1、CM&M 2023.01233受全部荷载，把二衬作为安全储备”的建造理念。施工工艺要求如下：保证开挖安全，开挖前实施超前地质预报，并采取合理的超前预加固措施；尽量减小对围岩的扰动，以大断面法（微台阶/全断面）开挖，相比常规的分部开挖法缩减了施工工序，避免对围岩的多次扰动；钻爆开挖采用光面爆破技术，严格控制装药量，减小爆破对围岩的扰动；软岩采用机械开挖；充分发挥锚杆支护体系的作用，采用新型预应力注浆锚杆，形成应力拱效应，提升围岩自稳能力；对初支、二衬进行应力应变监测，分析结构受力状态，为优化施工工艺工序提供依据。4 施工工艺流程及操作要点4.1 超前预加固本技术主要是通过超前支护对掌子面的稳定起
2、到一定促进作用，进而提高围岩的强度指标和围岩本身的自承能力，充分发挥围岩的加固作用，形成围岩-支护体系。通过创建隧道 BIM 模型，展示隧道走向及沿线地层岩性、产状、地貌、水文等信息，为辅助坑道选址、不良地质段施工应急措施制定、机械化施工技术选取、施工工艺参数选取等提供参考依据，并根据隧道地质条件变化及时调整施工技术。4.1.1 超前管棚施工超前管棚施工工艺流程如下：施工准备测量放样三臂凿岩台车开钻清孔验孔顶进管棚注浆结束。1 工程概况苏家岩隧道全长 5360m，最大埋深约 439m。全隧共分进、出口两个工区，进口工区承担正洞 2595m 施工，起讫里程 DK478+080DK480+675，
3、主要为 IV、V 围岩，岩质较破碎。隧道主要不良地质为顺层偏压、岩堆、滑坡、泥石流、有害气体等，洞身段主要穿过地层为砂质页岩。2 工法特点通过创建隧道 BIM 模型，分析经不同超前预加固施工后隧道围岩形变压力数值，对支护结构调整方案数值进行模拟，在理论阶段选出最优支护方案。新材料、新工艺方面，采用洞身中管棚替代传统超前小导管，采用 DCP、YE等涨壳式预应力注浆锚杆，代替传统中空锚杆及砂浆锚杆，形成围岩-支护体系，提高围岩自稳能力。施工装备方面，采用三臂凿岩台车、ZJS 智能化注浆设备，提高超前预加固水平。应力应变监测方面，通过安装应力计对围岩进行实时监测，从而对围岩位移计支护稳定性进行判别，
4、辅助现场安全施工。3 施工工艺要求将机械化大断面隧道支护工艺，作为郑万高铁研究特大断面软弱围岩隧道安全快速标准化修建的关键，依据高铁建造理念，结合“新奥法”和“新意法”的原理，根据“全断面开挖隧围岩扰动最小”的理论，秉承“让初期支护承大断面隧道软弱围岩机械化配套安全快速施工支护工法研究周宇摘要：目前，山岭隧道所采用的支护结构参数、施工工艺、管理措施大多是基于人工分部法的研究成果和经验。随着我国劳动力成本越来越高，传统工艺的弊端也逐渐显现出来，其机械化程度低、工效低、进尺缓慢、作业环境差，已经不能满足当前施工的需求。以郑万苏家岩隧道大断面隧道项目为依托，总结软弱围岩大型机械化配套支护施工技术，在
5、保障施工安全前提下，加快施工进度，为隧道大型机械化配套快速施工技术提供了新的解决思路。关键词：高铁隧道；大断面；软弱围岩；机械化配套施工（中国铁建十八局集团第三工程有限公司，河北涿州 072750）234工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工隧道管棚采用长 9m 的热轧无缝钢管制成，管壁须钻注浆孔，孔径 1016mm，孔间距 2030cm，呈梅花形布置，尾部留不小于 150cm 的不钻孔的止浆段。注浆压力一般为3.05.0MPa，具体浆液配合比和注浆压力由现场根据实际地质情况试验确定。导管环向设置间距，应根据地层性质、导管设置部位、钻机具性能等条件确定，一般级围岩按
6、50cm 布置，级围岩按 40cm 布置，外插角以 1 5为宜。鉴于传统的渗透注浆或压密注浆，对于渗透性较差的软弱围岩，难以达到理想的注浆加固效果，采用高压霹雳注浆工艺，提升浆液的可灌性和扩散距离，以达到理想的加固效果。4.1.2 掌子面喷混凝土封闭掌子面处理措施为局部或者全断面喷射混凝土。当硬质岩岩体较破碎、地下不发育、局部见滴水时，掌子面局部喷射混凝土封闭。当硬质岩岩体较破碎，以基岩裂隙水为主，见多处线状或股状地下水时，或软质岩岩体完整、地下不发育、局部见滴水时，采用全断面喷射混凝土。当软质岩岩体完整，见线状或小股状地下水时，采用全断面喷射混凝土。4.1.3 掌子面玻璃纤维锚杆针对掌子面围
7、岩不稳定，在苏家岩隧道进口通过在掌子面打设玻璃纤维锚杆来加强支护，使得其稳定性得到了有序提升。玻璃纤维锚杆工艺流程如下：材料准备测量人员放样三臂凿岩台车就位钻孔清孔灌浆安装锚杆封堵结束。其操作要点如下：开钻时钻速宜低，钻进一部分深度后转入正常钻速。在钻进过程中应注意对石粉的收集分析，根据钻进深度对石粉取样，作好记录。单孔钻孔完毕后，及时进行清孔，出现塌孔应重新钻孔。现场调试注浆的水灰比，可在搅拌过程中加入适量染料，以便于对后续的钻芯取样做出对比。4.2 初期支护采用 Plaxis 创建基础计算模型，并赋予计算条件后形成支护结构数值模拟模型。对隧道软弱围岩多支护结构调整方案数值进行模拟，对支护结
8、构进行优化，在理论阶段选出最优支护方案。初支支护完成后衬砌平均应力如图 1所示。4.3 掌子面初喷掌子面爆破后进行排险及欠挖处理，采用 C30 混凝土对开挖岩面进行喷射 4cm 厚的湿喷，加强掌子面的稳定性，特别是对“遇水即塌”等破碎围岩掌子面稳定效果尤为明显。4.4 锚杆施工在隧道掌子面进行初喷后，进行锚杆支护。其中，在拱部安装 25YE 中空注浆锚杆，边墙采用 22 砂浆锚杆，钻孔采用三臂凿岩台车，注浆采用注浆单元。涨壳式预应力中空锚杆（YE 锚杆）施工工艺流程如下：测量布孔凿岩台车钻孔（同时现场预装配锚杆）清孔锚杆推送调整垫板角度并旋入螺母拧紧螺母（施加预应力）插入注浆管注浆复喷混凝土至
9、设计厚度。其操作要点如下：锚孔位置、方向、直径要严格控制，锚孔钻完后用气清孔，检查锚孔是否平直畅通。在锚杆安装入锚孔时，若出现卡死状况，可以用设备沿锚杆轴向顶进。张拉型锚杆可成批注浆，将水灰比控制在（0.380.4:1，膨胀剂比例在 0.08:1 左右，注浆压力控制在 0.30.8MPa。注浆泵应使用螺杆泵式锚杆专用注浆泵，不宜使用普通注浆泵。注浆后清洗干净，管道内不能留有浆液，再次使用前确定管道内无结块。在安装锚垫板与初喷混凝土面密贴紧压。砂浆锚杆施工工艺流程如下：测量布孔凿岩台车钻孔清孔插入注浆管注浆锚杆推送安装垫板及螺母复喷混凝土至设计厚度。砂浆锚杆采用 22 螺纹钢，测量布孔与YE锚杆
10、同时进行，钻孔及清孔采用三臂凿岩台车。钻孔完毕后，将注浆管插入锚杆孔底，边注浆边后退直至注浆管退出锚杆孔，注浆完毕，注浆材料采用M20水泥砂浆。随后将锚杆推送入锚杆孔，安装垫板及螺母。复喷混凝土至设计厚度。4.5 网片施工将加工好的网片及时送至洞内进行安装，确保密贴，网片搭接不少于 1 个网格。4.6 钢架施工施工前，在钢筋加工厂将相应钢拱架按照设计加工完毕，并将其运至洞内。安装钢架前必须清除虚渣及杂物，局部欠挖地段必须提前处理。准确测量出中线、水平点及图 1 初支支护完成后衬砌平均应力CM&M 2023.01235参考文献1 赵晓军.高速铁路隧道施工风险管理技术探索 J.工程技术研 究,20
11、18(15):145-146.2 林毅,王立军,姜军.郑万高铁隧道施工大型机械化配套及信 息化应用探索 J.隧道建设(中英文),2018,38(8):1361-1370.3 王志坚.郑万高铁隧道大断面机械化施工关键技术研究 J.隧 道建设(中英文),2018,38(08):1257-1270.4 张宏志.高铁隧道施工中安全风险控制研究 J.建筑技术开发,2018,45(23):116-117.5 田富强.高速铁路隧道施工技术与质量管理探讨 J.建筑技术 开发,2019,46(20):40-41.里程，保证拱架安装的精度符合施工工艺和施工图开挖轮廓的要求。三臂拱架安装台车钢架施工如图 2 所示。
12、钢架按施工图标示位置架设，拱架应安放在坚实的基底上，间隙应采用喷射混凝土充填密实。如基底为软弱层，应采用喷射混凝土做成扩大基础后架立拱架。钢架安设应在开挖后尽快完成。钢架与钢筋网及连接筋焊接成整体，以增强其联合支护的效应。4.7 复喷混凝土立架及锚杆施工完成后，进行复喷混凝土至设计厚度，喷射作业应分段，自下而上连续进行，喷射角度应与受喷面垂直，喷嘴与受喷面距离宜为 0.61.8m。喷射中应变换喷射角度与距离，将钢架及钢筋网背后喷填密实。5 施工数据监测5.1 应力应变监测测点布设分别为拱顶、左右侧拱腰、左右侧边墙、隧底，共计 6 测点。埋设元器件包括土压力盒、钢筋计、混凝土应变计。埋设工作随立
13、架时进行，所有元器件的电缆线沿钢架引至边墙底部，中间用扎带或扎丝以 1m 间隔绑定。两侧边墙各放置一个木箱，木箱尺寸 50cm50cm20cm，将电缆线整理好放入箱中，并用防水板进行覆盖。5.2 现场监测数据分析截取苏家岩隧道进口 DK478+760 断面喷混凝土外侧应力监测数据如图 3 所示。由图 3 可知：喷混凝土外侧应力在前 20 天变化较快，第 30 天基本稳定。喷混凝土最大压应力为 1.76MPa，位于拱顶，小于 18.5MPa，安全。各点安全系数满足规范要求，安全。6 施工效果结果表明，采用长度 9m、76 中管棚+掌子面玻璃纤维锚杆+高压霹雳注浆超前预加固施工方案，对掌子面稳定性
14、控制可达到最佳实施效果，证明经超前预加固施工后，可进行软弱围岩大断面带仰拱开挖施工。对监测数据和围岩收敛变形量数据进行分析，大断面施工的优势较为明显，各项受力及变形数值均优于台阶法施工。特大断面软弱围岩隧道安全快速标准化修建关键技术，在苏家岩隧道进口的成功运用，为我国高速铁路机械化大断面施工奠定了坚实基础，对隧道钻爆法快速施工具有一定的指导意义。在经济效益上来看，机械化施工取代了传统的人力施工，降低了劳动力成本，减少了复杂工序，使得工效明显提高。机械化大断面施工初期支护施工工程造价整体略低于于传统的人工分部施工，提高施工的安全系数同时，降低施工人员劳动强度，具有一定的社会经济效益。7 结语本文依托郑万高铁苏家岩隧道软弱围岩大断面机械化施工展开研究，后将其运用于贵南高铁九万大山一号隧道施工，并获得成功。基于新奥法原理，充分利用围岩的自稳能力，以“增强初支、减弱衬砌”为理论依据，采用新材料、新设备及新工艺，优化传统初期支护，总结出软弱围岩大型机械化配套支护施工技术，在保障施工安全前提下，加快施工进度，为隧道大型机械化配套快速施工技术提供了新的解决思路。图 2 三臂拱架安装台车钢架施工图 3 喷混凝土外侧应力曲线喷混凝土应力/MPa时间/d
