探讨高速铁路隧道机械化施工技术与质量管理

探讨高速铁路隧道机械化施工技术与质量管理

王雷

中铁一局集团第五工程有限公司 陕西宝鸡721006

摘要：高速铁路隧道建设受地下有限空间作业影响，施工过程不能准确判断前方施工环境的安全性、稳定性，且施工过程均为隐蔽性工程，隧道机械化开挖掘进、实体结构、运营安全等不易控制，这就要求隧道的机械化配套作业、技术管理、质量控制不断提升，通过超前预报、光爆设计、衬砌条件验收及达标作业等工艺总结、过程管理控制措施，确保技术、质量控制融为一体，做到措施到位、方法得当，实现技术措施全面落实和质量管理工序达标的目的，保证高速铁路隧道施工安全和质量受控。

关键词：高速铁路隧道；施工技术；质量控制

0.引言

随着国内高速铁路建设的迅猛发展，因其运行高速、线平直顺、舒适稳定、省时准点等特点，相较于其他交通运输方式更具先进性、优越性，有环境污染低、结构稳定安全、占地面积小、征拆数量少和城镇无干扰等优点。随着建设质量标准及技术革新的不断提升，其技术及质量管理日益受到建设、施工单位的重视。高速铁路隧道建设以山岭地区为主，设计、施工均为山体内部结构或地下工程，受地质构造、地形地貌、环境水文影响，探测、验证、技术管理、质量管控尤显重要。为有效地降低施工风险，提升施工工效，保障隧道施工质量，本文就高速铁路隧道机械化施工技术与质量管理展开了论述。

1.施工特点及专业性要求

1.1施工作业隐蔽性强

高速铁路隧道是一种地下工程，仅通过施工开挖掌子面的一处临界断面，不能可视化或直观判断整体前方施工环境效果及科学评价施工作业质量，整个施工作业面及工序基本处于隐蔽状态，前一道工序实体结构基本被覆盖，大大增加了施工安全、质量隐患。在隧道建设中，开挖、初支、仰拱、防排水作业等各环节、工序需紧密配合及联动作业，若某一工序不达标，会对下一工序造成不利影响或形成安全质量事件，后期通过技术管理验证及检测手段发现问题后也难以通过表观或实体内部问题找到真正原因，出现的问题也基本形成事实，不能直观或辅助性进行验证探查，仅依靠钻孔、取芯、内窥等手段辅助验证和分析及补救，且返工危险系数大，所以，在工程建设中，受隐蔽工程施工质量及工序技术水平不稳定影响，极可能造成隧道实体结构安全质量风险。

1.2前方不可预见性高

由于隧道工程地质条件丰富多样，隧道施工均位于地下或山体内“大型的有限空间”，受地质构造、地形地貌、水文环境、气候条件影响极大，施工过程中设计初始阶段探测结果、现场施工前的超前地质预报不良地质探察的精度，与施工环境、设备、人员的安全息息相关，受地质影响可能发生塌方、涌水、火灾、瓦斯等事故。因地质条件的特殊性，受前方围岩不可预见性及隐蔽性条件限制，结合设计意见可采用长距离超前地质预报（100m以上）、中长距离超前地质预报（30～100m）、短距离超前地质预报（30m以内），并辅以同类不同功能探测手段进行印证以综合分析及判定。

1.3工序循环管理要求高

施工作业受隧道内有限的施工场地影响，各作业机械排兵布阵及工作流程要求高，“一洞五线”施工生产需依次展开工作区域及作业错峰时间，对循环作业工序管理要求高。

1.4施工环境恶劣

受隧道内单向作业气流不循环、有限空间小、工序作业交错扰动大、空气质量差、瓦斯高等环境影响，需进行新鲜氧气及二氧化碳通风换气、有毒有害气体排出、瓦斯浓度降比、高地温降温、结构物养护温度控制等措施，施工环境的恶劣程度制约着隧道安全、质量及进度关系。

1.5大断面开挖危险系数高

高速铁路隧道开挖施工为双向车道，隧道开挖断面大，高宽比基本一致，大断面开挖及爆破扰动过程易造成坍塌、掉块，受地质水文及裂隙发育影响极可能出现突泥涌水等危险事件。

2.技术与质量管理关系

隧道技术管理服务于质量控制，质量卡控结果反馈技术管理的成效，两者相辅相成、互为印证。

隧道施工技术贯穿于地质调查、作业面分布、进洞策划、工艺工法、工序管理、质量验收、工后评价、移交竣工等工作管理状态，具体从隧道勘察、调查分析、技术准备、进洞策划、洞口工程、探测预报、一洞五线各工序作业、测量量测、不良地质专项处理等程序开展管理工作。通过机械化工艺工法及超前地质预报、掌子面预加固、光面爆破、初期支护、衬砌施工关键工序技术管理卡控，保障各实体结构达标验收、质量可控。

3.施工技术管理

严格落实“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针，通过超前地质预报及时掌握掌子面及前方围岩状况，根据工程和水文地质条件等因素综合分析判定是否采取超前预加固措施，确定隧道开挖工法及循环进尺长度，根据监控量测数据及回归分析监测成果，反馈及确定有效支护参数，综合判定围岩级别及围岩支护、衬砌参数，按照施工工法及工艺标准执行三级交底制度及工后评价提升。

3.1超前地质预报探测

结合设计图纸超前地质预报手段，实施综合分析报告制度，出现异常情况时，采用多层次、多手段进行其它预报措施补充探测进一步验证和综合判识，坚持“有疑必探、不探不挖、石变我变”管理理念，将超前地质预报地质判识、围岩量测、沉降观测等工作纳入隧道循环施工工序内。对于复杂地质隧道采用地质分析法、物探法、超前水平钻孔相结合进行综合预报，可采用地震波法、加上声波法、电磁波反射法等一种或几种。对于较复杂地质隧道，可采用地质分析法、地震波法（或声波法）相结合进行综合预报，可采用电磁波反射法、超前水平钻孔的一种或几种进行验证。对于中等复杂地质隧道，以地质分析法为主，对规模较大的地层、断层等采用地震波法或声波法进行探测，当开挖工作面前方存在不良地质时，采用号前水平钻孔进行验证。简单地质隧道可采用地质分析法直接进行判识。

3.2机械化施工生产线作业

以隧道机械化配套施工工法为基础，从工装选型、配套着手，建立隧道机械化施工“一洞五线”、“一法三配套”的新型施工组织模式。一洞五线：即建立隧道机械化大断面法施工超前支护、开挖、初期支护、衬砌、水电槽五条施工作业线。一法三配套，即大断面机械化施工工法、工装配套、人员配套、制度配套。各工序配备专业工装并进行错缝、间歇式作业，形成成套作业流程工序作业线。

3.3施工工艺及方法

⑴大断面隧道机械化开挖工法

大断面隧道机械化施工工法通过超前加固、快速开挖、封闭成环、仰拱整幅，减少围岩多次扰动，控制收敛变形，采用全断面法、微台阶法施工；全断面法按照设计断面拱墙、仰拱一次开挖成型，使用Ⅱ、Ⅲ级围岩和Ⅳ级围岩一般地段，掌子面后4-8m仰拱初期支护后不进行回填，进行全断面施工。微台阶法为掌子面设置为台阶状，上下台阶一次开挖成形，台阶长度一般3～5m，上台阶高度为5～8m，适用于Ⅳ级围岩特殊地段、Ⅴ级围岩一般地段。上下台阶同步支护作业，掌子面进行两个循环后进行仰拱初期支护封闭成环作业，封闭位置距离下台阶不大于2榀拱架间距。

⑵光面爆破及开挖支护

利用凿岩台车导航系统及初支预设控制点完成自动定位，每隔3～5个开挖循环，利用全站仪放样校核并校准钻臂姿态。台车导入钻爆设计及轮廓线核对，分机、分区、分臂施钻，落实“五定、四不钻”，从控制开挖半径、精准测量、光面爆破考核、优选设备及结构改进、钻爆反馈分析改进、爆破设计效果评价并动态调整、留足作业空间减小外插角、长短眼结合消减错台、撬毛找顶标准验收、初支平整度检查及提升、欠挖处置严控超挖、三维扫描工后评价等实效措施入手，抓实光面爆破质量，提升初支质量及平整度效果。

⑶防排水处理

采用3D扫描仪对初支断面全覆盖扫描，形成三维断面及各里程横断面图，迅速进行初支断面处理；防水板钢筋台车采用铺挂滚轴环向依次提升各安装材料， 6m幅宽土工布、防水板均能一次安装铺设到位，防水板与热熔垫片采用电磁焊接，两幅搭接下坡压上坡，搭接长度15cm，利用专用双焊缝或三焊缝爬焊机焊接牢固。

⑷接触网槽道精准定位安装

衬砌模板台车槽道预埋件预留孔口精准开孔及受力检算合格，槽道胎架定型组拼焊接槽道组，采用槽道“二次定位”安装法精准对位核查并验收后方可浇筑衬砌混凝土。

⑸衬砌“三逐、两孔、两振”施工

衬砌台车利用输送设备及管路进料后，台车自带砼分流槽，按照逐窗分层方式对称浇筑，配合混凝土分层布料机配套使用，实现混凝土分层逐窗入模浇筑，起拱线以下以插入式振捣器振捣为主，附着式振捣器为辅，拱腰及以上以，附着式振捣器为主，插入式振捣器振捣为辅，边浇筑边振捣，最大下落高度≯2m，台车混凝土浇筑高差前后≯0.6m、左右≯0.5m。衬砌拱部混凝土浇筑，应由低处向高处进行，利用拱顶下坡段、正中间浇筑孔进行拱部灌注和封顶，通过拱部挡头板或观察孔控制浇筑高度，合理把握衬砌浇筑最后一车混凝土数量，采用防脱空装置确认拱顶是否饱满密实，以防止拱顶脱空。

⑹养护及回填注浆

衬砌混凝土浇筑结束并经带模保湿养护强度达到10Mpa以上时，进行拆模养护，采用自动喷淋台车及雾炮定时养护，养护期不少于7d；待混凝土强度达到70%设计强度时，由拱顶纵向分布的2处注浆孔进行衬砌回填注浆，确保衬砌内混凝土空隙填充密实，质量达标。

4.施工质量管理

以工序质量达标管理为切入点，坚持“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保安全” 安全质量管理要求，严控各道工序质量及验收达标管理，实施“技术交底预控、过程管理验收、工后评价达标”阶段性工作模式，落实“事前有交底、事中抓控制、事后有成果”的PDCA循环提升管理活动。

4.1隧道光面爆破控制

抓光爆、立制度，统一思想认识，从管理源头上要效益；以工区、作业面为单元，全面开展隧道光面爆破考核及超挖超耗管理活动；持续开展爆破参数优化，针对不同岩层及衬砌参数专项设计钻爆设计图，动态优化，做到“岩变我变”。细化各层级光面爆破管理工作职责，落实3D扫描分析考核评价，动态反馈及调整参数设计，实时掌握和了解现状，动态提升光爆质量及初支效果。开挖作业结合隧道特点、围岩特性、施工能力等条件因地制宜、合理选用钻爆方式及爆破设计；将隧道平均线性超挖值降低到一个可接受的范围内，并使其能够长期保持在这一控制水平上，实现隧道开挖提质增效；

4.2隧道防排水质量控制

落实工装设备挂牌验收、一次成型工艺卡控制度，防排水前需进行条件验收及达标确认后方可依次铺设，施工工序及流程作业严格制度卡控，上道工序不达标不得进入后续作业，管理、作业人员做到，工作作业应知应会、应做必做，确保初支截面防、排合格，衬砌实体内实外美。

4.3隧道衬砌质量控制

衬砌施工集合初支、防排水、预留预埋件、衬砌作业等工序质量卡控为一体，衬砌工序在技术及质量卡控不到位时充当遮羞布角色，工序质量达标合格时充当荣誉墙角色；工序作业前严抓衬砌前进行各项条件验收及视频报验，挂牌定责，优化衬砌工艺方法及气动式附着振捣器工装设备试验,并严格落实周通报、月考核制度，奖优罚劣，以稳步提升隧道初支、衬砌施工质量。

4.4信息化管理达标控制

隧道建设引入技术方案管理、围岩量测、沉降观测、施工日志、安全步距、隧道形象化、隐蔽影像系统、信用评价、视频监控、喊话系统、应急逃生系统、虚拟现场、检验批验收管理、拌和站管理、试验检测、工后评价、智能化管理等信息化模块，从隧道开挖、衬砌到作业面贯通成形，基本做到了信息化管理，严抓体系管控，模块监测，做到信息监测、反馈、决策、处置的信息化管理，努力服务现场、指导现场、提升隧道作业施工水平及管理水平。

5.结语

高速铁路隧道施工受地质、环境、方法、管理等因素影响，是一个繁杂、系统、综合性工程，我国在高速铁路隧道建设领域已取得丰富的成果和经验，各项技术及科技成果也不断在提升与更新。隧道施工地质不确定性、风险预警准确性、施工方法、质量控制等仍存在诸多问题，因此，在掌握隧道关键技术及方法的同时严守质量卡控管理的关卡不放松，严格做到“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保安全”，不断探索新的管理方式及途径，在技术提升的同时，质量管理、综合管理要同步配套，确保高速铁路隧道建设技术提升、质量受控、精益求精。

参考文献：

[1]邬海波.高速铁路隧道施工技术与质量控制探索[J]. 建材与装饰,2018,4（16）:279.

[2]中国铁路总公司.Q/CR 9604高速铁路隧道工程施工技术规程[S].北京,中国铁道出版社,2015.