尹进
中国铁路上海局集团有限公司合肥铁路枢纽工程建设指挥部安徽 合肥 230041
摘要：隧道由于其特殊的地质以及环境特点，需要采用更为安全先进的技术。本文主要介绍了几项“四新技术”在隧道中的应用，以提升隧道施工质量，提高运营安全性，减少后期隧道病害的发生，希望为以后的隧道施工提供一定的参考价值。
关键词：隧道；四新技术；探讨
0引言
我国地域辽阔，自然条件差异较大, 隧道穿越的山体工程地质条件、气候条件、水文地质和设计、 施工、 运营、建设结构等变得十分复杂，给隧道的使用与运行的安全性提出了更高的要求。随着我国隧道工程的快速发展,隧道工程病害问题日益凸显，隧道渗水、衬砌脱落等现象时有发生，给运营安全和日常养护造成了较大的损失。因此，隧道施工需要较高的技术水平与严格的质量要求。但是隧道施工具有隐蔽性高，地质条件复杂多变，工作环境恶劣与工作空间不足的特点，所以对其质量的控制十分困难。根据隧道施工的特性，为减少后期病害的发生，要采用科学的方式，具有针对性的质量管理。为保证隧道结构的稳定性及运营时的使用安全，要在施工期间采取避免埋下质量隐患的控制措施。随着新设备、新工艺等“四新技术”在隧道施工中的应用，可大幅提高施工质量，减少后期病害的发生。
1四新技术
隧道工法根据隧道穿越地层的不同情况和隧道施工方法的发展，目前遵循的的基本原则为“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”。通过采用“四新技术”，减少对周边围岩的扰动，及时支护，提高隧道的施工质量，以减少后期病害的发生。
1.1聚能水压爆破技术
目前，隧道钻爆法施工多采用常规光面爆破。常规光面爆破炮孔中的炸药爆炸后，在岩石传播应力波时产生径向压应力和切向拉应力,由于光爆炮孔相邻互为“空孔”,所以在光爆炮孔连线两侧产生应力集中度很高的拉应力超过了岩石抗拉强度,于是使炮孔之间的岩体形成的初始裂缝要比其他方向厉害的多,除此之外,由于炸药爆炸生成的高压气体膨胀产生的静力作用促使初始裂缝进一步延伸扩大，从而达到光面爆破的效果。
而聚能水压爆破技术与常规的光面爆破不同，主要体现在用于产生能量的水压爆破的爆破孔的装料结构上。爆破孔的底部首先装有一个特殊的水袋，填充制造好的集能管，然后将爆破孔的上部装满水。起爆瞬间，岩石中会产生径向压缩应力，而周边轮廓线的两侧则会产生高集中的拉伸应力。拉应力超过岩石的拉伸强度，从而在岩石上沿周边轮廓线产生平滑裂纹并产生应力波。继之以能量收集槽产生的高压射流的静态效应，产生的“水楔效应”以及爆炸产生的高温高压气体，进一步使岩石开裂扩大，以达到完美爆破的效果。
聚能水压爆破是利用聚能管、水袋和枪泥代替外围孔中的传统炸药，除满足常规光面爆破应力波作用外,聚能槽产生的高温高压射流以及光爆孔中的水袋在爆炸作用下产生的“水楔”效应,促使岩石初始裂缝延伸扩展加大。聚能水压光爆炮孔由于水袋炮泥复合填塞,有力控制炸药爆炸生成的膨胀气体于炮孔中,其膨胀气体静力作用要比常规光面爆破不填塞强的多, 更有利于已形成的裂缝再延伸扩展加大。聚能管爆炸会产生高压气体膨胀使得岩石被能量集中槽切割，进而形成光滑的表面。爆破后隧道轮廓面平顺，炮眼保留率高，超欠挖良好。聚能管爆破与常规爆破相比，在同等地质条件下，其周边眼炮眼间距可放大至80cm（传统爆破为了提高光爆效果周边眼间距一般控制在30-50cm左右），炮眼数量减少约50％。传统周边眼在光面爆破时是孔内间隔装药，现场工人作业控制难度大，而聚能管由两根装药的半壁管相扣制成，其直径小于炸药直径（聚能管是将炸药均匀的布在直径22mm的聚能管里，炸药直径为35mm），安装快速简单。由此周边眼打钻量少、装药简单快速，降低了工人的作业量节约人工，并且爆破效果良好，初支喷射混凝土用量得到控制，有效的降低施工成本，提高施工效率，缩短了工序作业时间。
聚能水压光面爆破技术由于聚能管的高温高压射流、“水楔”作用以及增强了膨胀气体的静力作用，解决了常规光面爆破的不足，减少了对周边围岩的扰动，提高了岩体的自承能力，同时由于在光爆炮孔中放置了水袋，在爆破过程中产生的水雾起到了降尘的效果，改善了作业环境，保护了施工人员的身体健康。
1.2 3D断面扫描技术
传统的隧道超欠挖检测方法是利用全站仪、断面仪等进行检测。全站仪超欠挖检测，只能单点手动测量，人员配备必须充足，例如光线不足时需要照手电、有遮挡或者轮廓面凹凸不平时激光可能测偏；隧道断面仪进行超欠挖分析时，需另配全站仪放出隧道中心线，再此基础上进行数据采集，设站一次只能得到一个断面成果。工作效率低下影响施工进度，投入成本较高，精确度不高。传统方法耗费大量的人力、物力，占用过多的施工时间，检测效率很低，无法满足现代化施工技术的需要。
3D断面扫描技术以其可以连续、自动、快速地采集大量的目标物表面三维点云数据，可以进行非接触式测量等优点，逐渐受到人们的喜爱。3D断面扫描技术是为空间数据的获取提供了新的方法和手段，同时也推动了空间三维数据获取方式向着实时化、动态化、集成化、数字化和智能化的方向发展。隧道进行3D断面扫描仪时只需配置高性能的平板电脑及软件模块，现场5分钟即可完成扫描一站数据（有效距离约60米），并可现场处理点云数据，生成三维点云图，分析超欠挖数据及选择侵限区域，配合自动全站仪，可自动完成超欠挖区域的放样。断面自由切割，批量生成断面图。
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初支、二衬侵限分析 通过颜色区分超欠挖情况
初支、二衬侵限分析 通过颜色区分超欠挖情况
3D断面扫描仪支持全站仪或三维激光扫描仪所测数据进行监控量测，包含对初支侵限、二衬侵限和二衬厚度进行分析；可按所需里程、长度间隔绘制初支点云图，三维浏览初支侵限、二衬侵限和二衬厚度，同时计算侵限量和厚度，计算每板二衬所需混凝土方量。所有结果可上传至云端数据库，实现数字化隧道，实时掌握隧道断面情况，为隧道支护提供实时数据支撑，避免初支侵限、二衬侵限和二衬厚度等施工缺陷，进而提高隧道施工质量。
1.3 台车软搭接工艺
在隧道的二次衬砌的小车加工过程中，由于生产条件和生产设备的限制，衬砌小车两侧的弧形板不能加工成完全相同的板材。衬砌小车的前面板和小车的后面板的混凝土结构表面的形状存在差异，这导致衬砌小车在滑动过程中不能完全联接。随着使用次数的增加，问题变得更加严重，导致衬砌小车面板在压靠混凝土表面时撞击混凝土，导致混凝土出现肉眼无法识别的不可见裂缝。为了能够改进衬砌的施工问题，在二次衬砌施工过程中，采用衬砌台车端头软搭接工艺有效解决上述问题。具体做法如下所示：
在衬砌车和混凝土上部板的交叠处设置可压缩橡胶垫圈，压缩量为50％，并实现了承插连接，衬砌混凝土不会被压碎或砂浆不会泄漏，并且有效防止衬砌报错。
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二次衬砌台车施工缝软性搭接示意
⑴外接托盘
外接托盘采用Q235钢板剪切、焊接形成，主要由压槽（深2cm）和外接底座组成，托盘安装于二次衬砌台车模板端头上。
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外接托盘结构尺寸及实物
⑵可压缩橡胶垫
可压缩橡胶垫厚度为4cm，宽度为10cm，压缩量为50%左右。相邻橡胶垫端头采用承插式接头，保证橡胶垫之间有效连接。
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外接托盘结构尺寸及实物
台车软搭接工艺可保护已有的衬砌，避免出现模板就位时顶裂已有混凝土的现象；可确保施工完成后结构物平整，施工缝不明显，外表美观；节省了劳动力处理施工缝的时间；消除了原混凝土二衬施工缝错台、开裂、两张皮等现象。
1.4二衬混凝土逐窗分层浇筑装置
目前隧道衬砌边墙混凝土浇筑多采用泵送混凝土接钢管及软管，在边墙顶部开窗，一窗到底进行浇筑，该方法因混凝土落差较大，且不能分层振捣，造成混凝土在下落过程中产生离析，出现衬砌边墙混凝土骨料堆积、填充不密实、强度不足、外观差、表面易出现“人”字坡等病害问题。因此，在隧道施工中必须注浆来密实二衬混凝土背后的脱空区，确保衬砌混凝土的整体强度，增强防水功能。同时，现有的隧道衬砌边墙混凝土浇筑施工方法，需要中途接泵管，花费时间较长，工效低、劳动强度大，隧道衬砌边墙混凝土浇筑质量差。
二衬混凝土逐窗分层浇筑装置主要是通过地泵泵管直接接入主料斗，通过调节“三通”分流槽挡板，控制混凝土流向分流串筒、经分滑槽导流至一级工作窗口；关闭分流串筒流向一级分滑槽方向挡板，导流混凝土至二级工作窗口；调节“三通”分流槽挡板，导流混凝土至三级工作窗口；更换泵管，进行冲顶施工。该装置实现了从下到上的混凝土，逐窗成型，分层对称连续浇筑，避免混凝土出现骨料分离，保证衬砌边墙浇筑质量，实现二衬混凝土的内实外美，确保了二衬砌的完整性和浇筑质量，有效解决了传统衬砌浇筑工艺的质量缺陷。同时，可以有效地减少相关人员使用，很大程度减轻了有关人员工作强度，且很大程度提升了二衬施工效率，同时也提升了劳动质量，降低人工成本。
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二衬混凝土逐窗分层浇筑装置示意图
1.5环向止水带定位工装
二衬钢端模为加工定型的模板，分为A1与A2两部分，A1为靠近衬砌内轮廓线的部分，A1端头模板采用螺栓连接于二衬模板台车侧板边沿，并且我们将A1与A1之间用螺栓连接。A2为靠近初支轮廓线部分，A1与A2采用螺栓连接的方式，并且A2与A2间采用螺栓进行连接，A2与初支面空洞部分采用木模堵塞的方式，并用斜撑对端头模板进行整体的加固处理，以达到能精确定位止水位置及尺寸的目的，确保止水带在施工过程中不折叠、不破损，以满足设计及规范要求。二衬环向止水带组合定位工具工装完全克服了传统木模固定止水带的质量通病，止水带居中、圆顺、无变形，无褶皱与破损，安装便捷、省力，安装质量易于控制，达到了止水带在施工缝的防水作用，并且提升了环向施工缝防水效果，提升隧道衬砌防排水施工质量和防排水效果，避免出现渗漏水现象，降低了质量通病。
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环向止水带定位工具示意图及实例
1.6二衬带模注浆技术
改造现有的衬砌车，在衬砌车模板的拱顶中心线沿车的纵向设置了两个注浆孔，并且还加装了用于注浆的法兰。工艺施工主要是在混凝土浇筑后及时通过埋入的注浆管完成的。（1）在衬板车模板的顶部开一个直径为40mm的孔。（2）将固定法兰焊接在衬板车的开口处，并采用全焊方法，以防止法兰在灌浆过程中脱落。法兰的厚度为1cm。（3）将注浆连接件包含定位法兰、连接套管、止浆阀门以及快速接头安装在注浆口处，在衬砌混凝土初凝前完成注浆工序。
带模注浆时,由于受到台车模板的保护,二衬混凝土不会破坏。带模注浆可在混凝土初凝时开始注浆，且注浆压力远高于脱模后的注浆压力，提高衬砌混凝土与注浆处理浆液的整体性，修复各种混凝土缺陷，减少了衬砌后部空鼓，提高了衬砌与围岩的贴合性，减少了后期病害的发生。
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台车开孔处焊接固定法兰 注浆安装注浆阀
2 结束语
隧道施工中“四新技术”的应用，显著提高了隧道施工质量及工作效率，降低了成本和劳动强度，避免出现质量通病，减少后期病害的发生，提高运营安全及效益。
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