隧道施工总结

1工程概况

张夏隧道位于济南长清区张夏镇，全长722m，进口里程区间DK427+965～DK428+687。由三标段二工区（水电五局）负责施工。隧道位于低山区，地形起伏较大，其中Ⅳ级围岩330m、Ⅴ级围岩362m，隧道内纵坡坡度为4.5‰的下坡，隧道位于R＝7000的曲线上，隧道洞身地表植被较少。

隧道按最高行车速度350km/h、客运专线双线隧道设计。暗挖段采用复合式衬砌，洞门帽檐式结构。Ⅳ、Ⅴ级围岩的衬砌结构采用曲墙带仰拱形式。衬砌混凝土采用C30混凝土或C35钢筋混凝土。初期支护采用C25喷射混凝土和湿喷工艺。

张夏隧道主要工程量如下：

2.1施工组织与设备投入情况

2.1.1施工组织框架

张夏隧道工程由三标段二工区（水电五局）第四施工处负责施工，施工组织结构见图：

2.1.2施工设备投入情况

施工设备投入见表：

投入张夏隧道工程的主要施工机械设备表

2.2.1施工总体布置

张夏隧道长722m，洞身较长，为缩减工期，安排二个作业队从进出口同时进行施工。其中出口为主，进口为辅，施工用水所使用的水源来自掘井以及位于隧道出口附近的车站。其他临时设施包括生活营区均布置在洞口附近的空旷地里。隧道主要施工用电设备为空压机、风机、照明、生活及附属用电。进口采用400kw发电机供电；出口从附近的供电线路上引接，左侧设置变压器两台。隧道开挖、支护用风由布置在出口左侧的供风站提供。

张夏隧道Ⅳ级围岩的隧道采用上下台阶法为主的施工方法。Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法施工，暗挖洞口处设置长管棚超前支护。隧道二衬按照“仰拱超前、拱墙紧跟”的方式进行施工，采用一台12m全液压模板台车进行二衬混凝土衬砌。

2.2.2明洞施工

人工清除开挖区内的植被、杂物，由测量工放出进口设计开挖边线，核实开挖断面，按设计施作坡外截水沟。构筑区内开挖施工便道，并同步形成开挖区内临时排水沟。

2.2.2.1土方开挖

表层土方采用挖掘机挖装20t自卸车运输至弃碴场。土方边坡用挖掘机按设计坡比开挖，并预留30~50cm，预留部分采用人工配合挖掘机修整边坡。

2.2.2.2石方开挖

下部石方开挖采用浅孔微差爆破技术，先拉通主槽，梯段开挖每层2到3米，两侧边坡预留的1.5m宽的保护层，以减少大爆破对边坡的损伤，保护层岩体采用光面爆破技术，根据主爆体的爆破情况和岩石性质更准确地选择爆破参数，提高边坡的光爆效果。

为了确保边坡稳定，支护与开挖同步进行，每开挖完一个台阶，及时进行支护施工，支护施工结束后进行同段下一台阶开挖。

2.2.2.3基地检测处理

明洞段开挖到底后，观测基础地层是否变化，并进行承载力检测。承载力不符合要求时，会同设计单位、监理单位提出对地层加固的处理方案，确保基底承载力满足设计要求后，方可进行仰拱施工。为防止基底裸露风化，影响地基承载力，明洞段开挖预留20～30cm厚度，待衬砌施工时再人工挖除。

2.2.2.4衬砌

明洞段浇筑混凝土前应复测中线、高程和模板的外轮廓尺寸（考虑预留沉降），确保衬砌不侵入设计轮廓线。明洞段混凝土的灌注设挡头板、外模和支架，明洞段墙、拱混凝土应整体浇筑。拱圈混凝土强度应达到混凝土设计强度等级的100％，且拱顶回填土高度达到0.7m时，方可拆除明洞段拱架。

2.2.2.5防水及回填

衬砌施工完毕后，及时施做防水层，然后进行回填。回填在衬砌外防水层施做完成且混凝土强度达到设计强度后进行。回填采取两侧对称、小型机具进行夯实，两侧回填高差不得大于0.5m。采用机械回填时，在人工夯填超过拱顶1.0m以上后进行。

2.2.3洞身开挖支护

隧道出口共布置4台20 m3/min空压机，进口一台20 m3/min空压机，供风管选用直径为Φ150的钢管，钢管长度为1000m。洞内采用压入式通风方式，洞口设置一台2×55KW的轴流式通风机，向洞内供风，风筒直径1000mm。

洞身段开挖按新奥法原理组织施工，在施工中严格遵循“管超前，严注浆，短进尺，弱爆破，强支护，早封闭，勤量测” 的施工原则。Ⅳ级围岩的隧道采用上下台阶法为主的施工方法。Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法施工，洞口处设置长管棚超前支护。洞身段开挖采用控制爆破技术，施工中加强监测，密切注意围岩变化，并及时调整支护参数，随挖随护。

2.2.3.1地质预报

采用TSP203地质预报系统、超前钻探法、全断面素描等进行地质预报，并预测开挖工作面前方一定范围内围岩的工程地质和水文地质条件，预测掌子面前方100m～200m范围内的地质状况。

2.2.3.2超前支护

开挖施工前先对隧道进行超前支护，洞门超前支护类型为超前长管棚，超前长管棚在明洞段结束前进行施工。管棚采取外径108mm，壁厚5mm的热轧无缝钢花管，最大施作长度为30m（洞口段30 m，洞身18 m），外插脚1~3°，管棚的注浆材料为水泥砂浆。洞口管棚采用C20混凝土导向墙，截面尺寸为1.5m×1.0m。明洞段开挖时，按导向墙的结构尺寸预留岩台，以岩台为支撑进行混凝土导向墙施工，预埋140mm的导向钢管，然后，管棚钻机沿导向钢管钻进。

2.2.3.3Ⅳ级围岩

隧道Ⅳ围岩地段，采用台阶法施工，喷、锚、挂网初期支护，并辅以中空注浆锚杆、砂浆锚杆及格栅钢架，联合支护。采用钻爆法施工，上台阶采用三级楔型掏槽，周边光面爆破；由装载机装碴，20t自卸汽车运碴。下台阶采用毫秒微差有序起爆，光面爆破，分左右侧开挖，左侧施工时右侧由洞渣垫为临时通道，反之亦然，保证上台阶出渣及混凝土道路畅通。隧道开挖后及时施作初期支护，下半断面开挖后进行仰拱施工。

2.2.3.4Ⅴ级围岩

隧道Ⅴ围岩地段，采用双侧壁导坑法施工，减少对围岩的扰动；喷、锚、挂网初期支护，并辅以中空注浆锚杆、砂浆锚杆及格栅、型钢钢架，联合支护。开挖左右侧导坑间距保持15~20m，开挖后及时进行初期和临时支护，即初喷4cm厚砼，架设钢架及临时钢架，并设锁脚锚管。

2.2.4衬砌施工

隧道衬砌按照“仰拱超前、拱墙紧跟”的方式进行施工，隧道仰拱及填充混凝土采用组合钢模板先行施作，拱墙二衬由衬砌台车进行整体浇筑。衬砌混凝土由5号拌和站集中拌和、罐车运输。

2.2.4.1 仰拱衬砌

仰拱混凝土施工采用简易式仰拱栈桥施工，仰拱栈桥采用工字钢制作，一端支撑在枕木上，另一端支撑在已浇筑完的混凝土上。仰拱栈桥能够实现隧道施工过程中车辆运输及仰拱施工同时作业，避免平行作业下施工干扰，缩短循环时间，提高施工效率，整幅仰拱可以一次施工完毕。

浇筑仰拱由仰拱中心向两侧对称进行，仰拱与边墙衔接处应捣固密实。仰拱紧跟开挖掌子面，实现了隧道底部的快速封闭，有利于隧道初期支护、衬砌结构稳定；大大改善了隧道内的作业环境，使运输道路通畅，加快了施工进度。

2.2.4.2拱墙衬砌

拱墙衬砌砼采用液压模板衬砌台车全断面浇筑成形，衬砌台车台车长度 12m 模板半径，模板厚度1cm，台车共布置32个0.5×0.4 m的工作窗口，其中边模布置16个，顶模布置16个。附着式振捣器布置12台，功率为2.2kw，附壁式振捣器可联动，也可单独操作。砼浇筑时采用砼输送车及混凝土输送泵运送砼，插入式振动器捣固，附着式振动器配合，为了避免浇筑时边墙两边砼量不等而产生过大偏压，两边砼浇筑时应对称分层浇筑，两侧高差不超过0.5m。砼衬砌时易产生台车上浮，边墙浇筑时速度控制10—15m3/h；拱部灌注速度可相应加快，并确保顶部浇筑饱满，减少回填灌浆量。拆模后采取喷雾养护方式及时养护。

拱墙钢筋绑扎由自制可移动钢筋台车上进行，钢筋安装前先由测量放线，确定架立筋位置，然后安装圆弧钢筋，圆弧钢筋安装顺序先外层，后内层，先下后上。钢筋焊接采用单面搭接焊，焊缝长度不小于10倍钢筋直径。

由于主筋主要为圆弧型，钢筋焊接处易产生较大缝隙，使焊缝较宽、不密实，施工时采取了按衬砌半径提前对主筋进行预弯。

外侧钢筋焊接时溅出火花极易烧坏防水板，因此焊接钢筋时必须焊缝周围用石棉水泥板进行遮挡，钢筋安装过程中避免划破防水板。

2.2.5回填灌浆

回填灌浆的目的是在混凝土衬砌的背面对混凝土浇筑未能浇实留有空隙的部位的灌浆。回填灌浆在衬砌混凝土达到设计强度的70%后，尽早进行。张夏隧道衬砌留有回填灌浆管，对于部分阻塞孔位采用平板车搭设方便钻孔台架进行风钻重新钻孔。

灌浆分二序进行，一序孔灌注水灰比为0.6:1的水泥浆；二序孔为灌注1:1和0.6:1两个比级的水泥浆，空隙大的部位灌注水泥砂浆，掺砂量不大于水泥重量的2倍。采用KBY-50/70注浆泵，注浆浆液右5#拌和站集中拌制，混凝土运输罐车运至现场。在设计规定压力下（0.3Mpa）。当注浆孔停止吸浆时，回填灌浆即结束。隧洞顶部倒孔灌浆结束后，先关闭孔口闸阀后再停机，孔内无反浆即可拆除孔口闸阀。

2.2.6防水和排水

张夏隧道结构防水按一级防水设计，确保结构防水达到设计要求是结构设计的重中之重，施工中采用切实可行的措施，先进的施工工艺。隧道二次衬砌顶部、边墙及仰拱（底板）全部采用防水混凝土，抗渗等级不低于P12。由于隧道跨度大，二衬混凝土按设计要求采取双掺技术，掺加一级粉煤灰及具有补偿收缩功能的HE型高效抗裂防水剂，粉煤灰掺量占水泥重量不小于30%，HE型高效抗裂防水剂掺量占水泥重量的8%~10%。

隧道拱墙敷设复合式防水板，防水板按照“无钉铺设”工艺进行施工。防水板幅宽4m，使用移动式作业台架进行铺设，采用热合焊机现场焊接，搭接宽度10~15cm，焊缝宽度不小于25mm。隧道衬砌防水板背后环向设置Φ50透水盲管，环向盲管纵向间距按8m设计；在隧道两侧边墙墙脚外侧泄水孔标高处两道环向盲管之间设置纵向Φ100透水塑料管盲沟，环向盲沟与纵向盲沟两端与隧道纵向侧沟连通。每段纵向盲沟中间部位设置一处Φ50泄水孔连接到隧道侧沟。隧道中心设置中心排水管，中心排水管与侧沟通过Φ100PVC泄水管连接，间距30m。

3 工程质量保证措施

3.1隧道开挖

针对张夏隧道工程地质特点，不同围岩级别根据设计要求和实际施工需要，采用相应的钻爆设计方案，修正钻爆设计来控制开挖断面，严格控制超欠挖。

3.2爆破

张夏隧道开挖采用光面爆破。光面爆破设计的主要技术措施是：

根据标段工期及隧道的地质条件合同确定的进尺进行爆破设计，爆破设计严格按照规范的要求和现今已成熟的隧道爆破成果、施工经验及先进技术进行；由于掏槽眼和周边炮眼的光面爆破在隧道爆破中具有相当重要的作用，因此单独进行设计，爆破前进行爆破试验，使爆破参数更加趋于完善；控制开挖断面，确保轮廓线达到设计要求。

3.3喷射混凝土

为保证喷射混凝土的厚度和质量，喷射混凝土采用湿喷工艺。初喷在清理、找顶后立即进行，喷射混凝土厚度4cm，及早快速封闭围岩。

3.4衬砌混凝土

当围岩和初期支护变形基本稳定，量测监控数据表明位移率明显减缓、收敛值拱脚附近小于0.2mm/d和拱顶相对下沉小于0.15mm/d时，方可施作二次混凝土衬砌。混凝土采用泵送施工，拱部下采用插入式振捣器振捣，拱顶设置附着式振捣器。

3.5防排水施工措施

3.5.1初期支护湿喷防水混凝土防水

初期支护喷射混凝土是承担施工阶段地层荷载的主要结构，必须有足够的强度、刚度和抗渗性。保证喷射混凝土的厚度，提高喷射混凝土的密实性，减少它的收缩变形裂缝，是湿喷混凝土防渗漏的关键。为了达到喷射混凝土防裂抗渗的目的，施工中必须设计好湿喷防水混凝土施工配合比。

3.5.2软式透水管排水

对于注浆和湿喷混凝土未能防住的地下水，通过拱、墙系统设置的环向软式透水管和纵向软式排水管，将地下水引排至洞内排水侧沟排出。软式透水管安装施工必须严格按设计进行，软式透水管的安装定位必须准确，转角圆顺，排水畅通，对富水及水压力较大的地段，适当增加软式透水管，使水排向水沟，减少二次衬砌防水混凝土防水压力，保证建成后的隧道边墙、拱部不会因水压力过大出现渗漏现象。

3.5.3防水板防水

防水板的铺设要松紧适度，使之能紧贴在喷射混凝土表面上，不致因过紧被撕裂；过松，无纺布防水板褶皱堆积形成人为蓄水点。为防止电热加焊器将防水板烧穿，在防水板上衬垫隔热纸。密闭的防水板，是保证结构防水质量的关键。

3.5.4施工缝、变形缝防水

施工缝按要求设置中埋式橡胶止水带，变形缝按要求设置止水带。止水带安装采用十字钢筋卡固定，连接采用热焊连接，保证牢固无破损。此部份的施工操作工艺要求相当高，现场施工中质检人员全过程监督，确保施工质量。

4结语

张夏隧道已完工，全隧按新奥法施工，采取光面爆破、锚喷支护及湿喷技术，使用大型钢模台车加仰拱栈桥施工工艺，结合监控量测和超前地质预报等多方面安全预防措施，确保了施工的安全、质量和效率，为高速铁路隧道施工积累宝贵经验。