鐵路隧道施工技術常見不足點及解決措施

陳 遠（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽111000）

鐵路隧道施工技術常見不足點及解決措施

陳 遠（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽111000）

鐵路隧道投資大、施工工藝復雜、施工周期長、環境影響大、不可預見風險因素多等特征，故鐵道隧道工程建設是高風險建設工程。所以發展快規模大，工藝和管理力量難以充分保證的原由，加上對鐵路隧道風險管理不科學，認識不客觀，風險管理不到位的原由，導致鐵路隧道工程在建設中事故頻發，令人堪憂，發生事故的概率極高，后果很嚴重。在鐵路隧道建設全過程中通過開展施工管理工作，可以決策科學化、可以降低事故發生的可能性、可以控制風險事故后果損失。

鐵路隧道；施工技術；解決措施

1 鐵路隧道發展

據國家統計數據顯示，截至1999年，我國建成鐵路隧道共計3666.760延長公里，6877座。21世紀，我國鐵路隧道建設進入了盛況，從2000～2005年，建鐵路隧道 651座，共642.246延長公里，長度3km以上的隧道54座。目前，我國為落實 《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十一個五年規劃的建議》，拉動內需的需要下，在建隧道多達1785座，總延長2164km，隧道遍布全國各地，預計今后，列入規劃的鐵路隧道還有2000多公里以上。在鐵路隧道建設總長度飛躍式發展時，我國鐵路隧道單座隧道長度和建設工藝的難度也在增加，位于海拔5010m的風火山上的青藏鐵路線上風火山隧道，軌面海拔標高4905m，全長1338m，位于永久性高原凍土層內，屬于目前橫跨凍土區最長的高原，世界上海拔最高；有“世界第一高隧”烏鞘嶺特長隧道，設計為兩座單線隧道，隧長20.05km，最大埋深1100m，洞身山區海拔3600m，隧道通過四條區域性大斷層，施工風險非常大，地質十分復雜［1］。

2 鐵路隧道存在問題

按地區分布的中國鐵路隧道，以西西北南居多，約占全國鐵路隧道70%，西部地區復雜地質環境表現為軟巖地層、濕陷性黃土地質。如在建成蘭鐵路的成都至哈達鋪段全長459km，設計隧道就36座，長度323km，占總長70%，主要地質為軟巖分布多、活動斷裂多、巖溶發育、地應力高；全線隧道板巖千枚巖為主，軟巖地層占總長53%。在軟巖壞境下，對隧道開挖施工易引起圍巖變形，導致坍塌事故。隧道在施工過程中安全穩定的保障，對隧道施工圍巖穩定性和施工中安全進行準確預報成為鐵路隧道施工中極其重要的環節。

3 鐵路隧道施工中圍巖檢測方法

隧道施工中，對日常監測項目進行監控量測，保障隧道周邊環境，反映設計和施工狀態圍巖穩定，現場施工安全起至關重要作用。

起源于20世紀40年代的圍巖檢測“隧道信息化施工”方法，隨著當時“現代土力學”的發展，隧道信息化施工成為集成預測、監控、修正、綜合評價一體方法。20世紀60年代，新奧法隧道施工工藝快速發展，該法盡可能不惡化隧道圍巖應力分布，施工中密切關注應力圍巖變形，通過采用支護措施，控制圍巖變形。新奧法施工法來自奧地利布拉西維茲教授長期從事隧道施工實踐中，提出的合理隧道施工工藝方法，采用噴錨工藝和施工測試方法，新奧法提出對隧道開挖中引起隧道圍巖變形過程進行解析、監測、評價的必要性，對圍巖采用復合式支護系統。根據新奧法施工原則，二次支護的“第二層襯砌”是在隧道圍巖變形“基本穩定”的條件下才能夠進行施工的［2］。

4 鐵路隧道施工工藝要點

國內外隧道施工中監控量測包括應力、位移、應變、壓力等，基本涵蓋隧道圍巖與支護結構系統各方面。具體量測分為必測和選測兩大類。必測是指在隧道施工必須進行的量測項目，包括：拱項下沉和凈空變化、洞內觀察；選測項目是為滿足特殊意義的區段進行補充量測，為判斷噴錨支護效果、隧道圍巖狀態，選測項目主要包括圍巖內部位移、地表沉降、彈性波測試和支護系統結構的壓力、圍巖應力等。

隧道洞口按“早進洞、晚出洞”原則，嚴格控制邊、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，施工中采用噴、網、錨防護，確保邊坡穩定。拱與掌子面進度協調性是初期支護和二次襯砌的銜接工序，影響隧道的施工質量，當前鐵路隧道中，在開挖正常進度的情況下，沒有理想施工工藝和配套設備，采用多開工作面或增加仰拱施工長度方法提高仰拱施工進度。兩種方法存在工序間相互干擾大、循環時間長、洞內施工組織困難等難題，附加成本較高，仰拱施工的質量和進度難以保障，影響防水系統、二次襯砌等后繼工序的結構銜接質量和進度，安全步距不能滿足相關規定要求，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計

（1）襯砌內輪廓線。鐵路隧道的建筑限界是統一的，在相同圍巖情況下，襯砌結構斷面形狀是同定的。襯砌結構有通用設計標準圖，不需專門設計。有較大凍脹力、偏壓、傾斜滑動推力，施工中出現坍方及七度以上地震區時，應根據荷載特征進行設計。

（2）襯砌外輪廓線和軸線。對等截面直墻式襯砌，確定內輪廓線曲線半徑后，給定斷面厚度，可以計算外輪廓線、軸線半徑。變截面曲墻式襯砌有關半徑的則較費事。

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

在碎石隧道內，相隔300m布置大避車洞；整體道床隧道內，每側相隔420m布置大避車洞。當隧道長度為300～400m，在隧道中間布置大避車洞；隧道長度＜300m，不布置大避車洞；兩端洞口接橋，當橋上無避車臺時，應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，單線隧道內每側邊墻應間隔30m布置小避車洞。結合大避車洞考慮，有大避車洞不需再設置小避車洞。應注意不得將避車洞設于襯砌斷面變化處、不同襯砌類型變形縫處和銜接處。如隧道鄰近市鎮，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。電力及通信設施。穿越隧道的電纜，如通信、照明、信號、電力等，須有一定保護措施，需設置電纜槽來防止腐爛潮濕及人為破壞。

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

運營通風設施，列車通過隧道排大量氣體，會散發熱量。襯砌縫隙不時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呼出氣體，氣體和熱量會使隧道內空氣熾熱污濁、潮濕，濃度變大，人呼吸閑難，威脅健康，降低工作效率，腐蝕洞內線路。須進行洞內通風，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，鐵路地質情況復雜，隧道數量多，巖體多樣，在隧道施工中占主體地位，應用范圍很廣，軟弱圍巖、硬質巖層、黃土隧道等均有施工經驗。新奧法施工流程簡單、作業靈活、效率高、經濟性指數高，在國內有強烈需求，在彈塑性復雜土體中進行巖土工程，不僅要考慮經濟性和效率性，重要的是要考慮可控性和安全性，近幾十年進行基礎性建設，隧道作為施工難度高、結構物數量大、地質情況復雜、安全隱患大，做好隧道施工安全質量的可控性。

支護為隧道新奧法與圍巖聯合受力，發揮圍巖的自承能力，在支護結構中有關鍵作用，隧道開挖大變形圍巖，容易導致安全問題，初期支護侵限，及時優化初期支護是隧道使用關鍵工序，介于圍巖變化復雜性及彈塑性特征，不同地質下的地下工程，差異性比較大，弱風化灰巖為主，地下水豐富，巖層裂隙發育，施工過程中曾發生塌方突水等，風險因素多，安全壓力大，及時優化參數指導施工，對保證鐵路工程順利安全進展具有重大意義。

6 結束語

根據工程建設調查統計，隧道工程隧道施工中，支護過程中支護不當發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結構因失穩導致事故占所有因支護導致事故的90%，關系到人員的生命安全，關系到工程造價的經濟性，科學地評價圍巖變形情況及支護參數選擇極為重要。隧道有工程地質復雜性，國內外研究成果豐富，主要是通過數值模擬、理論計算、經驗公式解析圍巖應力變化、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，優化設計方法進行，較為側重理論上優化，隧道工程實際施工過程中因圍巖的變化與設計不符容易產生安全隱患，在成熟支護方式中，必要時進行加強，使支護參數地層相適應，充分發揮圍巖的自承能力，圍巖與支護體系處于最佳受力狀態，保證施工過程支護進行管理，保證工程的安全性，能取得良好的經濟效益。

［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研究［J］.鐵道工程學報，2016，23（8）：80～84.

［2］宋 平.鐵路隧道施工安全風險管理研究［J］.中南大學，2015：201～202.

［3］王明慧，姚云曉，蔣樹平.我國鐵路隧道施工方法及適應性研究［J］.現代隧道技術，2015，3：21～25.

U455.4

A

2095-2066（2016）29-0178-02

2016-9-30

陳 遠（1985-），女，助理工程師。