高寒地区隧道深埋中心水沟施工工法
周欢欢
[摘要]目前我国已经建成的许多处于高纬度寒冷或严寒地区的隧道，由于渗漏水及冻胀造成的仰拱翻浆冒泥，衬砌开裂，底鼓甚至侵限等一系列病害，一直困扰着当地铁路的运营安全并带来了极大的负担，同时设计有深埋中心水沟的地段施工进度也难以得到保证。本文参照哈尔滨至牡丹江客运专线工程镇北隧道，结合实际，对深埋中心水沟施工工艺做简单的阐述。
[关键词]高寒;地区;隧道;深埋中心水沟;施工
文章编号：2095-4085（2019）03-0126-02
镇北隧道地处黑龙江省尚志市一面坡镇境内，全长1590m，属于严寒地区，历年最冷月份平均气温-19.4℃。按照设计，隧道中心水沟的设置如下，长度≤3.0km隧道全長及长度>3.0km隧道排水段洞口1.5km范围（排水坡小于1.5km时为排水坡段范围）设置深埋中心水沟，深埋中心水沟采用内径800mm，壁厚120mm三级钢筋混凝土预制管，排水面应位于冻结面以下。
基于以上情况，深埋中心水沟的施工将成为隧道防排水施工中的重点，尤其是软弱围岩，铁建设[2010]120号文规定，IV，V级围岩仰拱封闭成环位置距离掌子面不得大于35m。而严寒地区仰拱施工较其他地区多了一道深埋中心水沟的施工工序，因此深埋中心水沟的施工工艺是保证隧道防排水质量和施工进度的重中之重。
1工艺工法特点
1.1工效方面
由于深埋中心水沟处于仰拱下部，在施工时较普通保温水沟多了开挖及支护的施工工序，因此在施工效率方面有所降低，这也是制约隧道整体进度和安全的关键因素，但IV，V围岩仰拱及水沟采用后退式台阶法开挖，较传统的开挖方式节省了至少一个开挖和支护循环时间，最大限度的提高了施工效率。在仰拱和中心水沟施做步骤上，先开挖中间中心水沟部分，待中心水沟施做完成之后再开挖两侧仰拱部分，由于每个管节预制长度为2m，一次开挖5～6m不会导致两侧下台阶拱脚悬空，可下管2～3节，有效的缓解了“仰拱一次开挖不得大于3m”带来的进度影响，同时保证了安全。
1.2质量方面
在高纬度严寒地区采用深埋中心水沟，极大程度的减少了冻害的发生，为隧道整体防排水的质量提供了有力的保证。直径80cm的混凝土管也便于后期的维护，一旦发生堵塞现象，可安排人工进行清理;采用后退式台阶法开挖也减少了爆破过程中对已施工完成的水管的破坏，降低了水管渗漏水的可能;此外，II，亚级围岩中心水沟侧壁设计没有初期支护，对于超挖的部分需采用级配碎石回填，采用分层爆破的方式极大程度的减少了超挖的可能性，避免了后期“水囊”的形成。
1.3深埋中心水沟埋深较深
为了便于施工，在开挖时需三面放坡，另外为加快工序循环，深埋中心水沟的施做需超前仰拱一板，因此，按每板仰拱施做6m计算，普通8m～12m栈桥无法满足施工要求，应配备长度不小于18m的仰拱栈桥。
2适用范围
适用所有严寒地区设置深埋中心水沟的铁路，公路隧道的施工。
3工艺原理
3.1深埋中心水沟设计情况
深埋中心水沟底距仰拱填充顶面4.35m，采用内径80cm，壁厚12cm的三级钢筋混凝土预制管，排水面位于冻结线以下，预制排水管采用企口刚性接头形式，排水管下设混凝土管座，排水管接头采用钢丝网带水泥砂浆抹带接口，管座上部至仰拱底不小于20cm范围内回填级配碎石包裹排水管，级配碎石外包土工布，上部浇筑一层保温混凝土，厚度不小于20cm，最后采用聚氨酯保温板覆盖。
3.2检查井设计情况
排水管每隔30m设置一处中心检查井，检查井最上部设一层结构受力盖板。检查井内设置上下两层保温浸油木盖板。最外层盖板与仰拱填充面平齐，采用10cm厚钢筋混凝土盖板，盖板周圈外贴2cm厚橡胶条密封。检查井内上、下两层盖板采用5cm厚浸油木盖板，两层盖板之间按要求铺设聚氨酯保温材。
3.3施工要点
深埋中心水沟开挖受IV，V级围岩开挖要求所限制（仰拱开挖每循环进尺不大于3m），我们采用先开挖中间中心水沟部分，待中心水沟施做完成之后再开挖两侧仰拱部分，I，级围岩则影响相对较小，这里着重介绍IV，V级围岩的深埋中心水沟施做。
深埋中心水沟施工时主要需要解决的就是开挖过程中安全质量和进度的问题，在开挖时预留两侧仰拱部分，先开挖中心水沟区域，按照实际围岩情况放坡和设置临时横撑;石质围岩时采用预裂爆破和松动爆破相结合，减少对周边围岩扰动，保证安全。采用此种开挖方式并未违背铁建设[2010]120号文规定，同时也满足了隧道施工“弱爆破”的原则。
4施工工艺流程及操作要点
4.1开挖步骤
深埋中心水沟开挖时分三个步骤，如图1。
开挖方式主要以机械开挖为主，辅以弱爆破或松动爆破。开挖时要注意保护拱墙初支结构，如上图所示，先开挖部位I，然后开挖部位II，最后开挖部位I。采用挖机配合自卸汽车出碴，出碴完成后，用全站仪对开挖深度及宽度进行复测，若存在欠挖应及时处理，测量无误后方可进行水沟初支施工。
4.2开挖方案
中心水沟基础断面尺寸为底宽1.709cm，仰拱下深192cm，水沟顶宽2.477cm，水沟侧璧边坡坡度1：0.2。下台阶拱脚间距离为13.2m。深埋中心水沟开挖后隧道底部每边剩余净宽值：（13.2一2.477-2.32*0.5*2）/2=4.2m，可以看出只要开挖方案正确，水沟基础开挖后保持边坡稳定，并不会影响到两侧拱脚，而V级围岩较为软弱，可在水沟中间设置临时横撑，防止水沟壁坍塌影响两侧拱脚，具体设置间距根据设计仰拱拱架间距而定。开挖时宜采用后退式台阶法开挖，利用靠近仰拱方向作为临空面。
4.3工艺流程及操作要点
（1）开挖方式先开挖正面图中①部分，台阶高度为1m～1.2m，开挖断面布孔形式如上图所示。每个台阶间的距离可为2m～3m。第一层开挖台阶在其轮廓线上布置预裂炮眼，底层开挖可不设预裂炮眼。钻孔角度为72°～80°，向临空面方向倾斜;一次钻孔深度为1.2m～1.5m，预裂炮眼间距为钻孔直径的10～12倍;主炮眼间距为60cm～70cm。开挖②部分时，炮眼布置同①，直至开挖完毕。
（2）装药量及装药结构预裂炮眼每孔药量计算：按公式Q。=kd√a（g/m）计算。
其中k——岩石系数（坚硬岩取0.6，中硬岩取0.4～0.5，软岩取0.3～0.4）该段取0.4。
炮眼底部0.5m范围内的装药增加量一1，x装药长度。
爆破时采用导爆管簇联起爆网络，预裂孔比主炮孔导前50ms～100ms，主炮孔排间间隔为50ms～70ms。
（3）初期支护在开挖完成后应立即对水沟开挖面进行初期支护，按设计要求，V级围岩需安装钢拱架并用C25喷射混凝土封闭，IV级围岩仅需喷射C25混凝土，II，级围岩无初期支护。初期支护厚度和正洞仰拱初期支护厚度一致。在拱架顶部与仰拱拱架相连接，形成整体。
（4）混凝土底座和混凝土预制管安装在初期支护完成之后即可浇筑混凝土底座和安装混凝土预制管，过程注意混凝土振捣和中线、高程的控制。
混凝土预制管安装前整体外包土工布，管缝的处理是关键工序，由于管口采用的是企口刚性接头，在实际操作过程中很难保证接头完全密贴，因此管缝处理能够起到将管节连成整体和防止渗漏水的作用，设计采用的是1：2.5水泥砂浆填缝+20cm宽1.5cm厚1：2.5水泥砂浆+18cm宽20#10mmx10mm钢丝网+20cm宽1cm厚1：2.5水泥砂浆对管缝进行处理，并且锚入管座混凝土12cm。
（5）混凝土预制管顶面回填在混凝土管安装完成之后即可回填级配碎石，回填顶面距离至仰拱初支以下不小于25cm，级配碎石回填时应分层夯实，每层厚度不得大于30cm，然后浇筑C20保温混凝土至仰拱初支以下5cm，聚氨酯保温板暂时先不安装，待两侧仰拱开挖完毕之后，在仰拱初支施做之前安装。
5质量控制
5.1严格控制开挖
在深埋中心水沟开挖时，应严格按照多打眼，少装药的方式进行爆破，把握每循环进尺，避免超挖过大和减少对周边围岩的扰动。
5.2及时支护
在开挖完成之后及时按照设计进行支护，避免围岩暴露时间过长，并且在有水的情况下，保持基底少水或无水状态。
5.3控制混凝土管线型和标高
混凝土管安装时应严格按设计控制平面位置和标高，并且认真处理管缝等细节，保证排水畅通。
6效益分析
隧道深埋中心水沟采用此工法施工，采用较少的人工即可完成，对火工品，喷射混凝土，级配碎石等材料的超耗的到了极大的控制，同时，采用此方法大大的提高了工序循环速度，提高了隧道整体施工进度。
参考文献：
[1]姚希磊.隧道深埋式中心水沟施工技术研究[J].铁道建筑技術，2017，（06）：97-99，119.
[2]赵晓青.高速铁路寒区隧道深埋中心水沟设置与施工技术研究[J].建筑知识，2017，37（4）：113-114.
