铁路隧道施工技术及控制要点分析

王丰景

摘要：本文主要分析铁路隧道施工技术及控制要点，以新乡隧道工程为例，首先介绍项目概况，然后围绕隧道工程施工方法及工艺，深入探讨隧道工程的施工要点，包括洞口段施工、洞身开挖、隧道衬砌成套施工等，旨在为类似工程项目提供借鉴。

关键词：铁路隧道；施工；控制

铁路隧道是拓展铁路网络的重要基础设施，通常存在施工条件差、环境复杂等现象，还伴有工作任务量重、工期紧等特点，给铁路隧道工程的质量建设带来了一定困难。因此，为了促使工程项目顺利竣工，施工单位要加强相关施工技术、方法的研究，并掌握要点，加快工程项目的建设进度，降低问题发生的概率，提高铁路隧道的经济效益与社会效益。

一、工程概述

新乡隧道工程位于黑河市爱辉区锦河农场境内，隧道线路由既有北黑线东侧山坡进入，出口位于锦河农场南侧山前缓坡。整个隧道洞身及进出口均为林地山顶及高陡山坡地带，仅有人行山道相通，且多已荒废弃。初步勘察结果表明，隧道周边条件较差，工程存在时间紧、任务重的特点。因此，在施工过程中，应加强对地质情况的了解，提出合理的施工计划，并在施工中加强对施工技术的控制，以此顺利建设该段隧道。

二、隧道工程施工方案

（一）隧道施工工序

洞口段：截水天沟施工→洞口锚固桩施工（进口）→边仰坡开挖及防护→导向墙施作→管棚施工及注浆→暗洞施工→洞门、明洞分段施工→洞口及明洞回填→洞口及明洞永久边仰坡防护。

洞身段：地质预报→超前支护→钻爆开挖→初期支护→防排水→二次衬砌混凝土→隧道附属工程施工→道砟施工→轨道施工。

（二）主要施工方案

根据隧道工程特点，采用浅埋暗挖法或软弱围岩隧道施工技术方法，施工中遵循“短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则。

对于明洞、洞口斜切、洞门段的施工采用明挖法，设置明洞衬砌；其余区域的施工建设均采用暗挖施工方法，设置复合式衬砌。暗挖采用锚喷构筑法施工，光面爆破及湿喷技术，二衬台车拱墙衬砌一次灌注，仰拱先期施作并整体灌注。

隧道施工阶段由机械设备为主要作业元件，包括建设多功能作业台架，使用挖掘机、装载机、喷浆设备、注浆设备、大型出碴运输等。对于一些机械设备难以抵达的区域，采用人工作业方式。

三、隧道工程施工方法及工艺

（一）洞口段施工

1.洞口土石方开挖

先进行洞口施工区域的测量放样作业，用白灰将边界标示。待确认施工边界后，沿着洞口边仰坡从上到下逐步开挖。挖掘施工过程中，针对土方、强风化岩等，结合PC200反铲挖掘机进行挖装，并通过人工的方式清理边角；局部区域不能由机械设备完成开挖时，由人工方式完成开挖作业；对于较大的石方采用弱爆破措施。在土石方开挖后，及时将土、碎石运输到施工场地以外，将有关碴土堆放在指定区域。考虑到洞口处的出入便利，在洞口处按照地形设置施工平台。

2.洞口爆破施工

本次隧道的施工建设时，临近北方80m处有一条经常通过列车的铁轨。由于洞口施工需要爆破，这种爆破可能会对既有铁路造成安全影响。为了避免造成安全风险问题，需要控制洞口爆破施工，使地表安全允许质点振动速度不大于5cm/s，爆破振动监测颊次及要求应满足I类要求；其他工程段的施工满足《铁路工程爆破振动安全技术规程》（TB10313－2019）相关规定。

同时，为降低爆破施工造成邻近电力基础设施和对国道的影响，需要划分爆破段，分层、分次爆破，包括合理安排爆破时间、爆破专职人员等，并加强与相关单位的协作，爆破前做好宣传、警示等工作，防止出现意外事件。

3.坡面防护

为了促进隧道的顺利施工，预防出现施工质量问题，需要对隧道进出口区域的坡面进行防护。对边坡、仰坡区域进行喷射混凝土，实现坡面的加固处理。在喷射混凝土前，先用高压风清理坡面，尽量减少杂物的堆放。待基础面用强风冲洗后，在岩面上钻孔，促使钻孔数量、深度符合设计要求，钻孔完成后再次使用高压风清理。

为避免坡面防护施工造成进出口结构的问题，对进出口施工位置添加了临时防护设施。为防护锚杆，采用Φ22砂浆锚杆，长3m，间距为1.2m×1.2m，以梅花形式布置。待基础面处理以及进出口位置防护工作完成后，喷射混凝土，采用C25号混凝土，厚度控制在10cm，形成一张混凝土防护网。混凝土喷射时，采用湿喷技术方法，分段、分层、由上到下进行喷射。

（二）洞身开挖施工

洞身开挖作业时，为了预防坍塌采用超前支护措施，即根据隧道围岩、地质等情况，用Φ108钢管建设管棚、结合φ42小导管、地表袖阀管注浆，形成对隧道整体的超前支护。

待隧道洞身超前支护完成后，进行洞身的开挖作业，主要结合光面爆破技术的应用。明洞区域结合明挖法施工，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法。具体根据各类围岩实际情况，选择对应的开挖作业方案。

1.超前支护

支护施工主要包括钢筋网、钢架、锚杆、喷混凝土等工艺步骤。支护施工时，紧跟开挖面进行建设，以此减少围岩的暴露时间，预防围岩变形，防止围岩在短期内松弛剥落。在安装钢架、建设钢筋网时，由人工配合机械设备进行作业，加快施工进度，减少施工问题的发生。进行喷射混凝土的施工作业时，采用湿喷法作业，可以达到良好的施工效果。隧道支护施工工艺流程如图1所示。

隧道超前支护施工中，需要建设可靠的预测系统，有效预测突发的溢水、塌方等地质灾害，及时掌握工程建设单位的隧道施工建设情况。地质超前预报实质上监测围岩变化情况，在施工中建立地质超前预报和超前探孔的综合超前地质预报系统，采用TSP203地质超前预报仪、HY303红外探水仪、HSP水平地质钻机等仪器、设备，准确预报前方地质情况，为施工提供可靠的技术参数。地质超前系统建设时，还涉及地质素描、弹射波反射法、地质雷达、超前钻探、加深炮孔等技术方法，隧道超前预测工艺原理如图2所示。

2.洞身钻爆施工

洞身施工作业时，主要结合钻爆方式，边开挖边进行爆破，以光面爆破为主，尽量减少超挖，避免欠挖，最大程度上减少对周围岩体的扰动，确保隧道安全。洞身钻爆施工阶段，地质情况对爆破效果具有绝对影响，要充分勘察地质状况，在掌握地质实际情况后，确定爆破参数，不断优化爆破方案，并将负面影响降到最低。例如，在有水地段使用φ20的光爆专用药卷，药卷布置时采用掏槽布置方式，以直眼布置为主，在单位炸药量确定时，以满足较高的炮眼利用率，降低大块率、便于机械设备装碴为原则。起爆时间间隔差控制在50～75ms之间，采用非电导爆管起爆。

光面爆破参数设计，光面爆破不耦合系数：

式中：D—不耦合系数；dk—炮眼直径cm；di—炸药直径cm；α—爆生气体分子余容系数；ρ0—爆生气体的初始压力，Pa；[σc]—岩石的三轴抗压强度，Pa；r—绝热指数；光面爆破周边眼间距：E=54.2976Kpdi。

式中：Kp—岩石抗破坏屈服系数如表1所示。

di—炸药直径cm；

最小抵抗线：光面爆破炮眼间距与最小抵抗线之比取0.8左右，即E/W=0.8。

W=1.25E

式中：E—炮眼间距，cm；W—最小抵抗线，cm。

光面爆破炮眼装填系数：

式中：β—光面爆破炮眼装填系数；[τ]—岩石抗剪强度，Pa；[σe]—岩石抗拉强度，Pa；L—炮眼深度，cm。其他代号同前。

光面爆破参数选择以表2为标准。

3.台阶法施工

结合隧道工程实际情况，隧道洞身内部有IV，V级围岩，该类围岩属于深埋围岩，质地坚硬，对于这类围岩的施工采用台阶法进行施工作业。

施工工序如图3所示， 超前预报及支护→弱爆破开挖①台阶→施做①部初期支护→架立钢架，并设锁脚锚杆→开挖②台阶，周边喷射4cm厚混凝土，铺设钢筋网，接长钢架并设锁脚锚杆→开挖仰拱，施作俩侧初期支护；开挖深埋中心水沟→施作深埋中心水沟支护；→施作混凝土支座→布设深埋中心排水管；→按设计要求回填陶粒混凝土→仰拱初期支护→仰拱二次衬砌→仰拱填充→拱墙二次衬砌。

（三）出碴及进料运输

洞身施工建设时，要及时出碴，并根据需求及时进料。为了满足实际需求，提出了无轨运输方案。出碴工序中，采用挖掘机配合装载机装碴，用大吨位自卸汽车将碎石、碴土运出；根据隧道实际施工建设情况，由无轨车辆将必要的原料运输到指定区域。在此过程中，考虑到安全风险存在，提出了安全管理措施。首先，限制无轨运输车辆速度，无轨车辆在执行运输任务时，最大速度不允许超过10km/h；在空载情况下，运输速度不应超过20km/h。其次，由于需要连续出碴作业，为保障运输人力充足，运输车辆的维修人员和养护人员均满足隧道工程持续施工建设需求。再次，为了确保出碴及进料过程的顺利，安排专业人士养护运输道路，及时清除运输道路中的障碍物。最后，加强对司机、运维人员的安全教育工作，以防出现安全事故。

（四）隧道衬砌成套施工

为进一步确保隧道工程的安全、稳固，隧道开挖阶段还对隧道结构进行了衬砌施工。采用成套施工工艺，加快施工进度，确保衬砌施工质量。正洞采用复合式衬砌、二次衬砌采用C40钢筋混凝土。衬砌与掌子面安全距离如表3所示。

四、隧道工程建设后的使用效果分析

隧道工程建设完成后及时投入到养护监控阶段，加强对隧道各项参数的监控，并及时评估相关数据，确保隧道工程在切实安全的情况下投入实际使用。在初步监测过程中，包括对隧道沉降情况、结构稳定等情况的监测。通过一段时间的监测、测定，结果表明，数据未超出标准，因而隧道工程可以投入使用。

通过对隧道进行数字化建设，包括建立电子化的监控设施、养护管理系统等，可从总体上了解隧道运行情况，便于运维人员更好的管理与养护隧道，促进我国铁路事业的良好发展。

五、结语

综上所述，铁路隧道的顺利建设有利于促进我国交通事业的发展，更能便于出行、带动地区经济快速发展。但结合隧道工程的施工建设情况，目前还存在一定复杂性，基于此，隧道工程建设单位要重要研究隧道工程施工技术及控制要点，加快隧道工程的建设进度，促进社会的可持续发展。

参考文献：

[1]杨全忠.铁路隧道工程中防水施工技术及质量控制措施[J].黑龙江科学，2021，12（04）：108-109.

[2]周信.铁路隧道施工技术及质量控制要点研究[J].砖瓦，2021（07）：199-200.

[3]王敏强.单线铁路长隧道穿越溶洞施工技术[J].建筑技术开发，2022，49（17）：37-40.

[4]万平.铁路隧道施工技术及质量控制要点探讨[J].门窗，2021（21）：71-72+152.

[5]黄斌.上跨临近既有铁路隧道爆破振动控制响应效应研究[J].福建建筑，2022（07）：89-95.

[6]康旭鹏.铁路隧道工程施工中防水施工技术与质量控制[J].华东科技：综合，2020（03）：1.