管沟与下台阶同时爆破开挖，做到深埋中心管沟一次开挖成型，避免了仰拱锁脚锚管施工完成后再进行爆破开挖从而对初支产生的扰动，有效确保了施工安全，并加快了施工效率。该研究的成功应用，可有效确保防排水施工质量，确保施工过程安全，达到了设计的排水效果，减少了后期冻胀病害的发生，为我国北方严寒地区高速铁路隧道防排水工程施工提供一种系统全面的可借鉴的方法和经验，体现出较高的参考价值及良好的推广应用前景，具有积极的社会示范意义，取得了良好的社会效益，也将为我国严寒地区隧道防排水施工提供一种系统全面的可借鉴的思路和经验，体现出较高的参考价值及良好的推广应用前景。

参考文献：

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[2]杨昌贤，夏勇.浅谈严寒地区隧道防排水设计[J].中国高新技术企业，2012（1）：60-62.

[3]都强.严寒地区隧道深埋水沟施工技术[J].铁道建筑，2014（10）：59-61.

[4]陈利平.严寒地区隧道深埋中心排水管施工技术[J].中国新技术新产品，2018（1）：107-108.

作者：徐宇杰 单位：中铁十四局集团第四工程有限公司