鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝研究

劉 巖 松

(中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471002)

鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝研究

劉 巖 松

(中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471002)

結(jié)合鐵路隧道工程的模擬建設(shè)情況，對(duì)CRD施工方法和大拱腳臺(tái)階法兩種施工工藝進(jìn)行了對(duì)比分析，指出大拱腳臺(tái)階法的施工效果優(yōu)于CRD施工方法，并就鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了研究，以期為今后的鐵路隧道建設(shè)提供參考借鑒。

鐵路隧道，軟弱圍巖，淺埋段，施工工藝

0 引言

鐵路隧道建設(shè)過(guò)程當(dāng)中由于經(jīng)常遇到地質(zhì)情況較為復(fù)雜的路段，對(duì)于施工工程方來(lái)說(shuō)需要考慮多方面的因素才能更好的完成施工作業(yè)。圍巖松散且破碎，在鐵路隧道的建設(shè)當(dāng)中一直是一個(gè)建設(shè)難點(diǎn)，以下就該問(wèn)題設(shè)計(jì)了建設(shè)模型，模擬軟弱圍巖淺埋段的施工方案，提出在該種地質(zhì)條件下要運(yùn)用何種技術(shù)來(lái)完成鐵路隧道的建設(shè)工作，保證鐵路工程的順利竣工。首先建立一個(gè)鐵路隧道模型，模擬建設(shè)情況。假設(shè)某鐵路隧道工程的地點(diǎn)位于中國(guó)南方某地，總體長(zhǎng)度達(dá)到3 225 m，埋深的深度達(dá)到20 m～30 m之間，并且該項(xiàng)鐵路隧道的設(shè)計(jì)要求為設(shè)計(jì)成雙向的單洞，在洞內(nèi)的支護(hù)手段中采用復(fù)合式襯砌，使用超前支護(hù)、全環(huán)Ⅰ20b型鋼加強(qiáng)圍巖地段支護(hù)。敷設(shè)采用的是雙塊式CRSTⅠ型無(wú)砟軌枕。并且設(shè)定該段路段大部分巖石結(jié)構(gòu)受到的風(fēng)化影響較為嚴(yán)重，圍巖松散破碎情況較為明顯。隧道的開(kāi)挖寬度設(shè)定為13.0 m，而開(kāi)挖的隧道洞口段風(fēng)化較為嚴(yán)重，在開(kāi)挖后圍巖容易發(fā)生收斂變形的狀況，在整個(gè)工程的建設(shè)當(dāng)中，地質(zhì)條件整體較差。

1 CRD施工工藝分析

1.1 CRD施工方法簡(jiǎn)介

CRD施工工藝所采用的支護(hù)方法是預(yù)留核心土的方法，通過(guò)將大斷面的隧道分配成為四個(gè)相對(duì)較小并且獨(dú)立的洞室，然后再分別向每一個(gè)獨(dú)立的洞室之中開(kāi)展分部施工步驟，進(jìn)而完成鐵路隧道的圍巖淺埋段的支護(hù)工作。

1.2 CRD施工方法注意事項(xiàng)

CRD施工工藝對(duì)每個(gè)小洞室展開(kāi)的施工方案需要遵循小分部、短臺(tái)階、快封閉、短循環(huán)、勤測(cè)量和強(qiáng)支護(hù)的技術(shù)原則。要求在施工當(dāng)中做到隨挖隨撐，并且做好初期支護(hù)工作。但需要注意的是，該項(xiàng)施工工藝由于在方案當(dāng)中的分部較多，分散了施工力量，減少了施工空間。因此，在施工的過(guò)程當(dāng)中不利于機(jī)械化作業(yè)，不但如此，由于該項(xiàng)施工工藝注重隨挖隨撐，因此在前面施工當(dāng)中形成的力學(xué)平衡體系容易受到后續(xù)開(kāi)挖和建設(shè)的支護(hù)影響，圍巖受到多次應(yīng)力的沖擊，容易在工程建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中發(fā)生較大的變形量，進(jìn)而影響到施工工程質(zhì)量和施工效率，對(duì)于該項(xiàng)施工工藝的安全性能得不到較高的保障。

2 大拱腳臺(tái)階法施工工藝分析

2.1 大拱腳臺(tái)階法簡(jiǎn)介

在以上設(shè)計(jì)的鐵路隧道建設(shè)當(dāng)中，首先要將施工作業(yè)面分成六個(gè)不同的開(kāi)挖面，并且將六個(gè)開(kāi)挖面的位置進(jìn)行前后交錯(cuò)處理同時(shí)開(kāi)挖，然后對(duì)每個(gè)不同的開(kāi)挖面都進(jìn)行支護(hù)工作的處理，這樣就能夠形成有效的支護(hù)整體，讓六個(gè)開(kāi)挖面的支護(hù)工作成為了支撐整個(gè)施工面的有力保證，而這種施工方法就被稱(chēng)之為大拱腳臺(tái)階法。

2.2 大拱腳臺(tái)階法的施工工藝特點(diǎn)

在具體的建設(shè)運(yùn)用當(dāng)中，使用大拱腳臺(tái)階法能夠在軟弱圍巖承載力不足的隧道施工情況中通過(guò)擴(kuò)大上部鋼架拱腳和墊板的面積，縮短和減少臺(tái)階長(zhǎng)度的方法保證支護(hù)工作的順利完成。而這種施工方法不僅可以在施工工程的前期就形成支護(hù)環(huán)，還能在后續(xù)的建設(shè)開(kāi)挖工程當(dāng)中進(jìn)行及時(shí)跟進(jìn)和穩(wěn)定整個(gè)支護(hù)體系。后續(xù)的開(kāi)挖工作對(duì)前期已經(jīng)形成的支護(hù)體系影響較小，對(duì)于軟弱圍巖的沖擊力也在可承受的范圍之中。在上文所述的鐵路隧道開(kāi)挖過(guò)程當(dāng)中，大拱腳預(yù)留的核心土臺(tái)階法總共可以分成四個(gè)部分，分別稱(chēng)之為上臺(tái)階、中臺(tái)階、下臺(tái)階和仰拱。并且在開(kāi)挖的過(guò)程當(dāng)中要注意對(duì)四個(gè)設(shè)計(jì)好的不同開(kāi)挖面進(jìn)行交錯(cuò)開(kāi)挖工作，并且在開(kāi)挖當(dāng)中同時(shí)展開(kāi)每個(gè)分部的支護(hù)工作，最終形成一個(gè)支護(hù)整體。其工藝的技術(shù)核心是利用核心土對(duì)掌子面進(jìn)行施壓，尤其是在拱腳處的特殊設(shè)計(jì)不但提高了鋼架支護(hù)的穩(wěn)定性能，并且還加強(qiáng)了初期的支護(hù)強(qiáng)度，讓整個(gè)工程的受力結(jié)構(gòu)都更加完善。

2.3 大拱腳臺(tái)階法的施工工藝優(yōu)點(diǎn)

該項(xiàng)施工工藝在現(xiàn)實(shí)鐵路隧道的建設(shè)當(dāng)中具有相當(dāng)?shù)膶?shí)際運(yùn)用價(jià)值，與傳統(tǒng)的施工工藝相比，大拱腳臺(tái)階法能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)作業(yè)面的共同工作，并且在工程施工的前期還具有施工較為簡(jiǎn)單、施工耗時(shí)短、施工安全性較高的技術(shù)特點(diǎn)。能夠促進(jìn)前期施工的快速進(jìn)行，并且能夠運(yùn)用機(jī)械化的手段來(lái)加速施工過(guò)程。不僅如此，大拱腳臺(tái)階法在施工工程的適應(yīng)性上也優(yōu)于其他的施工方法，在多種軟弱圍巖的淺埋段建設(shè)工程當(dāng)中都能夠使用并且較好的完成支護(hù)工作。當(dāng)軟硬巖出現(xiàn)一定的變化或者當(dāng)圍巖的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)，可以通過(guò)當(dāng)前的建設(shè)實(shí)際情況來(lái)完成建設(shè)工程方案的轉(zhuǎn)化。不僅能夠在當(dāng)前的工程建設(shè)當(dāng)中加深推進(jìn)縱深，最重要的好處是可以縮短施工作業(yè)的循環(huán)時(shí)間。大拱腳臺(tái)階法從發(fā)展來(lái)說(shuō)，結(jié)合了三種臺(tái)階法的優(yōu)點(diǎn)，不但減少了開(kāi)挖的次數(shù)，還能夠滿足對(duì)圍巖加強(qiáng)控制和支護(hù)的技術(shù)要求，將初期支護(hù)工作早封閉的時(shí)間大大減少，將施工過(guò)程當(dāng)中可能出現(xiàn)的不安全因素進(jìn)行了避免和處理，對(duì)側(cè)墻的支護(hù)工作也能夠及時(shí)完成。

2.4 大拱腳臺(tái)階法施工工藝注意項(xiàng)目

在實(shí)際的鐵路工程建設(shè)當(dāng)中使用拱腳臺(tái)階法，不但要對(duì)隧道施工進(jìn)行維護(hù)控制和強(qiáng)化，還應(yīng)當(dāng)采取最大化減少對(duì)分部的開(kāi)挖次數(shù)以求達(dá)到減少初期支護(hù)時(shí)間要求的措施，要求減少在施工過(guò)程當(dāng)中發(fā)生不安全事故的幾率。在具體施工的應(yīng)用當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)注意一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在大拱腳臺(tái)階法應(yīng)用到鐵路隧道的建設(shè)施工當(dāng)中，要注意施工前后工序的交替銜接工作，避免造成圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象，減少?lài)鷰r在外的暴露受到的風(fēng)化影響。同時(shí)要注意控制在施工過(guò)程當(dāng)中隧道垂直方向發(fā)生的變形狀況，要及時(shí)的在上部鋼架當(dāng)中架設(shè)大拱腳，提高拱腳的承受力度總量和承載能力；并且要注意，在鋼架拱腳的底部要架設(shè)上鎖腳錨桿，以求保證整個(gè)鋼架的穩(wěn)定性能。這樣的施工工藝不但可以防止在開(kāi)挖的過(guò)程中造成過(guò)度的拱部下沉和變形的狀況，還能夠確保施工是按照整個(gè)工藝要求的設(shè)計(jì)來(lái)完成的。要注意超前錨桿的支護(hù)外插角要控制在10°～20°之間，以求保證支護(hù)工作的安全完成。并且還要在開(kāi)挖的隧道周邊預(yù)計(jì)留下20 cm～30 cm的緩沖地帶，避免使用的機(jī)械化開(kāi)挖對(duì)圍巖造成過(guò)大的影響，保證軟弱圍巖不至于在開(kāi)挖的過(guò)程當(dāng)中發(fā)生坍塌現(xiàn)象。

3 軟弱圍巖淺埋段的施工工藝技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工前準(zhǔn)備

鐵路隧道的施工由于地質(zhì)條件的不同往往在施工技術(shù)和難點(diǎn)上面也各不相同，軟弱圍巖隧道淺埋段的工程建設(shè)比其他的隧道施工都相對(duì)較難。因此在其他隧道施工當(dāng)中容易出現(xiàn)的施工問(wèn)題更需要格外注意，在開(kāi)挖施工的過(guò)程當(dāng)中要注意控制施工質(zhì)量來(lái)保證施工安全有效的進(jìn)行。

在開(kāi)始施工前，施工單位要對(duì)施工地點(diǎn)進(jìn)行充分的實(shí)地考察和分析，對(duì)具體的施工地點(diǎn)情況進(jìn)行全面的了解和分析，在前期就圍巖特點(diǎn)、周邊自然環(huán)境、工程地質(zhì)、淺埋層地下水深等一系列工程建設(shè)相關(guān)的地質(zhì)情況進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)最佳的工程施工方案，以最科學(xué)合理的態(tài)度面對(duì)軟弱圍巖隧道淺埋段的工程建設(shè)工作。

3.2 施工過(guò)程中注意事項(xiàng)

在具體的施工過(guò)程當(dāng)中，由于軟弱圍巖的巖體結(jié)構(gòu)較為松散，因此巖體的承載力度和強(qiáng)度都相對(duì)較低，在開(kāi)挖建設(shè)的前期就要做好超前支護(hù)防備措施，防止在開(kāi)挖的過(guò)程當(dāng)中發(fā)生緊急的坍塌現(xiàn)象而造成施工停滯甚至是施工人員傷亡的情況。需要根據(jù)鐵路隧道具體的穿越長(zhǎng)度、工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和隧道上覆土層等具體情況進(jìn)行分析來(lái)確定所需要的支護(hù)管的長(zhǎng)度和直徑數(shù)據(jù)。并且為了讓支護(hù)工作和支護(hù)性能更加完善可靠，需要在注漿前就對(duì)其進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢查建設(shè)的結(jié)果，并且對(duì)所使用的機(jī)械化建筑設(shè)備進(jìn)行檢查，看是否達(dá)到了施工的要求，進(jìn)而保證支護(hù)工作的可靠性。在開(kāi)展支護(hù)工作時(shí)，需要注意初期的支護(hù)工作應(yīng)當(dāng)和開(kāi)挖建設(shè)工作相匹配，與工程建設(shè)開(kāi)始之前所設(shè)計(jì)好的施工方案吻合，并且在施工過(guò)程當(dāng)中使用的建筑材料也要符合規(guī)定要求。不同的施工季節(jié)對(duì)于施工的成果也有著一定的影響，需要額外注意的是，在冬季建設(shè)施工當(dāng)中需要注意噴射機(jī)當(dāng)中混凝土的粉塵含量必須要控制在2 mg/m3以下，其中最低溫度要求不低于5 ℃。當(dāng)噴射混凝土的工作完成之后，還要對(duì)其進(jìn)行一定程度的保養(yǎng)和維護(hù)。當(dāng)初期的支護(hù)工作完成之后，要對(duì)已經(jīng)完工的支護(hù)工程質(zhì)量進(jìn)行技術(shù)和質(zhì)量鑒定，查看是否符合施工建設(shè)的要求，如果未達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求就要進(jìn)行重新加護(hù)，在達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后才能繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)施工工序。在開(kāi)挖隧道的過(guò)程當(dāng)中，使用的多種開(kāi)挖手段需要及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)工作。在爆破工作當(dāng)中使用的爆破火藥劑量和爆破方法要嚴(yán)格按照最初的設(shè)計(jì)方案來(lái)進(jìn)行爆破工作，以求將爆破工作對(duì)周?chē)浫鯂鷰r的沖擊力和影響力降到最低。除此之外，需要注意的是，對(duì)鐵路隧道的建筑工作最好趕在冬季或者雨季之前完成洞門(mén)的開(kāi)挖建筑工作，要將墻背回填工作和端墻的砌筑工作同時(shí)進(jìn)行，避免因?yàn)槎我r砌工作所造成的偏壓現(xiàn)象影響最終的工程質(zhì)量。此外，為了防止在工程建設(shè)當(dāng)中發(fā)生拱頂坍塌的建筑事故，因此需要在下部工程開(kāi)挖之前在上部支撐拱腳的地方設(shè)置好鎖腳錨桿和縱向的槽鋼托梁，通過(guò)這種方法來(lái)提高對(duì)拱頂?shù)闹瘟Χ?，還可以采取增加套拱的方法來(lái)解決沉降過(guò)大的部位，減少隧道拱頂坍塌的可能性。

4 結(jié)語(yǔ)

鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝的重點(diǎn)在于如何保證其支護(hù)作用。利用支護(hù)阻止或者對(duì)圍巖變形的情況進(jìn)行緩和處理，這樣才能夠避免在使用的過(guò)程中發(fā)生坍塌事故。上文所闡述的CRD施工方法和大拱腳臺(tái)階法兩種施工工藝，從最終的施工結(jié)果的數(shù)值結(jié)果對(duì)比來(lái)看，大拱腳臺(tái)階法的變形數(shù)值小于CRD施工工藝的變形數(shù)值。并且大拱腳臺(tái)階法比CRD施工法施工效率更高、施工安全性更有保障而且在投資成本上也小于CRD施工工藝。因此，在我國(guó)的鐵路工程建設(shè)當(dāng)中，應(yīng)該更多的將大拱腳臺(tái)階法運(yùn)用在鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工當(dāng)中。并且根據(jù)當(dāng)前的施工工藝現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整整個(gè)施工方案，利用該項(xiàng)技術(shù)的施工工藝特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行完成方案修正，科學(xué)合理的安排每一個(gè)施工步驟，這樣才能夠全面提高軟弱圍巖施工的工程質(zhì)量，保證鐵路工程建設(shè)的順利完工。

[1] 譚崳華.鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝分析[J].黑龍江交通科技,2014(11):135-136.

[2] 蘇肖康.基于鐵路隧道軟弱圍巖隧道淺埋段的施工工藝研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2014(30):23.

[3] 黃興華.軟弱圍巖條件下的淺埋隧道施工研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué),2009:353-356.

[4] 史勝利.軟基淺埋隧道施工技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2007.

[5] 申靈君.軟弱地層大斷面隧道施工方案優(yōu)化與施工技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2012:78-87.

[6] 李文劍.淺埋偏壓軟弱圍巖隧道穩(wěn)定性研究[D].大連：大連交通大學(xué),2012:34-46.

Study on construction technology of railway tunnel at soft surrounding rock shallow-buried section

Liu Yansong

(ChinaRailway15thBureauGroup5thEngineeringCo.,Ltd,Luoyang471002,China)

Combining with railway tunnel engineering simulating construction conditions, the paper compares and analyzes two construction technologies of CRD construction method and large-arch-foot benching method, and points out that: the construction effect of large-arch-foot benching method is superior to that of CRD construction method, and studies construction technology points of railway tunnel at soft surrounding rock shallow-buried section, with a view to provide some guidance for railway tunnel construction in future.

railway tunnel, soft surrounding rock, shallow-buried section, construction technology

1009-6825(2015)32-0151-02

2015-09-09

劉巖松(1983- )，男，工程師

U455

A