【正文】 在山區(qū)鐵路建設(shè)中，遇到的巖溶災(zāi)害，嚴(yán)重影響了隧道的施工安全和施工進(jìn)度，并對運(yùn)營安全造成潛在危害。施工技術(shù)的關(guān)鍵是對地下水的處理。襯砌混凝土應(yīng)采用高標(biāo)號或早強(qiáng)水泥，提高混凝土等級，或采用摻速凝劑、早強(qiáng)劑等措施，提高襯砌的早期承載能力。當(dāng)擴(kuò)挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)立好拱架和模板先灌筑滿足設(shè)計(jì)斷面部分的拱圈，待混凝土達(dá)到所需強(qiáng)度并加強(qiáng)拱架支撐后，再行挑頂灌筑其余部分。無論是采用鉆爆開挖法、機(jī)械開挖法或人工和機(jī)械混合開挖法，應(yīng)視地質(zhì)、環(huán)境、安全、工程質(zhì)量等條件合理選用。 (5) 采用臨時支護(hù)時注意事項(xiàng) 不宜采用錨噴支護(hù)的特殊地質(zhì)地段，應(yīng)用構(gòu)件支撐作臨時支護(hù)，并應(yīng)符合下列要求： ①支撐要有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受開挖后的圍巖壓力。施工時應(yīng)符合下列要求： ①爆破后如開挖工作面有坍塌可能時，應(yīng) 在清除危石后及時噴射混凝土護(hù)面。同時應(yīng)考慮圍巖變化時施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性，以兔造成工程失誤和增加投資。一旦發(fā)生險(xiǎn)情，應(yīng)立即分析情況并采取相應(yīng)技術(shù)措施，迅速處理。 在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)圍巖級別結(jié)合施工單位的具體情況，綜合考慮各方面的因素，擬定施工方案。 隧道現(xiàn)場圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)控變形量測，以及反饋用于修改設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，指導(dǎo)施工，對于隧道建筑構(gòu)造物來說，具有重要作用和積極的意義，效果 也是十分顯著的。 特殊地質(zhì)地段隧道，由于巖層的地質(zhì)成因復(fù)雜，地質(zhì)條件具有突變性，事故具有突發(fā)性， 對隧道施工的危害極大，如果僅靠常規(guī)的隧道施工技術(shù)和施工方法是很難克服的。開挖完畢后及早施作混凝土內(nèi)層襯砌。開挖 進(jìn)尺控制在 1m以下，宜采用人工開挖，必要時才采用弱爆破。施工支護(hù)采用超前錨桿與系統(tǒng)錨桿相結(jié)合，掛網(wǎng)噴射混凝土。必要時設(shè)鋼拱架加強(qiáng)施工支護(hù)。施工支護(hù)，于拱部可施做局部錨桿；墻、拱采用素噴混凝上支護(hù)。隧道進(jìn)洞前應(yīng)對邊仰坡進(jìn)行妥善防護(hù)或加固，作好排水系統(tǒng)。洞口段洞身襯砌應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地形條件，至少設(shè)置不小于 5m長的模筑混凝上加強(qiáng)段，以提高圬工的整體性。對于地基強(qiáng)度不夠時，可結(jié)合具體條件采取擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基、壓漿加固地基等措施。 在進(jìn)行洞口上石方工程時，不得采用深眼大爆破圖 11 洞口范圍 1 2 3 4 5 6 7 2~3m 1－2D 或集中藥包爆破，以免影響邊、仰坡的穩(wěn)定。 洞口地段施工注意事項(xiàng) 洞口段施工時應(yīng)注意以下事項(xiàng)： (l)在場地清理作施工準(zhǔn)備時，應(yīng)先清理洞口上方及側(cè)方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。為了有效地防止洞口地段圍巖失穩(wěn)，保證進(jìn)出隧道的道路暢通，應(yīng)及早修好隧道洞口開始一段的襯砌和洞門。 由于每座隧道的地形、地質(zhì)及線路位置不同，要很 明確規(guī)定洞口段的范圍是比較困難的。 表 14 客運(yùn)專線隧道常用輔助 工法主要設(shè)計(jì)參數(shù)和應(yīng)用實(shí)際 隧道洞口施工 洞口地段的一般概念 隧道施工的洞口地段，是指隧道進(jìn)口 (或出口 )附近對隧道施工有影響的地段，該地段通常因地質(zhì)地形復(fù)雜需要做特殊處理。 ⑥開挖時間。 注漿結(jié)束后必須對注漿效果進(jìn)行檢查，如未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。 ④結(jié)束條件。鉆孔應(yīng)清洗干凈，并作好鉆孔檢查記錄。但全孔注漿因漿液流速慢，易造成“死管”問題，尤其是深孔注漿時。注漿管壁上有眼部分的長度應(yīng)根據(jù)注漿孔的位置和注漿區(qū)域來確定，其余部分不鉆眼，并用止?jié){塞將其隔開，使?jié){液只注入到有效區(qū)域。 實(shí)際工程中應(yīng)計(jì)算出每孔注漿量，單孔平均注漿量可用下式計(jì)算： mQq? (4) 式中， m－鉆孔數(shù)量； q－單孔平均注漿量。 (4)鉆孔布置及注漿壓力 圖 9 中注漿鉆孔的布置方式。 后兩項(xiàng)可參見表 13。所謂充填率是指注漿體積占孔 隙總體積的比率。 (2)注漿范圍 圖 10 中已示意出對圍巖進(jìn)行注漿加固的大致范圍，即形成筒狀加固區(qū)。 ③壓密注漿 即用濃稠的漿液 注入土層中，使土體形成漿泡，向周圍土層加壓使得到加固。因此，在不便采取其它施工方法 (如盾構(gòu)法 )時，深孔預(yù)注漿加固圍巖就較好地解決了這些問題。 ⑥自進(jìn)式注漿錨桿又稱邁式錨桿，它是將超前錨桿與超前小導(dǎo)管注漿相結(jié)合的一種先進(jìn)的超前支護(hù)措施。注漿壓力與地層條件及注漿范圍要求有關(guān)，一般要求單管注漿能擴(kuò)散到管周 ~。~40176。 ③中、細(xì)、粉砂層、細(xì)小裂隙巖層及斷層地段等弱滲透地層中，宜選用滲透性好、低毒及遇水膨脹的化學(xué)漿液，如聚胺脂類。 (4)注漿材料種類及適用條件 ①在斷層破碎帶及砂卵石地層 (裂隙寬度或顆粒粒徑大于 1mm，滲透系數(shù) k≥ 5179。 ~30176。因此 ，超前小導(dǎo)管注漿不僅適用于一般軟弱破碎圍巖，也適用于地下水豐富的軟弱破碎圍巖。 超前小導(dǎo)管注漿 (1)構(gòu)造組成 超前小導(dǎo)管注漿是在開挖前，先用噴射混凝土將開挖面和 5m范圍內(nèi)的坑道封閉，然后沿坑道周邊向前方圍巖內(nèi)打入帶孔小導(dǎo)管，并通過小導(dǎo)管向圍巖壓注起膠結(jié)作用的漿液，待漿液硬化后，坑道周圍巖體就形成了有一定厚度的加固圈。 ④長鋼管應(yīng)用 4~6m的管節(jié)逐段接長，打入一節(jié)，再 連接后一節(jié)，連接頭應(yīng)采用厚壁管箍，上滿絲扣，絲扣長度不應(yīng)小于 15cm；為保證受力的均勻性，鋼管接頭應(yīng)縱向錯開，一般按編號，偶數(shù)第一節(jié)用 4m，奇數(shù)第一節(jié)用 6m，以后各節(jié)均采用 6m。 5cm；鋼管應(yīng)從工字鋼腹板圓孔穿過，或穿過花鋼拱架；鉆孔方向應(yīng)用測斜儀檢查控制，鋼管不得侵入開挖輪廓線。；兩組管棚間的縱向搭接長度不小于 ；鋼拱架常采用工字鋼拱架或格柵鋼架。在長鋼管的有效超前區(qū)段內(nèi)，基本上可以進(jìn)行連續(xù)開挖，也更適于采用大中型機(jī)械進(jìn)行大斷面開挖。如土砂質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹性地層、 強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋有顯著偏壓等圍巖的隧道中。 超前錨桿 圖 7 超前錨桿預(yù)錨固圍巖 管棚 (1)構(gòu)造組成 管棚是利用鋼拱架沿開挖輪廓線以較小的外插角、向開挖面前方打入鋼管或鋼插板構(gòu)成的棚架來形成對開挖面前方圍巖的預(yù)支護(hù) (圖 8)。其尾端應(yīng)盡可能多地與系統(tǒng)錨桿及鋼筋網(wǎng)焊連。 ③超前錨桿的安裝誤差，一般要求孔位偏差不超過 10cm，外插角超過 1176。一般超前長度為循環(huán)進(jìn)尺的 3~5 倍，宜采用 3~5m長，環(huán)向間距采用 ~；外插角宜用 10176。雖然可以與系統(tǒng)錨桿焊接以增強(qiáng)其整體性，但對于圍巖應(yīng)力較大時，其后期支護(hù)剛度就有些不足。 施工中應(yīng)經(jīng)常觀測地形、地貌的變化以及地質(zhì)和地下水的變異情況，制定有關(guān)的安全施工細(xì)則，預(yù)防突然事故的發(fā)生。當(dāng)?shù)叵滤S富時，這種情況就更為嚴(yán)重。 表 12 各施工方法的適用范圍 隧道施工輔助方法 在前面介紹隧道開挖方法時，就有一個假定，即開挖面 (或稱掌子 面 )均為直立的。 (5)交叉中隔壁法 (CRD) 交叉中隔壁法適用于 V~Ⅵ級圍巖淺埋的雙線或多線隧道。 中洞法施工要求：中洞法開挖高度應(yīng)大于中墻高度 1m，開挖寬度應(yīng)大于 5m；中洞開挖長度根據(jù)隧道長度、寬度以及地質(zhì)情況綜合考慮，一般為 50~80m；對長度 200~300m的短隧道可先貫通中洞，然后再施工兩側(cè)側(cè)洞；中洞開挖后應(yīng)及時施作初期支護(hù)，再分段灌筑中墻混凝土，每一縱向段長度為 4~6m，在中墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可拆模，并進(jìn)行臨時橫向支撐。 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法具有控制地表沉陷好 (僅為短臺階法的 1/2)，施工安全等優(yōu)點(diǎn)，但進(jìn)度慢，成本高。在土質(zhì)及軟弱圍巖中使用較多，在大秦線軍都山隧道黃土段等隧道施工中均有應(yīng)用。 (1)環(huán)形開挖留核心土法 環(huán)形開挖留核心土法常用于Ⅵ級圍巖單線和 V~Ⅵ級圍巖雙線隧道掘進(jìn)。缺點(diǎn)是上部出渣對下部斷面施工干擾較大，不能全部平行作業(yè)。這樣反而降低了施工的綜合 效率，因此推薦臺階長度為 50~80m。 施工中采用哪一種臺階法，要根據(jù)兩個條件來決定，第一是對初期支護(hù)形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，要求閉合時間越短，第二是對上部斷面施工所采用的開挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備需 要施工場地大小的要求。 為加快隧道建設(shè)，必須實(shí)現(xiàn)隧道施工機(jī)械化，而隧道工程新技術(shù)、新工藝的推廣又為機(jī)械化施工奠定了基礎(chǔ)。 ②有鉆孔臺車或自制作業(yè)臺架及高效率裝運(yùn)機(jī)械設(shè)備。按開挖隧道的橫斷面分部情形來分，開挖方法可分為全斷面開挖法、臺階開挖法、分部開挖法等，見表 10。即在選擇開挖方法和掘進(jìn)方式時，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式；另一方面應(yīng)考慮坑道范圍內(nèi)巖體的堅(jiān)硬程度，選擇能快速掘進(jìn)，并能減少對圍巖的擾動的方法和方式。 開挖方法 隧道施工就是要挖除坑道范圍內(nèi)的巖體，并盡量保持坑道圍巖的穩(wěn)定。 勤量測，是指以直觀、可靠的量測方法和量測數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確評價(jià)圍巖 (或圍巖加支護(hù) )的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動態(tài)發(fā)展趨勢，以便及時調(diào)整支護(hù)形式、開挖方法，確保施工安全和順利進(jìn)行。因此要求能用機(jī)械開挖的就不用鉆爆法開挖；采用鉆爆法開挖時，要嚴(yán)格地進(jìn)行控制爆破；盡量采用大斷面開挖；根據(jù)圍巖類別、開挖方法、支護(hù)條件選擇合理的循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺；自穩(wěn)性差的圍巖，循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺應(yīng)短一些；支護(hù) 要盡量緊跟開挖面，縮短圍巖應(yīng)力松弛時間。因此，新奧法作為一種施工方法，已在世界范圍內(nèi)得到了廣 泛的應(yīng)用。之后在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中得到了極為迅速的發(fā)展。由于襯砌的設(shè)計(jì)工作狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)不一致，以及臨時支撐存在的一些缺陷等，在一定程度上限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。日本隧道界將以鋼構(gòu)件作為臨時支撐的礦山法稱為“背板法”。 (1)礦山法 傳統(tǒng)的礦山法是人們在長期的施工實(shí)踐中發(fā)展起來的。 在礦山法中，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進(jìn)行開挖，故又稱為鉆爆法。 對噪聲要求嚴(yán)格的部分隧道洞口段，于隧道內(nèi)壁邊墻上可以設(shè)置厚度不大于 10 cm 的吸音板，在鋪設(shè)無碴軌道洞內(nèi)底部設(shè)置吸引材料，把噪聲降到最低 限度。 對平行的雙洞單線隧道，間隔 400～ 500 m設(shè)置橫向連接通道，以備災(zāi)害發(fā)生時互為救援和疏散通道。 在隧道輔助洞室內(nèi)設(shè)置簡易的消防器具和報(bào)警電話。 ② 在防水板鋪設(shè)之前，應(yīng)對初期支護(hù)的滲漏水情況進(jìn)行檢 查，如有股流，應(yīng)進(jìn)行局部注漿堵水，如有滲 水情況，宜采用盲管進(jìn)行引排。達(dá)到《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》 (GB50108)規(guī)定的一級防水標(biāo)準(zhǔn)，襯砌不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無濕漬。 襯砌支護(hù)類型和支護(hù)參數(shù) 根據(jù)隧道圍巖的變形和松弛由圍巖和支護(hù)共同抑制最終形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的理念，對于質(zhì)量要求較高的客運(yùn)專線隧道，暗挖部分宜采用復(fù)合式襯砌，明挖部分采用整體式襯砌。例如，列車進(jìn)洞速度為 160km/h時，基本上可不考慮微氣壓波問題。 入口緩沖段的結(jié)構(gòu)形式主要有：橫斷面積不變，具有一定長度的緩沖段；橫斷面積擴(kuò)大，具有一定長度的及側(cè)面開口的緩沖段等。根據(jù)我國科學(xué)發(fā)展觀和環(huán)境保護(hù)的要求，客運(yùn)專線的隧道洞門應(yīng)綜合考慮地形、地貌、洞口地質(zhì)條件及附近建筑物、周邊自然環(huán)境等因素，在確保運(yùn)營安全的前提下，因地制宜地設(shè)計(jì)新型洞門結(jié)構(gòu)。沿隧道襯砌預(yù)留寬為 ，用于安放施工輔助設(shè)施 (如立腳手架 )，作為余留的襯砌補(bǔ)強(qiáng)或安裝建筑材料的空間。 (2)救援通道。 表 7 我國客運(yùn)專 線隧道內(nèi)凈空面積 序號 類別標(biāo)準(zhǔn) 單線 雙線 1 200km/h 客專近期客貨共線 2 200km/h 客專近期雙箱運(yùn)輸 3 250km/h 近期客貨共線 58m2 4 250km/h 近期雙箱運(yùn)輸 58m2 5 350km/h 客運(yùn)專線 70m2 100m2 注：隧道內(nèi)凈空面積是指軌面以上部分的面積 各種預(yù)留空間要求如下： (1)安全空間。目前世界上高速鐵路對隧道設(shè)計(jì)參數(shù)的確定基本上有兩種模式：以日本新干線為代表， 隧道斷面比較小以求降低土建造價(jià)，而提高車輛密封性和修建洞口緩沖結(jié)構(gòu)的辦法來緩解脈沖壓力和微氣壓波引起的負(fù)面影響；以德國高速鐵路為代表在高速隧道修建時， 主要通過放大隧道斷面積來解決上述問題。 表 4 我國高速鐵路舒適度準(zhǔn)則建議值 線路類型 隧 道長度 (占線路比例 ) 隧道密集程度(座 /h) 瞬變壓力/(kPa/3s) A(平原 ) 單線 10% AND 4 B(平原 ) 雙線 10% AND 4 C(山丘 ) 單線 25% OR 4 0,8 D(山丘 ) 雙線 25% Or 4 建筑限界和隧道內(nèi)凈空面積 堵塞比的概念 從各國的實(shí)踐看，隧道橫斷面的決定主要是采用堵塞比，即采用列車橫斷面面積與隧道橫斷面面積的比值來決定。 3 客 運(yùn)專線隧道的技術(shù)要求 高速列車在隧道中運(yùn)行時的舒適度 高速列車在隧道中運(yùn)行時的舒適度與列車通過隧道時產(chǎn)生的壓力波動有關(guān)，這也是高速列車通過隧道時產(chǎn)生的主要效應(yīng)，而微氣壓波正是這種壓力波向外產(chǎn)生的輻射，因此所有效應(yīng)及危害的根源在于壓力波動，特別是在極短時間內(nèi)的壓力突變（稱為瞬變壓力）傳到人體時，會產(chǎn)生生理上的不適，從而大大降低乘車的舒適度。例如，列車進(jìn)入隧道后，形成壓縮波，當(dāng)壓縮波傳到隧道出口突然釋放形成微氣壓波時，會對洞口的環(huán)境造成一定的影響，嚴(yán)重時會產(chǎn)生爆破音，影響附近的建筑物和居民的正常生活。 例如，客運(yùn)專線隧道內(nèi)對襯砌混凝土的裂縫要求就特別嚴(yán)格，因?yàn)榭瓦\(yùn)專線隧道內(nèi)空氣壓力在不斷的變化，特別是洞內(nèi)會車情況下，壓力的波動對結(jié)構(gòu)的表層穩(wěn)定是不利的。 可靠性