鐵路隧道工程中支護與襯砌的施工技術

謝斌福 劉雪東 田 發 王 垚 陶益勝

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100073）

1 工程概況

新建敦化至白河鐵路的東青隧道為無砟軌道，全線其他均為有砟軌道，設計速度為250 km/h。標段起訖里程DK44+660～DK77+350，長度32.69 km。東青隧道起訖里程DK45+263～DK48+365，長度3 102 m，隧道進口至DK45+960.63段位于半徑R=4 500 m的左偏曲線上，DK45+960.63至出口位于直線段；進口至DK47+550段為9‰的上坡，DK47+550段至出口為3.0‰的下坡，該隧道最大埋深135.7 m。

2 鐵路隧道初期支護施工工藝

初期支護的施工內容包含超前管棚、砂漿錨桿施工、中空錨桿施工、噴射混凝土、鋼筋網施工、格柵/工字鋼架安裝等。

2.1 超前長管棚施工

所有超前長管棚均采用Φ108 mm×6 mm熱軋無縫鋼管，間距40 cm（環向）。為確保開挖鉆孔方向，在明洞襯砌外放置70 cm厚的C30鋼混凝土拱，垂直方向上拱長為2.0 m。考慮開挖時的下垂等因素，開挖鉆孔方向應比鋼管的設計方向高1°～3°。

灌漿施工期間出現異常情況時，如果在灌漿處理中出現小裂縫，需要使用水泥浸過的麻絲填充裂縫，調整灌漿材料的漿比，減少膠凝時間，控制灌漿問題。注漿時，若壓力急劇上升，只能注入純水泥漿或清水。出現管道堵塞問題，應打開孔板泄壓閥，關閉孔板進水閥。灌漿工作完成后，釋放壓力，關閉閥門，停止機器。

鉆進過程中經常出現特殊情況，巖石或土壤管壁受到的阻力較高時，可以使用Φ125 mm鉆頭的前端，Φ120 mm鉆頭在鉆頭的后部，推動鋼管時使用。

2.2 砂漿錨桿施工

以螺紋鋼筋為原材料，根據要求制作得到規格合適的砂漿錨桿；布設時，遵循梅花形布置的原則，間距不超過錨桿長度的1/2。

錨桿鉆機鉆進成孔，孔徑略大于錨桿直徑15 mm；人工輔助作業，將提前加工的砂漿錨桿設置到位；利用專用注漿泵注入早強水泥漿，材料的水灰比為0.38～0.45，砂灰比控制為1∶1～1∶2。注漿開始前使用水潤滑管路，使漿液在管路內順暢流動，高效注漿，中途間歇時間超30 min時，也采用該處理方法。

需要保證注漿孔口壓力不超過0.4 MPa，注漿管底部與孔底距離為5～10 cm，隨著漿液逐步注入，適時拔出注漿管（緩慢、勻速），迅速將桿體插入（插入部分的長度至少達到設計長度的95%，避免影響注漿施工效果）。

2.3 中空錨桿施工

采用錨桿臺車鉆孔，提前測定孔位，由專員操作，鉆孔保持直線且與巖面呈垂直關系，得到順直、垂直度均較好的孔洞。鉆孔直徑42 mm，深度根據錨桿設計長度確定，大于該值10 cm。

中空注漿錨桿施工時，根據測量放樣結果鉆孔，鉆進成孔后通入高壓風，清理殘留在孔內的巖屑，減小雜物堆積量（雜物偏多會影響注漿效果）；將錨頭與錨桿端頭組合，配套墊片以及螺母；將得到的組合桿體送入孔內；向錨桿末端穿入止漿塞，將該部分與桿體緊固處理，得到穩定的連接體；在錨桿末端戴上墊板，擰緊螺母；注漿時，采用螺桿式注漿泵，在1.2 MPa的壓力作用下，將水泥漿注入孔內。

2.4 噴射混凝土

噴射混凝土的施工方法為濕噴，以現場施工要求為準，由洞外混凝土拌和站生產混凝土，由攪拌運輸車運至洞內，噴射施工。遵循隨拌隨用的原則，充分發揮出混凝土的性能優勢。

噴射混凝土施工程序如圖1所示。

圖1 噴射混凝土施工程序

混凝土噴射機進場，安裝至指定位置并調試。在料斗上配套100 mm篩孔的振動篩，用于篩除超粒徑骨料；噴射前，適當修整巖面，將松散的巖塊等雜物清理干凈，突出部位鑿除平整，對局部超挖填補混凝土，使巖面平整；高壓水沖洗巖面，使該部分保持潔凈，局部巖層對水較為敏感，具有遇水易潮解的特點，采用高壓風清理的方法；提前組織噴射試驗，判斷噴射機的性能并驗證參數的可行性，對不足之處進行調整。

噴射送風前，開啟計量泵；送風后，根據儀表顯示結果合理調整風壓，將其穩定在0.15～0.20 MPa。風壓過大會急劇增加回彈量，過小則難以為粗骨料的流動提供充足的沖擊力，導致其無法進入砂漿層而脫落。為保證混凝土的噴射質量，采取分階段依次施工模式，將整個噴射施工分為兩個部分，按照先初噴、后復噴的順序推進。噴射主要采用濕噴方法，局部含水量較大時，采用潮噴工藝。

刷幫、找頂后初噴，厚度為4～5 cm，在不影響噴射質量的前提下，盡快施工，有效封閉圍巖。初噴混凝土施工后，將立拱架、掛網、錨桿安裝有序落實到位，進入復噴施工環節由噴射機械手施工。濕噴工藝可行，可以保證噴射施工質量，減少回彈量以及粉塵量，有效改善現場施工條件，減少環境污染，契合節能環保的現代化工程理念。

2.5 鋼筋網施工

鋼筋網施工工藝流程如圖2所示。

圖2 鋼筋網施工工藝流程

加工鋼筋網得到方格網片，縱橫鋼筋交接部分為薄弱區域，在處理時采取點焊成塊的方法。鋼筋網安裝時間安排在初噴、錨桿設置后，網片緊貼初噴面，網片之間以及其與錨桿間以焊接的方式穩定連接。鋼筋是重要的施工材料，使用前檢驗性能，不達標的材料不得入場；清理鋼筋上附著的銹跡以及其他雜物，發現形態方面的問題及時調整，如調直或采取其他方法。

鋼筋網節點與錨桿以點焊焊接的方式處理，網片間使用鐵絲扎緊，增強鋼筋網片的穩定性，以免施工中發生偏位。鋼筋網鋪設隨初噴面適當起伏，始終與壁面緊密貼合。復噴后應用混凝土有效覆蓋鋼筋網，避免外露，成型保護層的厚度以3～5 cm為宜，防護效果較好。

2.6 格柵/工字鋼拱架施工

本次施工的拱架支撐形式為工字鋼拱架、格柵鋼架，均在洞外加工，將半成品構件運至現場，初噴混凝土施工后拼裝成型。鋼筋支撐間設縱向連接筋，利用噴射混凝土的方法填平拱架支撐間的部分。將拱架拱腳置于穩定可靠的基礎上，架立時控制其姿態，與隧洞中線呈垂直關系。拱架支撐與圍巖間隙過大時，確定間隙規模，墊入合適尺寸的墊塊，再噴射混凝土，進行全面填充處理[1]。

拱架支撐平面與隧洞中線垂直，傾斜度不超過2°，為有效保證拱架支撐的穩定性，分別在拱腳以及墻腳處增設鎖腳錨桿。根據設計要求將拱架支撐安裝在指定位置，拱架支撐與初噴層間隙過大時，設置騎馬墊塊。考慮拱架支撐的結構完整性要求，對該支撐裝置與錨桿進行聯結處理。

為使拱架支撐精準就位，提前搭設定位系筋；為充分發揮定位系筋的引導作用，將其一端聯結至拱架支撐處，另一端錨入圍巖，深度為0.5～1.0 m，使用砂漿錨固。拱架支撐架立到位后，及時噴射混凝土，全面覆蓋拱架支撐，支撐裝置與混凝土結合成完整的整體，共同受力。混凝土噴射施工環節，從拱腳或墻腳處逐步向上施工，可以有效避免虛掩拱腳（墻腳）的情況，防止拱腳（墻腳）失穩。

3 鐵路隧道襯砌施工工藝

二次襯砌一般在圍巖變形基本穩定后施作，變形趨于穩定應符合相關要求。

（1）隧道周邊變形速率明顯下降并趨于緩和。

（2）水平收斂（拱腳附近7 d平均值）小于0.2 mm/d，拱部下沉速度小于0.15 mm/d。

（3）施作二次襯砌前的累計位移值已達極限位移值的80%以上。

二次襯砌混凝土時，采用整體式液壓襯砌臺車，拌和站生產混凝土，出廠后裝車，用攪拌運輸車及時運輸至現場，泵送入模。襯砌施工期間應根據設計要求擇機埋設預埋鍍鋅管以及配套設施，作為回填注漿的施工裝置。洞口二次襯砌施工成型且無質量問題后，進行洞門施工。

3.1 襯砌臺車的使用方法

二襯施工選用整體式液壓襯砌臺車，聯合經緯儀和水準儀進行精準定位。為高效施工，分別為各作業面配置1臺整體式液壓襯砌臺車，使用前檢驗襯砌臺車的性能，避免“帶病作業”。

3.2 混凝土的運輸、澆筑

混凝土罐車沿著既定路線將混合料運輸至現場，全程盡可能勻速行駛，以免急剎車、忽然提速導致混凝土離析。運輸途中，若有漏漿或離析現象，需要啟用罐車重新拌和，確認無誤后卸至輸送泵。

混凝土由HBT60輸送泵泵送入模，灌注前清理鋼模板臺車外表面的雜物，均勻刷涂脫模劑。正式灌注混凝土時，優先從最下排工作窗灌注，隨施工時間的延長，增加混凝土灌注量，混凝土快要與工作窗口平齊時，關閉工作窗，轉向第二排工作窗，按照此順序依次類推，完成各工作窗的混凝土灌注施工。

借助模板臺車的自振系統完成混凝土振搗處理，邊角等局部采用插入式搗固棒，遵循“快插慢拔”的原則?；炷凉嘧⑹┕げ扇》謱臃椒〞r，為保證層間結合穩定性，要求振搗棒插入下層5 cm或適當增加，振搗時間為10～30 s。均勻布設振搗點，有序振搗，避免過振、漏振。

4 結語

支護和襯砌均是鐵路隧道施工中不可忽視的內容，本文闡述支護和襯砌兩部分的施工工藝要點，體現在錨桿施工、混凝土澆筑、振搗等方面，為類似工程提供參考。