鐵路隧道施工中存在的技術問題及解決策略研究

摘要：鐵路隧道的施工技術一直是鐵路施工的重中之重，對施工效率和施工質量有比較大的影響。雖然在隧道施工方面已經有了豐富的施工經驗，但是在施工管理水平和安全水平方面還需要進一步完善。基于此，文章對鐵路隧道施工中的技術問題和策略進行了研究。

關鍵詞：鐵路隧道施工；技術問題；解決策略；施工效率；施工質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：U231 文章編號：1009-2374（2016）27-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.048

鐵路工程在設計的過程中，隧道工程所占的比例越來越大。雖然在隧道施工方面已經有了豐富的施工經驗，但是在施工管理水平和安全水平方面還需要進一步完善。我國目前主要使用鉆爆法進行施工，所有的配套技術和信息化技術也是圍繞此技術來開展的。

1 隧道施工的基本現狀

鐵路作為我國主要的交通運輸方式，具有運輸速度快、貨運量大、運輸路線長等優點。由于我國地域廣袤，地貌形式多樣，在修建鐵路時，受河谷、高山等自然因素的影響比較大。為了節約運輸成本、縮短運輸距離，對于一些特殊的地貌環境就需要打通一個隧道。在隧道施工時，受技術和環境的影響比較大，如果施工技術出現問題，輕則導致工程進度減慢、機械設備損壞等事故，重則導致隧道坍塌，造成了嚴重的經濟損失，對施工人員的人身健康造成了威脅。

2 鐵路隧道施工需要解決的技術問題

2.1 爆破精細控制技術存在的問題

在隧道施工中，隧道開挖是一個關鍵技術。在開挖的過程中，主要分為爆破控制技術和機械開挖技術，為了將機械設備的技術優勢充分發揮出來，對隧道的開挖的安全性和開挖效率進行提升，減輕施工人員的作業量，在開挖的過程中，多使用全斷面開挖的方法進行施工，其中軟弱圍巖加固全斷面開挖技術和精細爆破技術是最具代表性的開挖技術。對于石質圍巖隧道來說，主要有以下兩個方面的問題：（1）使用臺階法進行開挖施工，無法滿足隧道施工安全的相關要求；（2）爆破控制能力差，光面爆破效果不達標。對隧道開挖的安全性造成了影響，并且還存在隧道開挖的情況，據調查顯示，由超挖導致的二次襯砌混凝土和支護混凝土超設計的使用量大約占使用量的31%，并且還造成出碴量增加，加大了項目成本的控制壓力，導致支護背后存在嚴重的質量安全事故。

2.2 掌子面和仰拱協調性問題

隧道仰拱是銜接二次襯砌和初期支護的工序，直接影響了隧道的工序安全和施工質量。目前在隧道施工的過程中，由于缺乏良好的配套設備和施工技術，一般使用增加仰拱一次施工的施工長度或多開工作面的方法來對仰拱施工的施工效率進行提升。但是這兩種方法的施工工序存在比較大的干擾，在洞內組織施工時有一定的難度，并且附加成本高，無法保證仰拱施工進度和施工質量，對防水系統造成了嚴重的影響，對二次襯砌施工的后續施工進度造成了影響，安全步距無法達到施工要求。

2.3 隧道的開挖技術存在的問題

在開挖隧道時，當圍巖的級別在Ⅲ級以上時，使用全斷面施工的方法不僅可以提高施工效率，而且可以節約施工成本。但是在開挖Ⅴ和Ⅳ圍巖時，使用臺階法進行施工可以促進循環作業，無法保證施工成本和施工進度，存在一定的安全隱患。調查證明，過長的開挖隧道是導致隧道出現事故的一個主要因素，為了保證隧道的安全性，在隧道施工時，對隧道掌子面和仰拱之間的距離要求日益嚴格。

目前，在隧道施工中，不管圍巖是否具有良好的穩定性，如果使用短臺階法進行施工，下臺階和上臺階無法同時進行施工，降低了施工效率，影響了施工進度；如果使用長臺階法施工無法達到施工安全距離的相關要求。為了對鐵路隧道的施工要求進行貫徹，就需要對開挖技術進行改進。

2.4 隧道溝槽施工技術存在的問題

隧道溝槽在施工的過程中，由于混凝土的輪廓線條，施工的斷面比較小，施工難度大。但是作為形象工程，水溝電纜是電力、信號、通信的直接載體，其表觀質量和實體質量對隧道工程的使用功能和外觀形象有比較大的影響。在輕附屬、重主體思想的影響下，溝槽施工一直沒有開發出良好的配套設施。由于使用小塊組合鋼模板分段施工的方法進行施工，存在施工工序復雜、整體性差、施工效率低、循環時間長等問題，施工質量和外觀質量無法達到規定要求，施工成本也比較高。

2.5 混凝土濕噴工藝存在的問題

在鐵路隧道支護的過程中，混凝土噴射是一個主要的施工工序。為了保證施工人員的人體健康，控制混凝土的施工質量，根據規定要求應使用濕噴工藝進行混凝土的噴射。在目前的技術基礎上使用濕噴工具進行噴射時，需要對以下兩個問題進行解決：（1）和天然砂相比，機制砂在技術指標上無法達到要求。也就是說，要想保證機制砂達到設計要求，需要對機制砂進行水洗，而機制砂經過水洗后，拌制的混凝土和易性和級配不好，泵送效果差；（2）相對于干噴工藝來說，濕噴工藝的成本要高出很多，如果優先使用濕噴工藝，會對經濟效益造成比較大的影響。

2.6 空氣凈化技術和通風技術存在的問題

當前，我國的隧道施工主要是使用鉆爆法進行施工，為了保證施工人員的生命健康，需要做好通風防塵工作，同時通過防塵技術也反映了隧道的施工水平。雖然巷道式通風技術和壓入式通風技術是兩種比較成熟的技術，但是由于隧道施工過程中，開挖支護作業臺會行走，爆破時會產生大量的飛石，通風管無法達到掌子面，再加上風管距離過長，存在漏風的情況，無法保證工作面有充足的空氣，洞中的空氣質量達不到規定標準，嚴重危害了洞中施工人員的身體健康。

調查顯示，在一線施工的工人中，大約有3.5%的工人患上了肺部疾病，僅僅比煤塵污染低0.3%。此外，站在經濟學的角度來看，在長大隧道數量不斷增加的情況下，需要從幾千米以外的洞口將空氣引入，能耗和通風阻力非常大，如果只是使用通風的方法是不能保證洞中空氣質量的。由于通風成本比較高，為了節約成本，會降低通風時間，導致洞中的空氣進一步惡化。

3 隧道施工中技術問題的解決措施

3.1 使用微臺階施工技術

為了可以達到爆破效果，控制好圍巖爆破過程中造成的干擾范圍，使用精細爆破施工技術。利用懸臂拼裝式臺架來達到上部臺階和下部臺階出碴和鑿巖爆破的同步性，在臺階法開挖中應用全斷面開挖工藝，對Ⅴ、Ⅳ級石質圍巖隧道開挖工序和開挖進度之間的矛盾進行了解決。

3.2 使用仰拱快速施工設備

為了解決隧道施工過程中掌子面和仰拱施工進度不一致的問題，對傳統施工隧道的施工模式進行了調整，并將其作為保證施工質量和施工進度的基礎。在施工的過程中，仰拱快速施工設備主要包括中心溝模架、走行設備、端頭梁、仰拱模架、仰拱棧橋五個部分，通過使用快速施工設備可以提高隧道施工效率，一個工作面在一個月可以完成190～310m，模板可以隨意移動，勞動強度降低，提高了施工的機械化水平。在對模板進行定位時，不需要對鋼筋進行加固，降低了人力成本，工程質量明顯提高。另外，各個施工工序之間銜接更加容易，可以保證仰拱、掌子面以及二次襯砌施工工序的安全步距，對洞中的工序分區和施工組織進行了優化，提高了施工的安全性和標準化。

3.3 配合使用通風設備和空氣凈化設備

為了節省施工成本，對隧道洞中的施工質量進行改善，要將支護作業面設置在污染源集中的位置，配合使用通風設備和空氣凈化設備，從而進一步改善隧道中空氣的質量。除塵效果良好的設備可以達到99%以上的除塵效率，可以有效地將隧洞中的大多數污染源除去，空氣凈化后可以將空氣返回到工作面，進而降低通風量。研究證明，循環風后，可以節省60%以上的功率，由此可以看出，通過將通風設備和空氣凈化設備進行配合使用，除了可以取得良好的社會效益外，還可以取得良好的經濟效益。

3.4 進行溝槽配套工藝和配套設備的開發

通過開發新的隧道溝槽工藝技術和配套設備，對隧道溝槽施工前期存在的問題進行了解決，取得了良好的應用效果，徹底解決了溝槽施工前期存在的問題，如圖1所示。市場應用證明，此設備可以使隧道側溝、中心水溝、電纜槽的施工變得更加便捷，產品生產完成后，作業面整潔，結構更加美觀，在施工工期、施工質量、施工成本、人性化管理等方面都取得了良好的施工效果。

4 結語

綜上所述，本文主要對我國隧道施工技術存在的問題進行了探討，并提出了具體的解決措施。通過在工程中進行應用，取得了初步應用成果，提高了施工質量和施工效率，經濟效益良好。

參考文獻

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作者簡介：李學春（1973-），男，山西平陸人，中鐵十二局第一工程有限公司工程師，研究方向：路橋施工技術。

（責任編輯：小 燕）