鐵路隧道施工技術(shù)常見不足點(diǎn)及解決措施

陳 遠(yuǎn)（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧遼陽(yáng)111000）

鐵路隧道施工技術(shù)常見不足點(diǎn)及解決措施

陳 遠(yuǎn)（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧遼陽(yáng)111000）

鐵路隧道投資大、施工工藝復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)、環(huán)境影響大、不可預(yù)見風(fēng)險(xiǎn)因素多等特征，故鐵道隧道工程建設(shè)是高風(fēng)險(xiǎn)建設(shè)工程。所以發(fā)展快規(guī)模大，工藝和管理力量難以充分保證的原由，加上對(duì)鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)管理不科學(xué)，認(rèn)識(shí)不客觀，風(fēng)險(xiǎn)管理不到位的原由，導(dǎo)致鐵路隧道工程在建設(shè)中事故頻發(fā)，令人堪憂，發(fā)生事故的概率極高，后果很嚴(yán)重。在鐵路隧道建設(shè)全過程中通過開展施工管理工作，可以決策科學(xué)化、可以降低事故發(fā)生的可能性、可以控制風(fēng)險(xiǎn)事故后果損失。

鐵路隧道；施工技術(shù)；解決措施

1 鐵路隧道發(fā)展

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至1999年，我國(guó)建成鐵路隧道共計(jì)3666.760延長(zhǎng)公里，6877座。21世紀(jì)，我國(guó)鐵路隧道建設(shè)進(jìn)入了盛況，從2000～2005年，建鐵路隧道 651座，共642.246延長(zhǎng)公里，長(zhǎng)度3km以上的隧道54座。目前，我國(guó)為落實(shí) 《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃的建議》，拉動(dòng)內(nèi)需的需要下，在建隧道多達(dá)1785座，總延長(zhǎng)2164km，隧道遍布全國(guó)各地，預(yù)計(jì)今后，列入規(guī)劃的鐵路隧道還有2000多公里以上。在鐵路隧道建設(shè)總長(zhǎng)度飛躍式發(fā)展時(shí)，我國(guó)鐵路隧道單座隧道長(zhǎng)度和建設(shè)工藝的難度也在增加，位于海拔5010m的風(fēng)火山上的青藏鐵路線上風(fēng)火山隧道，軌面海拔標(biāo)高4905m，全長(zhǎng)1338m，位于永久性高原凍土層內(nèi)，屬于目前橫跨凍土區(qū)最長(zhǎng)的高原，世界上海拔最高；有“世界第一高隧”烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道，設(shè)計(jì)為兩座單線隧道，隧長(zhǎng)20.05km，最大埋深1100m，洞身山區(qū)海拔3600m，隧道通過四條區(qū)域性大斷層，施工風(fēng)險(xiǎn)非常大，地質(zhì)十分復(fù)雜［1］。

2 鐵路隧道存在問題

按地區(qū)分布的中國(guó)鐵路隧道，以西西北南居多，約占全國(guó)鐵路隧道70%，西部地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境表現(xiàn)為軟巖地層、濕陷性黃土地質(zhì)。如在建成蘭鐵路的成都至哈達(dá)鋪段全長(zhǎng)459km，設(shè)計(jì)隧道就36座，長(zhǎng)度323km，占總長(zhǎng)70%，主要地質(zhì)為軟巖分布多、活動(dòng)斷裂多、巖溶發(fā)育、地應(yīng)力高；全線隧道板巖千枚巖為主，軟巖地層占總長(zhǎng)53%。在軟巖壞境下，對(duì)隧道開挖施工易引起圍巖變形，導(dǎo)致坍塌事故。隧道在施工過程中安全穩(wěn)定的保障，對(duì)隧道施工圍巖穩(wěn)定性和施工中安全進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)成為鐵路隧道施工中極其重要的環(huán)節(jié)。

3 鐵路隧道施工中圍巖檢測(cè)方法

隧道施工中，對(duì)日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，保障隧道周邊環(huán)境，反映設(shè)計(jì)和施工狀態(tài)圍巖穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)施工安全起至關(guān)重要作用。

起源于20世紀(jì)40年代的圍巖檢測(cè)“隧道信息化施工”方法，隨著當(dāng)時(shí)“現(xiàn)代土力學(xué)”的發(fā)展，隧道信息化施工成為集成預(yù)測(cè)、監(jiān)控、修正、綜合評(píng)價(jià)一體方法。20世紀(jì)60年代，新奧法隧道施工工藝快速發(fā)展，該法盡可能不惡化隧道圍巖應(yīng)力分布，施工中密切關(guān)注應(yīng)力圍巖變形，通過采用支護(hù)措施，控制圍巖變形。新奧法施工法來(lái)自?shī)W地利布拉西維茲教授長(zhǎng)期從事隧道施工實(shí)踐中，提出的合理隧道施工工藝方法，采用噴錨工藝和施工測(cè)試方法，新奧法提出對(duì)隧道開挖中引起隧道圍巖變形過程進(jìn)行解析、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)的必要性，對(duì)圍巖采用復(fù)合式支護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)新奧法施工原則，二次支護(hù)的“第二層襯砌”是在隧道圍巖變形“基本穩(wěn)定”的條件下才能夠進(jìn)行施工的［2］。

4 鐵路隧道施工工藝要點(diǎn)

國(guó)內(nèi)外隧道施工中監(jiān)控量測(cè)包括應(yīng)力、位移、應(yīng)變、壓力等，基本涵蓋隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)各方面。具體量測(cè)分為必測(cè)和選測(cè)兩大類。必測(cè)是指在隧道施工必須進(jìn)行的量測(cè)項(xiàng)目，包括：拱項(xiàng)下沉和凈空變化、洞內(nèi)觀察；選測(cè)項(xiàng)目是為滿足特殊意義的區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)充量測(cè)，為判斷噴錨支護(hù)效果、隧道圍巖狀態(tài)，選測(cè)項(xiàng)目主要包括圍巖內(nèi)部位移、地表沉降、彈性波測(cè)試和支護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的壓力、圍巖應(yīng)力等。

隧道洞口按“早進(jìn)洞、晚出洞”原則，嚴(yán)格控制邊、仰坡開挖高度，最大單線隧道開挖高度不超過15m，雙線隧道不超過18m。洞口邊坡存在順層或開挖高時(shí)，施工中采用噴、網(wǎng)、錨防護(hù)，確保邊坡穩(wěn)定。拱與掌子面進(jìn)度協(xié)調(diào)性是初期支護(hù)和二次襯砌的銜接工序，影響隧道的施工質(zhì)量，當(dāng)前鐵路隧道中，在開挖正常進(jìn)度的情況下，沒有理想施工工藝和配套設(shè)備，采用多開工作面或增加仰拱施工長(zhǎng)度方法提高仰拱施工進(jìn)度。兩種方法存在工序間相互干擾大、循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)、洞內(nèi)施工組織困難等難題，附加成本較高，仰拱施工的質(zhì)量和進(jìn)度難以保障，影響防水系統(tǒng)、二次襯砌等后繼工序的結(jié)構(gòu)銜接質(zhì)量和進(jìn)度，安全步距不能滿足相關(guān)規(guī)定要求，隧道仰拱是隧道施工中控制性工序［3］。

5 鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計(jì)

（1）襯砌內(nèi)輪廓線。鐵路隧道的建筑限界是統(tǒng)一的，在相同圍巖情況下，襯砌結(jié)構(gòu)斷面形狀是同定的。襯砌結(jié)構(gòu)有通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖，不需專門設(shè)計(jì)。有較大凍脹力、偏壓、傾斜滑動(dòng)推力，施工中出現(xiàn)坍方及七度以上地震區(qū)時(shí)，應(yīng)根據(jù)荷載特征進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）襯砌外輪廓線和軸線。對(duì)等截面直墻式襯砌，確定內(nèi)輪廓線曲線半徑后，給定斷面厚度，可以計(jì)算外輪廓線、軸線半徑。變截面曲墻式襯砌有關(guān)半徑的則較費(fèi)事。

避車洞的處理。列車通過隧道，保證維修人員、洞內(nèi)行人、維修設(shè)備安全，隧道兩側(cè)邊墻上均勻交錯(cuò)修建洞室，用于躲避列車。根據(jù)避車洞室大小，分為大避車洞和小避車洞兩種。

在碎石隧道內(nèi)，相隔300m布置大避車洞；整體道床隧道內(nèi)，每側(cè)相隔420m布置大避車洞。當(dāng)隧道長(zhǎng)度為300～400m，在隧道中間布置大避車洞；隧道長(zhǎng)度＜300m，不布置大避車洞；兩端洞口接橋，當(dāng)橋上無(wú)避車臺(tái)時(shí)，應(yīng)與隧道考慮布置大避車洞。

小避車洞，碎石道床還是整體道床，單線隧道內(nèi)每側(cè)邊墻應(yīng)間隔30m布置小避車洞。結(jié)合大避車洞考慮，有大避車洞不需再設(shè)置小避車洞。應(yīng)注意不得將避車洞設(shè)于襯砌斷面變化處、不同襯砌類型變形縫處和銜接處。如隧道鄰近市鎮(zhèn)，通行的人較多，隧道曲線半徑小、視距較短，小避車洞可加密布置。電力及通信設(shè)施。穿越隧道的電纜，如通信、照明、信號(hào)、電力等，須有一定保護(hù)措施，需設(shè)置電纜槽來(lái)防止腐爛潮濕及人為破壞。

用混凝土澆筑電纜槽，并行設(shè)置緊靠水溝，位于軌道側(cè)，或置在水溝異側(cè)。槽內(nèi)鋪以細(xì)沙作為墊層；對(duì)低壓電纜，直接放在墊層面上；對(duì)高壓電纜，可吊槽邊預(yù)埋的托架上。槽頂有蓋板防護(hù)，蓋板頂面與避車洞底面平齊。電纜槽與水溝同側(cè)并行，與水溝蓋板平齊。通信、信號(hào)電纜設(shè)在電纜槽內(nèi)，須和電力電纜分槽設(shè)置。

運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)施，列車通過隧道排大量氣體，會(huì)散發(fā)熱量。襯砌縫隙不時(shí)滲透出天然地下有害氣體和潮濕氣體，加上維修人員工作時(shí)呼出氣體，氣體和熱量會(huì)使隧道內(nèi)空氣熾熱污濁、潮濕，濃度變大，人呼吸閑難，威脅健康，降低工作效率，腐蝕洞內(nèi)線路。須進(jìn)行洞內(nèi)通風(fēng)，將氣體及熱量等排出洞外，把新鮮空氣引入。

新奧法施工提出推廣后，已普遍用于地下鐵道山嶺隧道等，鐵路地質(zhì)情況復(fù)雜，隧道數(shù)量多，巖體多樣，在隧道施工中占主體地位，應(yīng)用范圍很廣，軟弱圍巖、硬質(zhì)巖層、黃土隧道等均有施工經(jīng)驗(yàn)。新奧法施工流程簡(jiǎn)單、作業(yè)靈活、效率高、經(jīng)濟(jì)性指數(shù)高，在國(guó)內(nèi)有強(qiáng)烈需求，在彈塑性復(fù)雜土體中進(jìn)行巖土工程，不僅要考慮經(jīng)濟(jì)性和效率性，重要的是要考慮可控性和安全性，近幾十年進(jìn)行基礎(chǔ)性建設(shè)，隧道作為施工難度高、結(jié)構(gòu)物數(shù)量大、地質(zhì)情況復(fù)雜、安全隱患大，做好隧道施工安全質(zhì)量的可控性。

支護(hù)為隧道新奧法與圍巖聯(lián)合受力，發(fā)揮圍巖的自承能力，在支護(hù)結(jié)構(gòu)中有關(guān)鍵作用，隧道開挖大變形圍巖，容易導(dǎo)致安全問題，初期支護(hù)侵限，及時(shí)優(yōu)化初期支護(hù)是隧道使用關(guān)鍵工序，介于圍巖變化復(fù)雜性及彈塑性特征，不同地質(zhì)下的地下工程，差異性比較大，弱風(fēng)化灰?guī)r為主，地下水豐富，巖層裂隙發(fā)育，施工過程中曾發(fā)生塌方突水等，風(fēng)險(xiǎn)因素多，安全壓力大，及時(shí)優(yōu)化參數(shù)指導(dǎo)施工，對(duì)保證鐵路工程順利安全進(jìn)展具有重大意義。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)工程建設(shè)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，隧道工程隧道施工中，支護(hù)過程中支護(hù)不當(dāng)發(fā)生安全事故概率約占總事故約20%，噴射混凝土及錨桿等支護(hù)結(jié)構(gòu)因失穩(wěn)導(dǎo)致事故占所有因支護(hù)導(dǎo)致事故的90%，關(guān)系到人員的生命安全，關(guān)系到工程造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性，科學(xué)地評(píng)價(jià)圍巖變形情況及支護(hù)參數(shù)選擇極為重要。隧道有工程地質(zhì)復(fù)雜性，國(guó)內(nèi)外研究成果豐富，主要是通過數(shù)值模擬、理論計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)公式解析圍巖應(yīng)力變化、變形特征以及鋼錨、桿架受力特征及破壞特征和極限承載力，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，較為側(cè)重理論上優(yōu)化，隧道工程實(shí)際施工過程中因圍巖的變化與設(shè)計(jì)不符容易產(chǎn)生安全隱患，在成熟支護(hù)方式中，必要時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)，使支護(hù)參數(shù)地層相適應(yīng)，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，圍巖與支護(hù)體系處于最佳受力狀態(tài)，保證施工過程支護(hù)進(jìn)行管理，保證工程的安全性，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］鄭俊杰，包德勇，龔彥峰，等.鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技術(shù)研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2016，23（8）：80～84.

［2］宋 平.鐵路隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究［J］.中南大學(xué)，2015：201～202.

［3］王明慧，姚云曉，蔣樹平.我國(guó)鐵路隧道施工方法及適應(yīng)性研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2015，3：21～25.

U455.4

A

2095-2066（2016）29-0178-02

2016-9-30

陳 遠(yuǎn)（1985-），女，助理工程師。