鐵路隧道工程項目仰拱開挖及襯砌施工技術

摘要：鐵路隧道工程里程通常比較長，經常需要穿越很多復雜地層，地質條件比較豐富，為保證施工的安全性，需要結合不同的地質條件，選擇合理的仰拱開挖技術和襯砌施工技術，以保證施工任務能夠安全、高效、有序的完成。結合東茗隧道工程實例，對鐵路隧道工程施工中仰拱開挖技術和襯砌施工技術在不同地質條件下的應用進行分析。

關鍵詞：鐵路隧道工程;仰拱;開挖;襯砌

0" "引言

仰拱開挖及襯砌施工是鐵路隧道工程施工的核心環節，在現代化施工技術飛速發展的背景下，很多高新技術被廣泛應用到隧道工程施工中，大大提升了施工效率。但在一些復雜多變的地質條件中，存在很多不確定因素，如對這些因素控制不當，會對施工進度、施工質量、人員生命安全等構成嚴重影響。

目前很多研究都將重點集中在隧道開挖新技術和設備研究中，研究的內容比較寬泛，對不同地質條件下，仰拱開挖及襯砌施工技術的細節研究比較有限。基于此，本文結合東茗隧道實際情況，開展仰拱開挖及襯砌施工技術的應用技術研究。

1" "工程概述

新建杭州經紹興至臺州鐵路東茗隧道位于浙江省東茗鄉境內，承建起訖里程DK102+950～DK114+146.15，全長11196.15m，在2號斜井、3號斜井、出口等工作面組織施工，隧道左、右線分別位于半徑8500m、8495m的曲線上。

隧道內縱坡為3‰（4880m）、10‰（10650m）、-6.5‰（2696.15m）的人字坡，隧道DK100+847.5～DK100+952.5、DK104+517.5～DK104+682.5和DK111+172.5～DK111+727.5段分別設置豎曲線，豎曲線半徑為30000m，豎曲線切線長分別為52.5m、82.5m、277.5m。東茗隧道進口DK95+920～DK95+943段帽檐斜切開孔式緩沖結構洞門，出口DK114+119.15～DK114+146.15段喇叭口開孔式緩沖結構洞門，采用整體式襯砌、明挖法施工。東茗隧道1號斜井、2號斜井采用雙擋墻式洞門，3號斜井采用翼墻式洞門。

2" "鐵路隧道仰拱開挖技術

不同地質條件需要采取不同的開挖方法，才能更好的保證開挖的安全性和質量。本工程仰拱開挖中，Ⅱ級圍巖采用全斷面法施工，正洞Ⅲ級圍巖采用臺階法施工，正洞Ⅳ級圍巖采用三臺階法施工，Ⅴ級圍巖采用三臺階臨時仰拱法開挖。

2.1" "全斷面開挖法

在案例工程正洞Ⅱ級圍巖及斜井Ⅲ級圍巖開挖中，為保證開挖的安全性，采用全斷面開挖方法，提前布設好多功能臺架鉆孔，利用光面爆破開挖。開挖之后，及時跟進人工鉆錨桿孔，全斷面開挖施工流程為：

第一步：測量放線、鉆錨桿孔和炮眼，安裝錨桿、局部掛網。具體的施工示意圖如圖1所示。

第二步：裝藥、爆破、通風。初噴射混凝土，復噴上一循環混凝土，直到達到設計厚度。具體施工示意圖如圖2所示。

第三步：出碴，進入下一個開挖循環。具體施工示意圖如圖3所示。

2.2" "臺階法開挖施工技術

在Ⅲ級圍巖開挖中，要選擇臺階法開挖施工技術。為保證開挖的安全性和效率，臺階長度要控制在3～5m之間。選擇光面爆破的方法進行開挖，在具體開挖中，需要嚴格控制爆破參數，以降低對圍巖造成的擾動。其中上部臺階開挖時采用風鉆鉆孔，利用挖掘機扒碴到下斷面。下部臺階則利用風鉆鉆孔，下斷面出碴時采用裝載機裝碴，用自卸汽車運碴到指定的位置，避免胡亂堆放，影響周圍的生態環境。臺階法開挖施工流程如圖4所示。

2.3" "三臺階開挖施工技術

在遇到Ⅳ級圍巖時，在具體施工中，就需要用到三臺階開挖施工技術，并嚴格遵循弱爆破、短進尺、強支護的施工原則。為保證開挖的安全，要先進行超前小導管支護，然后再按照上部開挖、上部初期支護、中部開挖、中部邊墻支護、下部與仰拱開挖支護、填充施工、澆筑二次襯砌的順序進行施工[1]。

上臺階和中臺階開挖時采用人工風鉆鉆孔，挖掘機扒碴到下斷面，下斷面利用鑿巖機鉆孔，出碴也在下斷面上完成，裝載機配合自卸汽車完成開挖渣土的運輸。三臺階開挖施工如圖5所示。

2.4" "三臺階臨時仰拱法

V級圍巖斷層破碎帶、下穿村莊、道路、水庫等采用三臺階臨時仰拱法開挖。首先進行超前支護，具體的施工過程為：先進行上部開挖，初期支護及臨時仰拱施工;再進行中部開挖，中部支護及臨時仰拱施工[2]。其次進行下部開挖，邊墻支護。最后進行臨時仰拱拆除、仰拱澆注、拱墻二襯的施工，具體的施工如圖6所示。

3" "鐵路隧道工程襯砌施工技術

3.1" "仰拱初期襯砌支護

仰拱開挖完成之后，要及時跟進襯砌施工，避免圍巖長時間暴露在空氣中。本工程采用混凝土初期濕噴技術，取得了良好效果。隧道初期襯砌作業如圖7所示。

不同圍巖結構初期噴射混凝土厚度的要求也不相同。比如：V級圍巖噴射混凝土厚度為28cm，鋼架為I20a型鋼鋼架;IVa、IVb級噴射混凝土厚度為10cm;IVc級噴射混凝土厚度為25cm，鋼架為I18型鋼鋼架。仰拱初期支護時采用噴射混凝土的方法，為提升仰拱結構的穩定性，本工程在仰拱初期支護施工中，需嚴格把控鋼架和圍巖之間的緊密性，不能存在任何空隙，且噴射混凝土的厚度不能低于5cm。

3.2" "仰拱填充混凝土

當仰拱初期襯砌混凝土完成終凝之后，要及時跟進澆筑隧底工作。填充混凝土完成之后，需要做好保護措施，禁止行人及機械設備碰撞，更不能懸掛重物，需要等強度達到5MPa以上后，才能允許行人和車輛通過。

3.3" "二次襯砌施工

3.3.1" "施工準備

本工程規模比較大，模板臺車長度控制在9～12m之間效果最佳。工點設計是二次襯砌施工的重點項目，為保證施工質量，在襯砌模板臺車搭設之前，需要結合預留洞室、預埋管線及沉降縫等現場情況，合理確定工點的布設位置[3]。

在模板臺車側壁作業窗布置時，為保證后期襯砌效果及施工質量，本工程采取了分層布設的方法，保證每次布設的高度在1.5m左右。每層要布置5個窗口，窗口規格為450mm×450mm，并在拱頂處預留3～4個注漿孔，為混凝土進料澆筑營造良好條件。

3.3.2" "臺車拼裝后的調試

在鐵路隧道工程項目仰拱襯砌施工中，臺車拼裝質量直接關系到整個工程的襯砌效果。臺車模架、模板存在局部變形、加工尺寸存在微小偏差，都會影響鐵路隧道工程項目襯砌質量，因此當臺車拼裝完成之后要進行全面調試，發現問題及時處理。具體的調試內容如下：

一是襯砌臺車現場拼裝完成之后，需要在軌道上往返行走3～5次，沒有問題之后，再緊固螺栓，對較關鍵的連接部位，要采取加強焊接，以保證連接質量，提升臺車工作的整體性[4]。

二是對臺車尺寸需要進行全面檢驗，把控好尺寸偏差，按照設計施工的要求進行科學調整。

三是對模板板塊拼縫需要及時焊接，焊接完成之后，要將焊縫打磨平整，以免在使用中出現模板翹曲變形問題，影響襯砌質量。

3.3.3" "臺車就位

精確調整臺車就位后的軌道中心和標高，控制軌道的安裝偏差不超過2cm ，為保證二次襯砌質量，模板和臺車大梁的中心要能夠相互重合。將臺車就位精度把控在±10mm以內，以保證灌注混凝土時臺車受力良好，從而提升混凝土襯砌質量[5]。

為保證定位的精度，本工程在臺車就位定位時，采用了五點定位法，具體做法為：以襯砌的仰拱圓心為原點，建立起平面坐標系。通過拱部模板中心點、兩墻部模板的底腳點及拱部模板同墻部模板兩個鉸接點來精確臺車就位，實現對襯砌模板安裝精度的精確把控，保證二次襯砌的質量和效果。

在本工程二次襯砌施工中，模板選擇了Ф48鋼管彎制弧形拱架固定模板。其中端模用厚度為5cm的木板制作而成，安裝時通過短方木牢牢固定[6]。模板安裝必須穩固牢靠，接縫嚴密，不得漏漿。模板的安裝允許偏差需符合相關要求。

為保證二次襯砌的質量，在二次襯砌混凝土澆筑完成之后，要及時進行養護，混凝土養護的最低期限如表1所示。

為保證混凝土養護質量，需要保證養護的連續性，需將混凝土表面溫度和內部溫度之間的差值控制在20℃之內。在養護期間要定期灑水，保證混凝土表面始終處于濕潤狀態，為混凝土的固化成型，營造良好的環境[7]。

4" "結束語

綜上，仰拱開挖和襯砌是鐵路隧道工程施工的重點項目，其施工質量直接關系到整個鐵路隧道工程項目的總體質量和安全性。鐵路隧道工程長度比較長，經常穿越多個地質條件，因此僅僅選擇一種開挖方法，可能無法滿足施工要求，需要結合實際情況，選擇有針對性的開挖方法，并從初期襯砌、二次襯砌兩個方面同時入手，以保證施工質量。

參考文獻

[1] 吳軍.京張高鐵隧道隱蔽工程施工質量控制及效果評價方法研究[J].鐵道標準設計，2020，64（1）：104-108，126.

[2] 潘鵬萬，胡希斌，逯江.鐵路隧道仰拱施工質量控制研究[J].工程技術研究，2020，76（20）：88-89.

[3] 吳敏，黃智.單洞雙線鐵路隧道仰拱施工質量控制技術研究[J].隧道建設（中英文），2020，40（S1）：286-295.

[4] 楊家松.單線鐵路隧道新微臺階帶仰拱一次爆破開挖施工技術研究[J].隧道建設（中英文），2020，40（1）：83-89.

[5] 閆紅江，鄧志剛.麗香鐵路中義隧道高地應力軟巖大變形控制技術[J].水利與建筑工程學報，2019，17（1）：70-75.

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[7] 李凱，陳軍社.暗挖大斷面隧道臨時支撐拆除及襯砌施工方法[J].筑路機械與施工機械化，2019，36（11）：62-68，74.