鐵路隧道施工關鍵技術研究

張麗娜

（河北省鐵路事業發展中心，石家莊 050031）

1 引言

作為交通領域的重要組成部分，鐵路交通有較重運輸任務，而在鐵路工程施工時，常會碰到復雜的地質環境，在經過這些復雜地質環境時，常需要修建隧道以順利通過[1]。隧道施工是鐵路工程的一項重要內容。因此，需要對鐵路隧道施工的關鍵技術進行分析研究，切實把握隧道施工技術的要點。

2 洞口偏壓段關鍵施工技術

以某鐵路隧道項目為依托，該項目有較多埋深小于10 m的偏壓段，所用施工方法為明挖法+暗挖法。因為洞口段埋深較淺，不當的施工方法會導致隧道出現超限或裂縫等現象，因此，施工時需重點考慮時序問題，并需確保施工質量。

2.1 基底及邊坡處理技術

該隧道某個進口段處于黏土層，以C20混凝土進行換填基底施工，且換填深度深入強風化巖層下方0.5 m，使隧道基底承載力提高到200 kPa。對斷層破碎帶地區，通過注漿加固的方式進行基底處理，處理深度在強風化層以下0.5 m，所用熱軋無縫鋼管注漿管直徑為42 mm、管壁厚為3.5 mm，并以100 cm×100 cm的間距進行布置，總長度為0.5 m。

邊坡和仰坡所用的防護體系為長框架錨桿[2]。臨時邊仰坡防護網噴C25混凝土，噴射厚度為10 cm；排水溝和截水溝分別設置距離在洞頂和回填邊緣5 m處，以對坡面匯水進行攔截，避免邊坡沖刷情況。洞口仰坡坡腳所用混凝土護墻長3~5 m、高2 m、厚0.8 m，護墻進入邊坡約50 cm。

墻頂朝洞外方向通過斜坡面順接路基面，斜坡面所用漿砌片石有厚30 cm，左側回填邊坡的護腳墻支檔深1.5 cm、厚50 cm。在進洞洞口朝外2 m位置設有截水盲溝，并在距離洞口0.5 m處通過混凝土封堵洞內水溝，以防止洞外水流入洞內。

2.2 襯砌施工

2.2.1 襯砌

將洞口段鋼筋混凝土分成兩部分進行施工。首先施工仰拱和墻腳的鋼筋混凝土，當其強度符合要求后再拆模和鑿毛，然后進行上部邊墻和拱部鋼筋混凝土的施工，其中，在組合鋼模板內澆筑仰拱和墻腳的混凝土，以模板臺車試做內邊墻和拱部的內模，以大塊木模釘竹膠板作為擋頭板，并拼合鋼模板和外模拱墻進行整體澆筑[3]。

施工所用鋼筋主要從加工廠制作，再運輸至現場進行綁扎。混凝土在拌和樓集中拌和，通過運輸車進行運送，施工時以泵送的方式兩側對稱灌注模板，并一次性澆筑拱墻混凝土。

2.2.2 變形縫

變形縫所用止水帶為中埋式鋼邊橡膠止水帶，拱墻所用止水帶為外貼式橡膠止水帶。拱墻襯砌和仰拱變形縫所用止水材料為聚硫密封膠，并通過U形鍍鋅鋼板排水，其余縫隙均以填縫料填塞。為減小仰拱變形縫的沉降，將φ50 mm的雙層抗剪鋼筋設置到仰拱部位的二次襯砌內部，并以50 cm的環向間距布置鋼筋，以填縫料堵塞縫隙。

2.3 仰拱與防排水施工

2.3.1 仰拱施工

仰拱端頭施工工藝。在以組合鋼模作為仰拱端頭時，關鍵是要確保仰拱端頭中埋止水帶安裝和固定的質量，以確保仰拱厚度滿足要求。以定型組合式鋼膜作為端頭，具體如圖1所示。以組合式鋼模作為仰拱端頭可以使仰拱施工質量和端頭中埋設的止水帶質量有效提高。

圖1 端頭鋼模示意圖

止水帶施工工藝。以鋼筋環卡固定止水帶，施工前應先采用通電預熱的方式處理熱硫化焊機，使其具備150℃的預熱溫度。此外，應切割整齊止水帶接頭，并通過電動手砂輪打磨光滑，此時應確保其打磨寬度在10 cm以上，且接頭應干凈、平整。

在兩止水帶端部中間放置寬度為10 cm的生橡膠幫接條，在打磨止水帶端部后使用熱熔生橡膠幫接條進行連接。

2.3.2 防排水施工

修整初支面。在施工防排水之前，需進行初支面的修整，將錨桿頭和鎖腳等外露的部分割除，并將支護面補平，特別是對圍巖等級為Ⅲ的地段，應確保有10 cm以下的平整度。

安裝排水板。通過水泥釘和塑料墊圈在初支巖面中按照8~10 m間隔一道的方式釘入排水板，此外，應及時調整初期支護滲透水的位置的排水板，以確保排水板處于滲水處。

安裝土工布。以人工方式固定土工布鋪設邊，通過水泥釘和熱熔墊圈在初支巖面中釘入土工布，此時，需確保熱熔墊圈數量滿足要求。

固定排水盲管。以土工布反包的方法固定排水盲管，并將反包用排水板也一并固定。添加無砂混凝土后，即可在排水盲管中接入135°的彎頭。

焊接和固定排水板。以全自動熱熔爬焊機進行防水板焊點的施工，防水板搭接寬度為15 cm，并且還需焊接反包盲管和拱墻的排水板。固定溶墊圈和排水板，并結合現場圍巖的初支情況預留拱部的松鋪系數，一般情況下多為5%~10%，以全自動熱熔爬焊機搭接防水板。

3 溝谷地帶隧道淺埋段施工技術

背景隧道有5處淺埋段的隧頂高出地表，且都位于溝谷地帶。基于現場條件的考慮，選擇以護拱回填暗挖法施工淺埋段。該方法是指溝谷地帶淺埋段隧道施工時，先進行上臺階的開挖并施作初期支護以使其成為護拱施工模板，根據拱頂的開挖輪廓線進行鋼筋混凝土的澆筑，在確保其設計強度符合要求后，再回填拱頂及中下臺階暗洞的施工方法。

3.1 關鍵施工技術

護拱回填暗挖施工工序如圖2所示。

圖2 施工工序示意圖

工序1：開挖邊仰坡和①處土體，并施加邊坡防護③，具體包括施作鋼筋網和錨桿，噴射混凝土；

工序2：基底處理，主要有注漿加固、擴大基礎和上臺階初期支護的施工，包括鎖腳錨桿、鋼筋網和噴射混凝土；

工序3：施工護拱②，包括綁扎鋼筋、外模鋪設和混凝土澆筑，進行混凝土的養護；

工序4：回填施工，形成④部土體；

工序5：開挖中臺階和⑤處土體，施作邊墻初期支護；

工序6：開挖下臺階和⑥處土體，施加邊墻和底部仰拱的初期支護，并完全封閉初期支護；

工序7：進行二次襯砌的施工，并完全封閉。

施工時，反壓覆土以及洞身中下臺階的施工時間可進行調整。

模擬各施工工序，以探討各工序下隧道結構的變形情況。對隧道在各階段下的變形進行研究，以便于采取對應控制措施。以隧道拱頂豎向位移作為研究對象，拱頂沉降結果見表1。

表1 拱頂沉降分析

從結果上看，在工序4時有最大的沉降速率，此時有8.1 mm的分步沉降值和57.2%的沉降值百分比。拱頂沉降量在2~5階段共出現86.3%的總沉降值，在4~7工序中一直有沉降出現，但僅有較小的幅度，且累計沉降值也保持穩定。綜合上述分析可知，關鍵工序為拱頂回填施工，其次則為護拱施作和開挖中臺階。

3.2 護拱施工

3.2.1 處理護拱基底

在護拱位置施作寬150 cm和厚80 cm的擴大腳，并將尺寸為φ42×3.5 mm的鎖腳鋼管打入擴大腳位置，以每斷面2根、縱向間距0.5 m的方式進行布置。

3.2.2 安裝上臺階鋼架并進行混凝土的噴射

安裝上臺階鋼架，并在其外部位置覆蓋防水板，在噴射混凝土時，需確保混凝土厚度滿足要求。

3.2.3 護拱內模

在上臺階初期支護完工后，需以其作為護拱內模綁扎和安裝鋼架。在護拱內部設置雙層鋼架網片，環向以20 cm的間距布置φ22 mm的主筋，縱向以25 cm的間距布置φ16 mm的主筋，并在兩種鋼架的交叉處設置φ8 mm箍筋，施工時需避免鋼筋接頭面積在同個截面內超出鋼筋面積的50%。為使外模的穩定性與護拱的強度符合要求，將I20a工字鋼設置到上下鋼筋網片間，以3 m的縱向間距進行布設，環向長度基于現場環境做出調整，并在護拱基礎鎖腳鋼管處焊接牢固。

所用外模為復合式結構，內層竹膠板壁厚為1.2 mm，外層杉木板壁厚為50 mm，模板和鋼筋通過拉桿螺絲連接，以50 cm×50 cm的梅花形進行拉桿的布置。施工時要牢固連接拉桿和鋼筋，若現場允許，應盡量連接鋼架，以確保模板足夠穩固，沒有變形出現，保障混凝土外觀質量。

3.2.4 混凝土養護

外模立好后，應按要求澆筑C30混凝土，施工時應盡量減小混凝土的坍落度，坍落度控制標準為12~16 cm。為避免晝夜溫差過大導致混凝土性能受到影響，需做好混凝土的灑水養護工作，并遮蓋上地毯進行養護。

4 結語

通過上述分析，主要得出如下結論：

1）總結了明洞段施工工藝，明洞段基底、邊仰坡、襯砌和仰拱主要以仰拱端部定型鋼模進行施工，邊墻主要以定型鋼曲模進行施工，防水板施工主要為熱熔墊圈固定工藝。

2）拱頂回填施工是護拱暗挖施工方法的關鍵所在，其次為中臺階的開挖。以初期支護作為護拱內模可以使工期縮短，使生產效益有所提高。