鐵路隧道施工技術及控制要點分析

王豐景

摘要：本文主要分析鐵路隧道施工技術及控制要點，以新鄉隧道工程為例，首先介紹項目概況，然后圍繞隧道工程施工方法及工藝，深入探討隧道工程的施工要點，包括洞口段施工、洞身開挖、隧道襯砌成套施工等，旨在為類似工程項目提供借鑒。

關鍵詞：鐵路隧道；施工；控制

鐵路隧道是拓展鐵路網絡的重要基礎設施，通常存在施工條件差、環境復雜等現象，還伴有工作任務量重、工期緊等特點，給鐵路隧道工程的質量建設帶來了一定困難。因此，為了促使工程項目順利竣工，施工單位要加強相關施工技術、方法的研究，并掌握要點，加快工程項目的建設進度，降低問題發生的概率，提高鐵路隧道的經濟效益與社會效益。

一、工程概述

新鄉隧道工程位于黑河市愛輝區錦河農場境內，隧道線路由既有北黑線東側山坡進入，出口位于錦河農場南側山前緩坡。整個隧道洞身及進出口均為林地山頂及高陡山坡地帶，僅有人行山道相通，且多已荒廢棄。初步勘察結果表明，隧道周邊條件較差，工程存在時間緊、任務重的特點。因此，在施工過程中，應加強對地質情況的了解，提出合理的施工計劃，并在施工中加強對施工技術的控制，以此順利建設該段隧道。

二、隧道工程施工方案

（一）隧道施工工序

洞口段：截水天溝施工→洞口錨固樁施工（進口）→邊仰坡開挖及防護→導向墻施作→管棚施工及注漿→暗洞施工→洞門、明洞分段施工→洞口及明洞回填→洞口及明洞永久邊仰坡防護。

洞身段：地質預報→超前支護→鉆爆開挖→初期支護→防排水→二次襯砌混凝土→隧道附屬工程施工→道砟施工→軌道施工。

（二）主要施工方案

根據隧道工程特點，采用淺埋暗挖法或軟弱圍巖隧道施工技術方法，施工中遵循“短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則。

對于明洞、洞口斜切、洞門段的施工采用明挖法，設置明洞襯砌；其余區域的施工建設均采用暗挖施工方法，設置復合式襯砌。暗挖采用錨噴構筑法施工，光面爆破及濕噴技術，二襯臺車拱墻襯砌一次灌注，仰拱先期施作并整體灌注。

隧道施工階段由機械設備為主要作業元件，包括建設多功能作業臺架，使用挖掘機、裝載機、噴漿設備、注漿設備、大型出碴運輸等。對于一些機械設備難以抵達的區域，采用人工作業方式。

三、隧道工程施工方法及工藝

（一）洞口段施工

1.洞口土石方開挖

先進行洞口施工區域的測量放樣作業，用白灰將邊界標示。待確認施工邊界后，沿著洞口邊仰坡從上到下逐步開挖。挖掘施工過程中，針對土方、強風化巖等，結合PC200反鏟挖掘機進行挖裝，并通過人工的方式清理邊角；局部區域不能由機械設備完成開挖時，由人工方式完成開挖作業；對于較大的石方采用弱爆破措施。在土石方開挖后，及時將土、碎石運輸到施工場地以外，將有關碴土堆放在指定區域。考慮到洞口處的出入便利，在洞口處按照地形設置施工平臺。

2.洞口爆破施工

本次隧道的施工建設時，臨近北方80m處有一條經常通過列車的鐵軌。由于洞口施工需要爆破，這種爆破可能會對既有鐵路造成安全影響。為了避免造成安全風險問題，需要控制洞口爆破施工，使地表安全允許質點振動速度不大于5cm/s，爆破振動監測頰次及要求應滿足I類要求；其他工程段的施工滿足《鐵路工程爆破振動安全技術規程》（TB10313－2019）相關規定。

同時，為降低爆破施工造成鄰近電力基礎設施和對國道的影響，需要劃分爆破段，分層、分次爆破，包括合理安排爆破時間、爆破專職人員等，并加強與相關單位的協作，爆破前做好宣傳、警示等工作，防止出現意外事件。

3.坡面防護

為了促進隧道的順利施工，預防出現施工質量問題，需要對隧道進出口區域的坡面進行防護。對邊坡、仰坡區域進行噴射混凝土，實現坡面的加固處理。在噴射混凝土前，先用高壓風清理坡面，盡量減少雜物的堆放。待基礎面用強風沖洗后，在巖面上鉆孔，促使鉆孔數量、深度符合設計要求，鉆孔完成后再次使用高壓風清理。

為避免坡面防護施工造成進出口結構的問題，對進出口施工位置添加了臨時防護設施。為防護錨桿，采用Φ22砂漿錨桿，長3m，間距為1.2m×1.2m，以梅花形式布置。待基礎面處理以及進出口位置防護工作完成后，噴射混凝土，采用C25號混凝土，厚度控制在10cm，形成一張混凝土防護網。混凝土噴射時，采用濕噴技術方法，分段、分層、由上到下進行噴射。

（二）洞身開挖施工

洞身開挖作業時，為了預防坍塌采用超前支護措施，即根據隧道圍巖、地質等情況，用Φ108鋼管建設管棚、結合φ42小導管、地表袖閥管注漿，形成對隧道整體的超前支護。

待隧道洞身超前支護完成后，進行洞身的開挖作業，主要結合光面爆破技術的應用。明洞區域結合明挖法施工，Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用臺階法。具體根據各類圍巖實際情況，選擇對應的開挖作業方案。

1.超前支護

支護施工主要包括鋼筋網、鋼架、錨桿、噴混凝土等工藝步驟。支護施工時，緊跟開挖面進行建設，以此減少圍巖的暴露時間，預防圍巖變形，防止圍巖在短期內松弛剝落。在安裝鋼架、建設鋼筋網時，由人工配合機械設備進行作業，加快施工進度，減少施工問題的發生。進行噴射混凝土的施工作業時，采用濕噴法作業，可以達到良好的施工效果。隧道支護施工工藝流程如圖1所示。

隧道超前支護施工中，需要建設可靠的預測系統，有效預測突發的溢水、塌方等地質災害，及時掌握工程建設單位的隧道施工建設情況。地質超前預報實質上監測圍巖變化情況，在施工中建立地質超前預報和超前探孔的綜合超前地質預報系統，采用TSP203地質超前預報儀、HY303紅外探水儀、HSP水平地質鉆機等儀器、設備，準確預報前方地質情況，為施工提供可靠的技術參數。地質超前系統建設時，還涉及地質素描、彈射波反射法、地質雷達、超前鉆探、加深炮孔等技術方法，隧道超前預測工藝原理如圖2所示。

2.洞身鉆爆施工

洞身施工作業時，主要結合鉆爆方式，邊開挖邊進行爆破，以光面爆破為主，盡量減少超挖，避免欠挖，最大程度上減少對周圍巖體的擾動，確保隧道安全。洞身鉆爆施工階段，地質情況對爆破效果具有絕對影響，要充分勘察地質狀況，在掌握地質實際情況后，確定爆破參數，不斷優化爆破方案，并將負面影響降到最低。例如，在有水地段使用φ20的光爆專用藥卷，藥卷布置時采用掏槽布置方式，以直眼布置為主，在單位炸藥量確定時，以滿足較高的炮眼利用率，降低大塊率、便于機械設備裝碴為原則。起爆時間間隔差控制在50～75ms之間，采用非電導爆管起爆。

光面爆破參數設計，光面爆破不耦合系數：

式中：D—不耦合系數；dk—炮眼直徑cm；di—炸藥直徑cm；α—爆生氣體分子余容系數；ρ0—爆生氣體的初始壓力，Pa；[σc]—巖石的三軸抗壓強度，Pa；r—絕熱指數；光面爆破周邊眼間距：E=54.2976Kpdi。

式中：Kp—巖石抗破壞屈服系數如表1所示。

di—炸藥直徑cm；

最小抵抗線：光面爆破炮眼間距與最小抵抗線之比取0.8左右，即E/W=0.8。

W=1.25E

式中：E—炮眼間距，cm；W—最小抵抗線，cm。

光面爆破炮眼裝填系數：

式中：β—光面爆破炮眼裝填系數；[τ]—巖石抗剪強度，Pa；[σe]—巖石抗拉強度，Pa；L—炮眼深度，cm。其他代號同前。

光面爆破參數選擇以表2為標準。

3.臺階法施工

結合隧道工程實際情況，隧道洞身內部有IV，V級圍巖，該類圍巖屬于深埋圍巖，質地堅硬，對于這類圍巖的施工采用臺階法進行施工作業。

施工工序如圖3所示， 超前預報及支護→弱爆破開挖①臺階→施做①部初期支護→架立鋼架，并設鎖腳錨桿→開挖②臺階，周邊噴射4cm厚混凝土，鋪設鋼筋網，接長鋼架并設鎖腳錨桿→開挖仰拱，施作倆側初期支護；開挖深埋中心水溝→施作深埋中心水溝支護；→施作混凝土支座→布設深埋中心排水管；→按設計要求回填陶粒混凝土→仰拱初期支護→仰拱二次襯砌→仰拱填充→拱墻二次襯砌。

（三）出碴及進料運輸

洞身施工建設時，要及時出碴，并根據需求及時進料。為了滿足實際需求，提出了無軌運輸方案。出碴工序中，采用挖掘機配合裝載機裝碴，用大噸位自卸汽車將碎石、碴土運出；根據隧道實際施工建設情況，由無軌車輛將必要的原料運輸到指定區域。在此過程中，考慮到安全風險存在，提出了安全管理措施。首先，限制無軌運輸車輛速度，無軌車輛在執行運輸任務時，最大速度不允許超過10km/h；在空載情況下，運輸速度不應超過20km/h。其次，由于需要連續出碴作業，為保障運輸人力充足，運輸車輛的維修人員和養護人員均滿足隧道工程持續施工建設需求。再次，為了確保出碴及進料過程的順利，安排專業人士養護運輸道路，及時清除運輸道路中的障礙物。最后，加強對司機、運維人員的安全教育工作，以防出現安全事故。

（四）隧道襯砌成套施工

為進一步確保隧道工程的安全、穩固，隧道開挖階段還對隧道結構進行了襯砌施工。采用成套施工工藝，加快施工進度，確保襯砌施工質量。正洞采用復合式襯砌、二次襯砌采用C40鋼筋混凝土。襯砌與掌子面安全距離如表3所示。

四、隧道工程建設后的使用效果分析

隧道工程建設完成后及時投入到養護監控階段，加強對隧道各項參數的監控，并及時評估相關數據，確保隧道工程在切實安全的情況下投入實際使用。在初步監測過程中，包括對隧道沉降情況、結構穩定等情況的監測。通過一段時間的監測、測定，結果表明，數據未超出標準，因而隧道工程可以投入使用。

通過對隧道進行數字化建設，包括建立電子化的監控設施、養護管理系統等，可從總體上了解隧道運行情況，便于運維人員更好的管理與養護隧道，促進我國鐵路事業的良好發展。

五、結語

綜上所述，鐵路隧道的順利建設有利于促進我國交通事業的發展，更能便于出行、帶動地區經濟快速發展。但結合隧道工程的施工建設情況，目前還存在一定復雜性，基于此，隧道工程建設單位要重要研究隧道工程施工技術及控制要點，加快隧道工程的建設進度，促進社會的可持續發展。

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