铁路隧道软弱围岩浅埋段的施工工艺研究

刘 岩 松

(中铁十五局集团第五工程有限公司，河南 洛阳 471002)

铁路隧道软弱围岩浅埋段的施工工艺研究

刘 岩 松

(中铁十五局集团第五工程有限公司，河南 洛阳 471002)

结合铁路隧道工程的模拟建设情况，对CRD施工方法和大拱脚台阶法两种施工工艺进行了对比分析，指出大拱脚台阶法的施工效果优于CRD施工方法，并就铁路隧道软弱围岩浅埋段的施工技术要点进行了研究，以期为今后的铁路隧道建设提供参考借鉴。

铁路隧道，软弱围岩，浅埋段，施工工艺

0 引言

铁路隧道建设过程当中由于经常遇到地质情况较为复杂的路段，对于施工工程方来说需要考虑多方面的因素才能更好的完成施工作业。围岩松散且破碎，在铁路隧道的建设当中一直是一个建设难点，以下就该问题设计了建设模型，模拟软弱围岩浅埋段的施工方案，提出在该种地质条件下要运用何种技术来完成铁路隧道的建设工作，保证铁路工程的顺利竣工。首先建立一个铁路隧道模型，模拟建设情况。假设某铁路隧道工程的地点位于中国南方某地，总体长度达到3 225 m，埋深的深度达到20 m～30 m之间，并且该项铁路隧道的设计要求为设计成双向的单洞，在洞内的支护手段中采用复合式衬砌，使用超前支护、全环Ⅰ20b型钢加强围岩地段支护。敷设采用的是双块式CRSTⅠ型无砟轨枕。并且设定该段路段大部分岩石结构受到的风化影响较为严重，围岩松散破碎情况较为明显。隧道的开挖宽度设定为13.0 m，而开挖的隧道洞口段风化较为严重，在开挖后围岩容易发生收敛变形的状况，在整个工程的建设当中，地质条件整体较差。

1 CRD施工工艺分析

1.1 CRD施工方法简介

CRD施工工艺所采用的支护方法是预留核心土的方法，通过将大断面的隧道分配成为四个相对较小并且独立的洞室，然后再分别向每一个独立的洞室之中开展分部施工步骤，进而完成铁路隧道的围岩浅埋段的支护工作。

1.2 CRD施工方法注意事项

CRD施工工艺对每个小洞室展开的施工方案需要遵循小分部、短台阶、快封闭、短循环、勤测量和强支护的技术原则。要求在施工当中做到随挖随撑，并且做好初期支护工作。但需要注意的是，该项施工工艺由于在方案当中的分部较多，分散了施工力量，减少了施工空间。因此，在施工的过程当中不利于机械化作业，不但如此，由于该项施工工艺注重随挖随撑，因此在前面施工当中形成的力学平衡体系容易受到后续开挖和建设的支护影响，围岩受到多次应力的冲击，容易在工程建设的过程当中发生较大的变形量，进而影响到施工工程质量和施工效率，对于该项施工工艺的安全性能得不到较高的保障。

2 大拱脚台阶法施工工艺分析

2.1 大拱脚台阶法简介

在以上设计的铁路隧道建设当中，首先要将施工作业面分成六个不同的开挖面，并且将六个开挖面的位置进行前后交错处理同时开挖，然后对每个不同的开挖面都进行支护工作的处理，这样就能够形成有效的支护整体，让六个开挖面的支护工作成为了支撑整个施工面的有力保证，而这种施工方法就被称之为大拱脚台阶法。

2.2 大拱脚台阶法的施工工艺特点

在具体的建设运用当中，使用大拱脚台阶法能够在软弱围岩承载力不足的隧道施工情况中通过扩大上部钢架拱脚和垫板的面积，缩短和减少台阶长度的方法保证支护工作的顺利完成。而这种施工方法不仅可以在施工工程的前期就形成支护环，还能在后续的建设开挖工程当中进行及时跟进和稳定整个支护体系。后续的开挖工作对前期已经形成的支护体系影响较小，对于软弱围岩的冲击力也在可承受的范围之中。在上文所述的铁路隧道开挖过程当中，大拱脚预留的核心土台阶法总共可以分成四个部分，分别称之为上台阶、中台阶、下台阶和仰拱。并且在开挖的过程当中要注意对四个设计好的不同开挖面进行交错开挖工作，并且在开挖当中同时展开每个分部的支护工作，最终形成一个支护整体。其工艺的技术核心是利用核心土对掌子面进行施压，尤其是在拱脚处的特殊设计不但提高了钢架支护的稳定性能，并且还加强了初期的支护强度，让整个工程的受力结构都更加完善。

2.3 大拱脚台阶法的施工工艺优点

该项施工工艺在现实铁路隧道的建设当中具有相当的实际运用价值，与传统的施工工艺相比，大拱脚台阶法能够实现多个作业面的共同工作，并且在工程施工的前期还具有施工较为简单、施工耗时短、施工安全性较高的技术特点。能够促进前期施工的快速进行，并且能够运用机械化的手段来加速施工过程。不仅如此，大拱脚台阶法在施工工程的适应性上也优于其他的施工方法，在多种软弱围岩的浅埋段建设工程当中都能够使用并且较好的完成支护工作。当软硬岩出现一定的变化或者当围岩的结构较为复杂时，可以通过当前的建设实际情况来完成建设工程方案的转化。不仅能够在当前的工程建设当中加深推进纵深，最重要的好处是可以缩短施工作业的循环时间。大拱脚台阶法从发展来说，结合了三种台阶法的优点，不但减少了开挖的次数，还能够满足对围岩加强控制和支护的技术要求，将初期支护工作早封闭的时间大大减少，将施工过程当中可能出现的不安全因素进行了避免和处理，对侧墙的支护工作也能够及时完成。

2.4 大拱脚台阶法施工工艺注意项目

在实际的铁路工程建设当中使用拱脚台阶法，不但要对隧道施工进行维护控制和强化，还应当采取最大化减少对分部的开挖次数以求达到减少初期支护时间要求的措施，要求减少在施工过程当中发生不安全事故的几率。在具体施工的应用当中，还应当注意一些关键技术问题。在大拱脚台阶法应用到铁路隧道的建设施工当中，要注意施工前后工序的交替衔接工作，避免造成围岩失稳现象，减少围岩在外的暴露受到的风化影响。同时要注意控制在施工过程当中隧道垂直方向发生的变形状况，要及时的在上部钢架当中架设大拱脚，提高拱脚的承受力度总量和承载能力；并且要注意，在钢架拱脚的底部要架设上锁脚锚杆，以求保证整个钢架的稳定性能。这样的施工工艺不但可以防止在开挖的过程中造成过度的拱部下沉和变形的状况，还能够确保施工是按照整个工艺要求的设计来完成的。要注意超前锚杆的支护外插角要控制在10°～20°之间，以求保证支护工作的安全完成。并且还要在开挖的隧道周边预计留下20 cm～30 cm的缓冲地带，避免使用的机械化开挖对围岩造成过大的影响，保证软弱围岩不至于在开挖的过程当中发生坍塌现象。

3 软弱围岩浅埋段的施工工艺技术要点

3.1 施工前准备

铁路隧道的施工由于地质条件的不同往往在施工技术和难点上面也各不相同，软弱围岩隧道浅埋段的工程建设比其他的隧道施工都相对较难。因此在其他隧道施工当中容易出现的施工问题更需要格外注意，在开挖施工的过程当中要注意控制施工质量来保证施工安全有效的进行。

在开始施工前，施工单位要对施工地点进行充分的实地考察和分析，对具体的施工地点情况进行全面的了解和分析，在前期就围岩特点、周边自然环境、工程地质、浅埋层地下水深等一系列工程建设相关的地质情况进行分析，设计最佳的工程施工方案，以最科学合理的态度面对软弱围岩隧道浅埋段的工程建设工作。

3.2 施工过程中注意事项

在具体的施工过程当中，由于软弱围岩的岩体结构较为松散，因此岩体的承载力度和强度都相对较低，在开挖建设的前期就要做好超前支护防备措施，防止在开挖的过程当中发生紧急的坍塌现象而造成施工停滞甚至是施工人员伤亡的情况。需要根据铁路隧道具体的穿越长度、工程建设现场的地质条件和隧道上覆土层等具体情况进行分析来确定所需要的支护管的长度和直径数据。并且为了让支护工作和支护性能更加完善可靠，需要在注浆前就对其进行压水试验检查建设的结果，并且对所使用的机械化建筑设备进行检查，看是否达到了施工的要求，进而保证支护工作的可靠性。在开展支护工作时，需要注意初期的支护工作应当和开挖建设工作相匹配，与工程建设开始之前所设计好的施工方案吻合，并且在施工过程当中使用的建筑材料也要符合规定要求。不同的施工季节对于施工的成果也有着一定的影响，需要额外注意的是，在冬季建设施工当中需要注意喷射机当中混凝土的粉尘含量必须要控制在2 mg/m3以下，其中最低温度要求不低于5 ℃。当喷射混凝土的工作完成之后，还要对其进行一定程度的保养和维护。当初期的支护工作完成之后，要对已经完工的支护工程质量进行技术和质量鉴定，查看是否符合施工建设的要求，如果未达到相关技术要求就要进行重新加护，在达到设计要求之后才能继续进行下一个施工工序。在开挖隧道的过程当中，使用的多种开挖手段需要及时跟进支护工作。在爆破工作当中使用的爆破火药剂量和爆破方法要严格按照最初的设计方案来进行爆破工作，以求将爆破工作对周围软弱围岩的冲击力和影响力降到最低。除此之外，需要注意的是，对铁路隧道的建筑工作最好赶在冬季或者雨季之前完成洞门的开挖建筑工作，要将墙背回填工作和端墙的砌筑工作同时进行，避免因为二次衬砌工作所造成的偏压现象影响最终的工程质量。此外，为了防止在工程建设当中发生拱顶坍塌的建筑事故，因此需要在下部工程开挖之前在上部支撑拱脚的地方设置好锁脚锚杆和纵向的槽钢托梁，通过这种方法来提高对拱顶的支撑力度，还可以采取增加套拱的方法来解决沉降过大的部位，减少隧道拱顶坍塌的可能性。

4 结语

铁路隧道软弱围岩浅埋段的施工工艺的重点在于如何保证其支护作用。利用支护阻止或者对围岩变形的情况进行缓和处理，这样才能够避免在使用的过程中发生坍塌事故。上文所阐述的CRD施工方法和大拱脚台阶法两种施工工艺，从最终的施工结果的数值结果对比来看，大拱脚台阶法的变形数值小于CRD施工工艺的变形数值。并且大拱脚台阶法比CRD施工法施工效率更高、施工安全性更有保障而且在投资成本上也小于CRD施工工艺。因此，在我国的铁路工程建设当中，应该更多的将大拱脚台阶法运用在铁路隧道软弱围岩浅埋段的施工当中。并且根据当前的施工工艺现场情况及时调整整个施工方案，利用该项技术的施工工艺特点来进行完成方案修正，科学合理的安排每一个施工步骤，这样才能够全面提高软弱围岩施工的工程质量，保证铁路工程建设的顺利完工。

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Study on construction technology of railway tunnel at soft surrounding rock shallow-buried section

Liu Yansong

(ChinaRailway15thBureauGroup5thEngineeringCo.,Ltd,Luoyang471002,China)

Combining with railway tunnel engineering simulating construction conditions, the paper compares and analyzes two construction technologies of CRD construction method and large-arch-foot benching method, and points out that: the construction effect of large-arch-foot benching method is superior to that of CRD construction method, and studies construction technology points of railway tunnel at soft surrounding rock shallow-buried section, with a view to provide some guidance for railway tunnel construction in future.

railway tunnel, soft surrounding rock, shallow-buried section, construction technology

1009-6825(2015)32-0151-02

2015-09-09

刘岩松(1983- )，男，工程师

U455

A