鐵路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

張麗娜

（河北省鐵路事業(yè)發(fā)展中心，石家莊 050031）

1 引言

作為交通領(lǐng)域的重要組成部分，鐵路交通有較重運(yùn)輸任務(wù)，而在鐵路工程施工時(shí)，常會(huì)碰到復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，在經(jīng)過(guò)這些復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境時(shí)，常需要修建隧道以順利通過(guò)[1]。隧道施工是鐵路工程的一項(xiàng)重要內(nèi)容。因此，需要對(duì)鐵路隧道施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究，切實(shí)把握隧道施工技術(shù)的要點(diǎn)。

2 洞口偏壓段關(guān)鍵施工技術(shù)

以某鐵路隧道項(xiàng)目為依托，該項(xiàng)目有較多埋深小于10 m的偏壓段，所用施工方法為明挖法+暗挖法。因?yàn)槎纯诙温裆钶^淺，不當(dāng)?shù)氖┕し椒〞?huì)導(dǎo)致隧道出現(xiàn)超限或裂縫等現(xiàn)象，因此，施工時(shí)需重點(diǎn)考慮時(shí)序問(wèn)題，并需確保施工質(zhì)量。

2.1 基底及邊坡處理技術(shù)

該隧道某個(gè)進(jìn)口段處于黏土層，以C20混凝土進(jìn)行換填基底施工，且換填深度深入強(qiáng)風(fēng)化巖層下方0.5 m，使隧道基底承載力提高到200 kPa。對(duì)斷層破碎帶地區(qū)，通過(guò)注漿加固的方式進(jìn)行基底處理，處理深度在強(qiáng)風(fēng)化層以下0.5 m，所用熱軋無(wú)縫鋼管注漿管直徑為42 mm、管壁厚為3.5 mm，并以100 cm×100 cm的間距進(jìn)行布置，總長(zhǎng)度為0.5 m。

邊坡和仰坡所用的防護(hù)體系為長(zhǎng)框架錨桿[2]。臨時(shí)邊仰坡防護(hù)網(wǎng)噴C25混凝土，噴射厚度為10 cm；排水溝和截水溝分別設(shè)置距離在洞頂和回填邊緣5 m處，以對(duì)坡面匯水進(jìn)行攔截，避免邊坡沖刷情況。洞口仰坡坡腳所用混凝土護(hù)墻長(zhǎng)3~5 m、高2 m、厚0.8 m，護(hù)墻進(jìn)入邊坡約50 cm。

墻頂朝洞外方向通過(guò)斜坡面順接路基面，斜坡面所用漿砌片石有厚30 cm，左側(cè)回填邊坡的護(hù)腳墻支檔深1.5 cm、厚50 cm。在進(jìn)洞洞口朝外2 m位置設(shè)有截水盲溝，并在距離洞口0.5 m處通過(guò)混凝土封堵洞內(nèi)水溝，以防止洞外水流入洞內(nèi)。

2.2 襯砌施工

2.2.1 襯砌

將洞口段鋼筋混凝土分成兩部分進(jìn)行施工。首先施工仰拱和墻腳的鋼筋混凝土，當(dāng)其強(qiáng)度符合要求后再拆模和鑿毛，然后進(jìn)行上部邊墻和拱部鋼筋混凝土的施工，其中，在組合鋼模板內(nèi)澆筑仰拱和墻腳的混凝土，以模板臺(tái)車試做內(nèi)邊墻和拱部的內(nèi)模，以大塊木模釘竹膠板作為擋頭板，并拼合鋼模板和外模拱墻進(jìn)行整體澆筑[3]。

施工所用鋼筋主要從加工廠制作，再運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行綁扎?；炷猎诎韬蜆羌邪韬?，通過(guò)運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)送，施工時(shí)以泵送的方式兩側(cè)對(duì)稱灌注模板，并一次性澆筑拱墻混凝土。

2.2.2 變形縫

變形縫所用止水帶為中埋式鋼邊橡膠止水帶，拱墻所用止水帶為外貼式橡膠止水帶。拱墻襯砌和仰拱變形縫所用止水材料為聚硫密封膠，并通過(guò)U形鍍鋅鋼板排水，其余縫隙均以填縫料填塞。為減小仰拱變形縫的沉降，將φ50 mm的雙層抗剪鋼筋設(shè)置到仰拱部位的二次襯砌內(nèi)部，并以50 cm的環(huán)向間距布置鋼筋，以填縫料堵塞縫隙。

2.3 仰拱與防排水施工

2.3.1 仰拱施工

仰拱端頭施工工藝。在以組合鋼模作為仰拱端頭時(shí)，關(guān)鍵是要確保仰拱端頭中埋止水帶安裝和固定的質(zhì)量，以確保仰拱厚度滿足要求。以定型組合式鋼膜作為端頭，具體如圖1所示。以組合式鋼模作為仰拱端頭可以使仰拱施工質(zhì)量和端頭中埋設(shè)的止水帶質(zhì)量有效提高。

圖1 端頭鋼模示意圖

止水帶施工工藝。以鋼筋環(huán)卡固定止水帶，施工前應(yīng)先采用通電預(yù)熱的方式處理熱硫化焊機(jī)，使其具備150℃的預(yù)熱溫度。此外，應(yīng)切割整齊止水帶接頭，并通過(guò)電動(dòng)手砂輪打磨光滑，此時(shí)應(yīng)確保其打磨寬度在10 cm以上，且接頭應(yīng)干凈、平整。

在兩止水帶端部中間放置寬度為10 cm的生橡膠幫接條，在打磨止水帶端部后使用熱熔生橡膠幫接條進(jìn)行連接。

2.3.2 防排水施工

修整初支面。在施工防排水之前，需進(jìn)行初支面的修整，將錨桿頭和鎖腳等外露的部分割除，并將支護(hù)面補(bǔ)平，特別是對(duì)圍巖等級(jí)為Ⅲ的地段，應(yīng)確保有10 cm以下的平整度。

安裝排水板。通過(guò)水泥釘和塑料墊圈在初支巖面中按照8~10 m間隔一道的方式釘入排水板，此外，應(yīng)及時(shí)調(diào)整初期支護(hù)滲透水的位置的排水板，以確保排水板處于滲水處。

安裝土工布。以人工方式固定土工布鋪設(shè)邊，通過(guò)水泥釘和熱熔墊圈在初支巖面中釘入土工布，此時(shí)，需確保熱熔墊圈數(shù)量滿足要求。

固定排水盲管。以土工布反包的方法固定排水盲管，并將反包用排水板也一并固定。添加無(wú)砂混凝土后，即可在排水盲管中接入135°的彎頭。

焊接和固定排水板。以全自動(dòng)熱熔爬焊機(jī)進(jìn)行防水板焊點(diǎn)的施工，防水板搭接寬度為15 cm，并且還需焊接反包盲管和拱墻的排水板。固定溶墊圈和排水板，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖的初支情況預(yù)留拱部的松鋪系數(shù)，一般情況下多為5%~10%，以全自動(dòng)熱熔爬焊機(jī)搭接防水板。

3 溝谷地帶隧道淺埋段施工技術(shù)

背景隧道有5處淺埋段的隧頂高出地表，且都位于溝谷地帶。基于現(xiàn)場(chǎng)條件的考慮，選擇以護(hù)拱回填暗挖法施工淺埋段。該方法是指溝谷地帶淺埋段隧道施工時(shí)，先進(jìn)行上臺(tái)階的開挖并施作初期支護(hù)以使其成為護(hù)拱施工模板，根據(jù)拱頂?shù)拈_挖輪廓線進(jìn)行鋼筋混凝土的澆筑，在確保其設(shè)計(jì)強(qiáng)度符合要求后，再回填拱頂及中下臺(tái)階暗洞的施工方法。

3.1 關(guān)鍵施工技術(shù)

護(hù)拱回填暗挖施工工序如圖2所示。

圖2 施工工序示意圖

工序1：開挖邊仰坡和①處土體，并施加邊坡防護(hù)③，具體包括施作鋼筋網(wǎng)和錨桿，噴射混凝土；

工序2：基底處理，主要有注漿加固、擴(kuò)大基礎(chǔ)和上臺(tái)階初期支護(hù)的施工，包括鎖腳錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土；

工序3：施工護(hù)拱②，包括綁扎鋼筋、外模鋪設(shè)和混凝土澆筑，進(jìn)行混凝土的養(yǎng)護(hù)；

工序4：回填施工，形成④部土體；

工序5：開挖中臺(tái)階和⑤處土體，施作邊墻初期支護(hù)；

工序6：開挖下臺(tái)階和⑥處土體，施加邊墻和底部仰拱的初期支護(hù)，并完全封閉初期支護(hù)；

工序7：進(jìn)行二次襯砌的施工，并完全封閉。

施工時(shí)，反壓覆土以及洞身中下臺(tái)階的施工時(shí)間可進(jìn)行調(diào)整。

模擬各施工工序，以探討各工序下隧道結(jié)構(gòu)的變形情況。對(duì)隧道在各階段下的變形進(jìn)行研究，以便于采取對(duì)應(yīng)控制措施。以隧道拱頂豎向位移作為研究對(duì)象，拱頂沉降結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 拱頂沉降分析

從結(jié)果上看，在工序4時(shí)有最大的沉降速率，此時(shí)有8.1 mm的分步沉降值和57.2%的沉降值百分比。拱頂沉降量在2~5階段共出現(xiàn)86.3%的總沉降值，在4~7工序中一直有沉降出現(xiàn)，但僅有較小的幅度，且累計(jì)沉降值也保持穩(wěn)定。綜合上述分析可知，關(guān)鍵工序?yàn)楣绊敾靥钍┕?，其次則為護(hù)拱施作和開挖中臺(tái)階。

3.2 護(hù)拱施工

3.2.1 處理護(hù)拱基底

在護(hù)拱位置施作寬150 cm和厚80 cm的擴(kuò)大腳，并將尺寸為φ42×3.5 mm的鎖腳鋼管打入擴(kuò)大腳位置，以每斷面2根、縱向間距0.5 m的方式進(jìn)行布置。

3.2.2 安裝上臺(tái)階鋼架并進(jìn)行混凝土的噴射

安裝上臺(tái)階鋼架，并在其外部位置覆蓋防水板，在噴射混凝土?xí)r，需確?；炷梁穸葷M足要求。

3.2.3 護(hù)拱內(nèi)模

在上臺(tái)階初期支護(hù)完工后，需以其作為護(hù)拱內(nèi)模綁扎和安裝鋼架。在護(hù)拱內(nèi)部設(shè)置雙層鋼架網(wǎng)片，環(huán)向以20 cm的間距布置φ22 mm的主筋，縱向以25 cm的間距布置φ16 mm的主筋，并在兩種鋼架的交叉處設(shè)置φ8 mm箍筋，施工時(shí)需避免鋼筋接頭面積在同個(gè)截面內(nèi)超出鋼筋面積的50%。為使外模的穩(wěn)定性與護(hù)拱的強(qiáng)度符合要求，將I20a工字鋼設(shè)置到上下鋼筋網(wǎng)片間，以3 m的縱向間距進(jìn)行布設(shè)，環(huán)向長(zhǎng)度基于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境做出調(diào)整，并在護(hù)拱基礎(chǔ)鎖腳鋼管處焊接牢固。

所用外模為復(fù)合式結(jié)構(gòu)，內(nèi)層竹膠板壁厚為1.2 mm，外層杉木板壁厚為50 mm，模板和鋼筋通過(guò)拉桿螺絲連接，以50 cm×50 cm的梅花形進(jìn)行拉桿的布置。施工時(shí)要牢固連接拉桿和鋼筋，若現(xiàn)場(chǎng)允許，應(yīng)盡量連接鋼架，以確保模板足夠穩(wěn)固，沒(méi)有變形出現(xiàn)，保障混凝土外觀質(zhì)量。

3.2.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

外模立好后，應(yīng)按要求澆筑C30混凝土，施工時(shí)應(yīng)盡量減小混凝土的坍落度，坍落度控制標(biāo)準(zhǔn)為12~16 cm。為避免晝夜溫差過(guò)大導(dǎo)致混凝土性能受到影響，需做好混凝土的灑水養(yǎng)護(hù)工作，并遮蓋上地毯進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，主要得出如下結(jié)論：

1）總結(jié)了明洞段施工工藝，明洞段基底、邊仰坡、襯砌和仰拱主要以仰拱端部定型鋼模進(jìn)行施工，邊墻主要以定型鋼曲模進(jìn)行施工，防水板施工主要為熱熔墊圈固定工藝。

2）拱頂回填施工是護(hù)拱暗挖施工方法的關(guān)鍵所在，其次為中臺(tái)階的開挖。以初期支護(hù)作為護(hù)拱內(nèi)模可以使工期縮短，使生產(chǎn)效益有所提高。