鐵路隧道施工技術(shù)及控制要點(diǎn)分析

王豐景

摘要：本文主要分析鐵路隧道施工技術(shù)及控制要點(diǎn)，以新鄉(xiāng)隧道工程為例，首先介紹項(xiàng)目概況，然后圍繞隧道工程施工方法及工藝，深入探討隧道工程的施工要點(diǎn)，包括洞口段施工、洞身開挖、隧道襯砌成套施工等，旨在為類似工程項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；施工；控制

鐵路隧道是拓展鐵路網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，通常存在施工條件差、環(huán)境復(fù)雜等現(xiàn)象，還伴有工作任務(wù)量重、工期緊等特點(diǎn)，給鐵路隧道工程的質(zhì)量建設(shè)帶來了一定困難。因此，為了促使工程項(xiàng)目順利竣工，施工單位要加強(qiáng)相關(guān)施工技術(shù)、方法的研究，并掌握要點(diǎn)，加快工程項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度，降低問題發(fā)生的概率，提高鐵路隧道的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

一、工程概述

新鄉(xiāng)隧道工程位于黑河市愛輝區(qū)錦河農(nóng)場(chǎng)境內(nèi)，隧道線路由既有北黑線東側(cè)山坡進(jìn)入，出口位于錦河農(nóng)場(chǎng)南側(cè)山前緩坡。整個(gè)隧道洞身及進(jìn)出口均為林地山頂及高陡山坡地帶，僅有人行山道相通，且多已荒廢棄。初步勘察結(jié)果表明，隧道周邊條件較差，工程存在時(shí)間緊、任務(wù)重的特點(diǎn)。因此，在施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)情況的了解，提出合理的施工計(jì)劃，并在施工中加強(qiáng)對(duì)施工技術(shù)的控制，以此順利建設(shè)該段隧道。

二、隧道工程施工方案

（一）隧道施工工序

洞口段：截水天溝施工→洞口錨固樁施工（進(jìn)口）→邊仰坡開挖及防護(hù)→導(dǎo)向墻施作→管棚施工及注漿→暗洞施工→洞門、明洞分段施工→洞口及明洞回填→洞口及明洞永久邊仰坡防護(hù)。

洞身段：地質(zhì)預(yù)報(bào)→超前支護(hù)→鉆爆開挖→初期支護(hù)→防排水→二次襯砌混凝土→隧道附屬工程施工→道砟施工→軌道施工。

（二）主要施工方案

根據(jù)隧道工程特點(diǎn)，采用淺埋暗挖法或軟弱圍巖隧道施工技術(shù)方法，施工中遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則。

對(duì)于明洞、洞口斜切、洞門段的施工采用明挖法，設(shè)置明洞襯砌；其余區(qū)域的施工建設(shè)均采用暗挖施工方法，設(shè)置復(fù)合式襯砌。暗挖采用錨噴構(gòu)筑法施工，光面爆破及濕噴技術(shù)，二襯臺(tái)車拱墻襯砌一次灌注，仰拱先期施作并整體灌注。

隧道施工階段由機(jī)械設(shè)備為主要作業(yè)元件，包括建設(shè)多功能作業(yè)臺(tái)架，使用挖掘機(jī)、裝載機(jī)、噴漿設(shè)備、注漿設(shè)備、大型出碴運(yùn)輸?shù)?。?duì)于一些機(jī)械設(shè)備難以抵達(dá)的區(qū)域，采用人工作業(yè)方式。

三、隧道工程施工方法及工藝

（一）洞口段施工

1.洞口土石方開挖

先進(jìn)行洞口施工區(qū)域的測(cè)量放樣作業(yè)，用白灰將邊界標(biāo)示。待確認(rèn)施工邊界后，沿著洞口邊仰坡從上到下逐步開挖。挖掘施工過程中，針對(duì)土方、強(qiáng)風(fēng)化巖等，結(jié)合PC200反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行挖裝，并通過人工的方式清理邊角；局部區(qū)域不能由機(jī)械設(shè)備完成開挖時(shí)，由人工方式完成開挖作業(yè)；對(duì)于較大的石方采用弱爆破措施。在土石方開挖后，及時(shí)將土、碎石運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地以外，將有關(guān)碴土堆放在指定區(qū)域?？紤]到洞口處的出入便利，在洞口處按照地形設(shè)置施工平臺(tái)。

2.洞口爆破施工

本次隧道的施工建設(shè)時(shí)，臨近北方80m處有一條經(jīng)常通過列車的鐵軌。由于洞口施工需要爆破，這種爆破可能會(huì)對(duì)既有鐵路造成安全影響。為了避免造成安全風(fēng)險(xiǎn)問題，需要控制洞口爆破施工，使地表安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度不大于5cm/s，爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)頰次及要求應(yīng)滿足I類要求；其他工程段的施工滿足《鐵路工程爆破振動(dòng)安全技術(shù)規(guī)程》（TB10313－2019）相關(guān)規(guī)定。

同時(shí)，為降低爆破施工造成鄰近電力基礎(chǔ)設(shè)施和對(duì)國道的影響，需要?jiǎng)澐直贫?，分層、分次爆破，包括合理安排爆破時(shí)間、爆破專職人員等，并加強(qiáng)與相關(guān)單位的協(xié)作，爆破前做好宣傳、警示等工作，防止出現(xiàn)意外事件。

3.坡面防護(hù)

為了促進(jìn)隧道的順利施工，預(yù)防出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，需要對(duì)隧道進(jìn)出口區(qū)域的坡面進(jìn)行防護(hù)。對(duì)邊坡、仰坡區(qū)域進(jìn)行噴射混凝土，實(shí)現(xiàn)坡面的加固處理。在噴射混凝土前，先用高壓風(fēng)清理坡面，盡量減少雜物的堆放。待基礎(chǔ)面用強(qiáng)風(fēng)沖洗后，在巖面上鉆孔，促使鉆孔數(shù)量、深度符合設(shè)計(jì)要求，鉆孔完成后再次使用高壓風(fēng)清理。

為避免坡面防護(hù)施工造成進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的問題，對(duì)進(jìn)出口施工位置添加了臨時(shí)防護(hù)設(shè)施。為防護(hù)錨桿，采用Φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)3m，間距為1.2m×1.2m，以梅花形式布置。待基礎(chǔ)面處理以及進(jìn)出口位置防護(hù)工作完成后，噴射混凝土，采用C25號(hào)混凝土，厚度控制在10cm，形成一張混凝土防護(hù)網(wǎng)?；炷羾娚鋾r(shí)，采用濕噴技術(shù)方法，分段、分層、由上到下進(jìn)行噴射。

（二）洞身開挖施工

洞身開挖作業(yè)時(shí)，為了預(yù)防坍塌采用超前支護(hù)措施，即根據(jù)隧道圍巖、地質(zhì)等情況，用Φ108鋼管建設(shè)管棚、結(jié)合φ42小導(dǎo)管、地表袖閥管注漿，形成對(duì)隧道整體的超前支護(hù)。

待隧道洞身超前支護(hù)完成后，進(jìn)行洞身的開挖作業(yè)，主要結(jié)合光面爆破技術(shù)的應(yīng)用。明洞區(qū)域結(jié)合明挖法施工，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法。具體根據(jù)各類圍巖實(shí)際情況，選擇對(duì)應(yīng)的開挖作業(yè)方案。

1.超前支護(hù)

支護(hù)施工主要包括鋼筋網(wǎng)、鋼架、錨桿、噴混凝土等工藝步驟。支護(hù)施工時(shí)，緊跟開挖面進(jìn)行建設(shè)，以此減少圍巖的暴露時(shí)間，預(yù)防圍巖變形，防止圍巖在短期內(nèi)松弛剝落。在安裝鋼架、建設(shè)鋼筋網(wǎng)時(shí)，由人工配合機(jī)械設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，加快施工進(jìn)度，減少施工問題的發(fā)生。進(jìn)行噴射混凝土的施工作業(yè)時(shí)，采用濕噴法作業(yè)，可以達(dá)到良好的施工效果。隧道支護(hù)施工工藝流程如圖1所示。

隧道超前支護(hù)施工中，需要建設(shè)可靠的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，有效預(yù)測(cè)突發(fā)的溢水、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，及時(shí)掌握工程建設(shè)單位的隧道施工建設(shè)情況。地質(zhì)超前預(yù)報(bào)實(shí)質(zhì)上監(jiān)測(cè)圍巖變化情況，在施工中建立地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和超前探孔的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，采用TSP203地質(zhì)超前預(yù)報(bào)儀、HY303紅外探水儀、HSP水平地質(zhì)鉆機(jī)等儀器、設(shè)備，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)前方地質(zhì)情況，為施工提供可靠的技術(shù)參數(shù)。地質(zhì)超前系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，還涉及地質(zhì)素描、彈射波反射法、地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆探、加深炮孔等技術(shù)方法，隧道超前預(yù)測(cè)工藝原理如圖2所示。

2.洞身鉆爆施工

洞身施工作業(yè)時(shí)，主要結(jié)合鉆爆方式，邊開挖邊進(jìn)行爆破，以光面爆破為主，盡量減少超挖，避免欠挖，最大程度上減少對(duì)周圍巖體的擾動(dòng)，確保隧道安全。洞身鉆爆施工階段，地質(zhì)情況對(duì)爆破效果具有絕對(duì)影響，要充分勘察地質(zhì)狀況，在掌握地質(zhì)實(shí)際情況后，確定爆破參數(shù)，不斷優(yōu)化爆破方案，并將負(fù)面影響降到最低。例如，在有水地段使用φ20的光爆專用藥卷，藥卷布置時(shí)采用掏槽布置方式，以直眼布置為主，在單位炸藥量確定時(shí)，以滿足較高的炮眼利用率，降低大塊率、便于機(jī)械設(shè)備裝碴為原則。起爆時(shí)間間隔差控制在50～75ms之間，采用非電導(dǎo)爆管起爆。

光面爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，光面爆破不耦合系數(shù)：

式中：D—不耦合系數(shù)；dk—炮眼直徑cm；di—炸藥直徑cm；α—爆生氣體分子余容系數(shù)；ρ0—爆生氣體的初始?jí)毫?，Pa；[σc]—巖石的三軸抗壓強(qiáng)度，Pa；r—絕熱指數(shù)；光面爆破周邊眼間距：E=54.2976Kpdi。

式中：Kp—巖石抗破壞屈服系數(shù)如表1所示。

di—炸藥直徑cm；

最小抵抗線：光面爆破炮眼間距與最小抵抗線之比取0.8左右，即E/W=0.8。

W=1.25E

式中：E—炮眼間距，cm；W—最小抵抗線，cm。

光面爆破炮眼裝填系數(shù)：

式中：β—光面爆破炮眼裝填系數(shù)；[τ]—巖石抗剪強(qiáng)度，Pa；[σe]—巖石抗拉強(qiáng)度，Pa；L—炮眼深度，cm。其他代號(hào)同前。

光面爆破參數(shù)選擇以表2為標(biāo)準(zhǔn)。

3.臺(tái)階法施工

結(jié)合隧道工程實(shí)際情況，隧道洞身內(nèi)部有IV，V級(jí)圍巖，該類圍巖屬于深埋圍巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，對(duì)于這類圍巖的施工采用臺(tái)階法進(jìn)行施工作業(yè)。

施工工序如圖3所示， 超前預(yù)報(bào)及支護(hù)→弱爆破開挖①臺(tái)階→施做①部初期支護(hù)→架立鋼架，并設(shè)鎖腳錨桿→開挖②臺(tái)階，周邊噴射4cm厚混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，接長(zhǎng)鋼架并設(shè)鎖腳錨桿→開挖仰拱，施作倆側(cè)初期支護(hù)；開挖深埋中心水溝→施作深埋中心水溝支護(hù)；→施作混凝土支座→布設(shè)深埋中心排水管；→按設(shè)計(jì)要求回填陶?；炷痢龉俺跗谥ёo(hù)→仰拱二次襯砌→仰拱填充→拱墻二次襯砌。

（三）出碴及進(jìn)料運(yùn)輸

洞身施工建設(shè)時(shí)，要及時(shí)出碴，并根據(jù)需求及時(shí)進(jìn)料。為了滿足實(shí)際需求，提出了無軌運(yùn)輸方案。出碴工序中，采用挖掘機(jī)配合裝載機(jī)裝碴，用大噸位自卸汽車將碎石、碴土運(yùn)出；根據(jù)隧道實(shí)際施工建設(shè)情況，由無軌車輛將必要的原料運(yùn)輸?shù)街付▍^(qū)域。在此過程中，考慮到安全風(fēng)險(xiǎn)存在，提出了安全管理措施。首先，限制無軌運(yùn)輸車輛速度，無軌車輛在執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)時(shí)，最大速度不允許超過10km/h；在空載情況下，運(yùn)輸速度不應(yīng)超過20km/h。其次，由于需要連續(xù)出碴作業(yè)，為保障運(yùn)輸人力充足，運(yùn)輸車輛的維修人員和養(yǎng)護(hù)人員均滿足隧道工程持續(xù)施工建設(shè)需求。再次，為了確保出碴及進(jìn)料過程的順利，安排專業(yè)人士養(yǎng)護(hù)運(yùn)輸?shù)缆?，及時(shí)清除運(yùn)輸?shù)缆分械恼系K物。最后，加強(qiáng)對(duì)司機(jī)、運(yùn)維人員的安全教育工作，以防出現(xiàn)安全事故。

（四）隧道襯砌成套施工

為進(jìn)一步確保隧道工程的安全、穩(wěn)固，隧道開挖階段還對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了襯砌施工。采用成套施工工藝，加快施工進(jìn)度，確保襯砌施工質(zhì)量。正洞采用復(fù)合式襯砌、二次襯砌采用C40鋼筋混凝土。襯砌與掌子面安全距離如表3所示。

四、隧道工程建設(shè)后的使用效果分析

隧道工程建設(shè)完成后及時(shí)投入到養(yǎng)護(hù)監(jiān)控階段，加強(qiáng)對(duì)隧道各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)控，并及時(shí)評(píng)估相關(guān)數(shù)據(jù)，確保隧道工程在切實(shí)安全的情況下投入實(shí)際使用。在初步監(jiān)測(cè)過程中，包括對(duì)隧道沉降情況、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等情況的監(jiān)測(cè)。通過一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)、測(cè)定，結(jié)果表明，數(shù)據(jù)未超出標(biāo)準(zhǔn)，因而隧道工程可以投入使用。

通過對(duì)隧道進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)，包括建立電子化的監(jiān)控設(shè)施、養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)等，可從總體上了解隧道運(yùn)行情況，便于運(yùn)維人員更好的管理與養(yǎng)護(hù)隧道，促進(jìn)我國鐵路事業(yè)的良好發(fā)展。

五、結(jié)語

綜上所述，鐵路隧道的順利建設(shè)有利于促進(jìn)我國交通事業(yè)的發(fā)展，更能便于出行、帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。但結(jié)合隧道工程的施工建設(shè)情況，目前還存在一定復(fù)雜性，基于此，隧道工程建設(shè)單位要重要研究隧道工程施工技術(shù)及控制要點(diǎn)，加快隧道工程的建設(shè)進(jìn)度，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊全忠.鐵路隧道工程中防水施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施[J].黑龍江科學(xué)，2021，12（04）：108-109.

[2]周信.鐵路隧道施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)研究[J].磚瓦，2021（07）：199-200.

[3]王敏強(qiáng).單線鐵路長(zhǎng)隧道穿越溶洞施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2022，49（17）：37-40.

[4]萬平.鐵路隧道施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)探討[J].門窗，2021（21）：71-72+152.

[5]黃斌.上跨臨近既有鐵路隧道爆破振動(dòng)控制響應(yīng)效應(yīng)研究[J].福建建筑，2022（07）：89-95.

[6]康旭鵬.鐵路隧道工程施工中防水施工技術(shù)與質(zhì)量控制[J].華東科技：綜合，2020（03）：1.