鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝研究

劉 巖 松

(中鐵十五局集團第五工程有限公司，河南 洛陽 471002)

鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝研究

劉 巖 松

(中鐵十五局集團第五工程有限公司，河南 洛陽 471002)

結合鐵路隧道工程的模擬建設情況，對CRD施工方法和大拱腳臺階法兩種施工工藝進行了對比分析，指出大拱腳臺階法的施工效果優于CRD施工方法，并就鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工技術要點進行了研究，以期為今后的鐵路隧道建設提供參考借鑒。

鐵路隧道，軟弱圍巖，淺埋段，施工工藝

0 引言

鐵路隧道建設過程當中由于經常遇到地質情況較為復雜的路段，對于施工工程方來說需要考慮多方面的因素才能更好的完成施工作業。圍巖松散且破碎，在鐵路隧道的建設當中一直是一個建設難點，以下就該問題設計了建設模型，模擬軟弱圍巖淺埋段的施工方案，提出在該種地質條件下要運用何種技術來完成鐵路隧道的建設工作，保證鐵路工程的順利竣工。首先建立一個鐵路隧道模型，模擬建設情況。假設某鐵路隧道工程的地點位于中國南方某地，總體長度達到3 225 m，埋深的深度達到20 m～30 m之間，并且該項鐵路隧道的設計要求為設計成雙向的單洞，在洞內的支護手段中采用復合式襯砌，使用超前支護、全環Ⅰ20b型鋼加強圍巖地段支護。敷設采用的是雙塊式CRSTⅠ型無砟軌枕。并且設定該段路段大部分巖石結構受到的風化影響較為嚴重，圍巖松散破碎情況較為明顯。隧道的開挖寬度設定為13.0 m，而開挖的隧道洞口段風化較為嚴重，在開挖后圍巖容易發生收斂變形的狀況，在整個工程的建設當中，地質條件整體較差。

1 CRD施工工藝分析

1.1 CRD施工方法簡介

CRD施工工藝所采用的支護方法是預留核心土的方法，通過將大斷面的隧道分配成為四個相對較小并且獨立的洞室，然后再分別向每一個獨立的洞室之中開展分部施工步驟，進而完成鐵路隧道的圍巖淺埋段的支護工作。

1.2 CRD施工方法注意事項

CRD施工工藝對每個小洞室展開的施工方案需要遵循小分部、短臺階、快封閉、短循環、勤測量和強支護的技術原則。要求在施工當中做到隨挖隨撐，并且做好初期支護工作。但需要注意的是，該項施工工藝由于在方案當中的分部較多，分散了施工力量，減少了施工空間。因此，在施工的過程當中不利于機械化作業，不但如此，由于該項施工工藝注重隨挖隨撐，因此在前面施工當中形成的力學平衡體系容易受到后續開挖和建設的支護影響，圍巖受到多次應力的沖擊，容易在工程建設的過程當中發生較大的變形量，進而影響到施工工程質量和施工效率，對于該項施工工藝的安全性能得不到較高的保障。

2 大拱腳臺階法施工工藝分析

2.1 大拱腳臺階法簡介

在以上設計的鐵路隧道建設當中，首先要將施工作業面分成六個不同的開挖面，并且將六個開挖面的位置進行前后交錯處理同時開挖，然后對每個不同的開挖面都進行支護工作的處理，這樣就能夠形成有效的支護整體，讓六個開挖面的支護工作成為了支撐整個施工面的有力保證，而這種施工方法就被稱之為大拱腳臺階法。

2.2 大拱腳臺階法的施工工藝特點

在具體的建設運用當中，使用大拱腳臺階法能夠在軟弱圍巖承載力不足的隧道施工情況中通過擴大上部鋼架拱腳和墊板的面積，縮短和減少臺階長度的方法保證支護工作的順利完成。而這種施工方法不僅可以在施工工程的前期就形成支護環，還能在后續的建設開挖工程當中進行及時跟進和穩定整個支護體系。后續的開挖工作對前期已經形成的支護體系影響較小，對于軟弱圍巖的沖擊力也在可承受的范圍之中。在上文所述的鐵路隧道開挖過程當中，大拱腳預留的核心土臺階法總共可以分成四個部分，分別稱之為上臺階、中臺階、下臺階和仰拱。并且在開挖的過程當中要注意對四個設計好的不同開挖面進行交錯開挖工作，并且在開挖當中同時展開每個分部的支護工作，最終形成一個支護整體。其工藝的技術核心是利用核心土對掌子面進行施壓，尤其是在拱腳處的特殊設計不但提高了鋼架支護的穩定性能，并且還加強了初期的支護強度，讓整個工程的受力結構都更加完善。

2.3 大拱腳臺階法的施工工藝優點

該項施工工藝在現實鐵路隧道的建設當中具有相當的實際運用價值，與傳統的施工工藝相比，大拱腳臺階法能夠實現多個作業面的共同工作，并且在工程施工的前期還具有施工較為簡單、施工耗時短、施工安全性較高的技術特點。能夠促進前期施工的快速進行，并且能夠運用機械化的手段來加速施工過程。不僅如此，大拱腳臺階法在施工工程的適應性上也優于其他的施工方法，在多種軟弱圍巖的淺埋段建設工程當中都能夠使用并且較好的完成支護工作。當軟硬巖出現一定的變化或者當圍巖的結構較為復雜時，可以通過當前的建設實際情況來完成建設工程方案的轉化。不僅能夠在當前的工程建設當中加深推進縱深，最重要的好處是可以縮短施工作業的循環時間。大拱腳臺階法從發展來說，結合了三種臺階法的優點，不但減少了開挖的次數，還能夠滿足對圍巖加強控制和支護的技術要求，將初期支護工作早封閉的時間大大減少，將施工過程當中可能出現的不安全因素進行了避免和處理，對側墻的支護工作也能夠及時完成。

2.4 大拱腳臺階法施工工藝注意項目

在實際的鐵路工程建設當中使用拱腳臺階法，不但要對隧道施工進行維護控制和強化，還應當采取最大化減少對分部的開挖次數以求達到減少初期支護時間要求的措施，要求減少在施工過程當中發生不安全事故的幾率。在具體施工的應用當中，還應當注意一些關鍵技術問題。在大拱腳臺階法應用到鐵路隧道的建設施工當中，要注意施工前后工序的交替銜接工作，避免造成圍巖失穩現象，減少圍巖在外的暴露受到的風化影響。同時要注意控制在施工過程當中隧道垂直方向發生的變形狀況，要及時的在上部鋼架當中架設大拱腳，提高拱腳的承受力度總量和承載能力；并且要注意，在鋼架拱腳的底部要架設上鎖腳錨桿，以求保證整個鋼架的穩定性能。這樣的施工工藝不但可以防止在開挖的過程中造成過度的拱部下沉和變形的狀況，還能夠確保施工是按照整個工藝要求的設計來完成的。要注意超前錨桿的支護外插角要控制在10°～20°之間，以求保證支護工作的安全完成。并且還要在開挖的隧道周邊預計留下20 cm～30 cm的緩沖地帶，避免使用的機械化開挖對圍巖造成過大的影響，保證軟弱圍巖不至于在開挖的過程當中發生坍塌現象。

3 軟弱圍巖淺埋段的施工工藝技術要點

3.1 施工前準備

鐵路隧道的施工由于地質條件的不同往往在施工技術和難點上面也各不相同，軟弱圍巖隧道淺埋段的工程建設比其他的隧道施工都相對較難。因此在其他隧道施工當中容易出現的施工問題更需要格外注意，在開挖施工的過程當中要注意控制施工質量來保證施工安全有效的進行。

在開始施工前，施工單位要對施工地點進行充分的實地考察和分析，對具體的施工地點情況進行全面的了解和分析，在前期就圍巖特點、周邊自然環境、工程地質、淺埋層地下水深等一系列工程建設相關的地質情況進行分析，設計最佳的工程施工方案，以最科學合理的態度面對軟弱圍巖隧道淺埋段的工程建設工作。

3.2 施工過程中注意事項

在具體的施工過程當中，由于軟弱圍巖的巖體結構較為松散，因此巖體的承載力度和強度都相對較低，在開挖建設的前期就要做好超前支護防備措施，防止在開挖的過程當中發生緊急的坍塌現象而造成施工停滯甚至是施工人員傷亡的情況。需要根據鐵路隧道具體的穿越長度、工程建設現場的地質條件和隧道上覆土層等具體情況進行分析來確定所需要的支護管的長度和直徑數據。并且為了讓支護工作和支護性能更加完善可靠，需要在注漿前就對其進行壓水試驗檢查建設的結果，并且對所使用的機械化建筑設備進行檢查，看是否達到了施工的要求，進而保證支護工作的可靠性。在開展支護工作時，需要注意初期的支護工作應當和開挖建設工作相匹配，與工程建設開始之前所設計好的施工方案吻合，并且在施工過程當中使用的建筑材料也要符合規定要求。不同的施工季節對于施工的成果也有著一定的影響，需要額外注意的是，在冬季建設施工當中需要注意噴射機當中混凝土的粉塵含量必須要控制在2 mg/m3以下，其中最低溫度要求不低于5 ℃。當噴射混凝土的工作完成之后，還要對其進行一定程度的保養和維護。當初期的支護工作完成之后，要對已經完工的支護工程質量進行技術和質量鑒定，查看是否符合施工建設的要求，如果未達到相關技術要求就要進行重新加護，在達到設計要求之后才能繼續進行下一個施工工序。在開挖隧道的過程當中，使用的多種開挖手段需要及時跟進支護工作。在爆破工作當中使用的爆破火藥劑量和爆破方法要嚴格按照最初的設計方案來進行爆破工作，以求將爆破工作對周圍軟弱圍巖的沖擊力和影響力降到最低。除此之外，需要注意的是，對鐵路隧道的建筑工作最好趕在冬季或者雨季之前完成洞門的開挖建筑工作，要將墻背回填工作和端墻的砌筑工作同時進行，避免因為二次襯砌工作所造成的偏壓現象影響最終的工程質量。此外，為了防止在工程建設當中發生拱頂坍塌的建筑事故，因此需要在下部工程開挖之前在上部支撐拱腳的地方設置好鎖腳錨桿和縱向的槽鋼托梁，通過這種方法來提高對拱頂的支撐力度，還可以采取增加套拱的方法來解決沉降過大的部位，減少隧道拱頂坍塌的可能性。

4 結語

鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝的重點在于如何保證其支護作用。利用支護阻止或者對圍巖變形的情況進行緩和處理，這樣才能夠避免在使用的過程中發生坍塌事故。上文所闡述的CRD施工方法和大拱腳臺階法兩種施工工藝，從最終的施工結果的數值結果對比來看，大拱腳臺階法的變形數值小于CRD施工工藝的變形數值。并且大拱腳臺階法比CRD施工法施工效率更高、施工安全性更有保障而且在投資成本上也小于CRD施工工藝。因此，在我國的鐵路工程建設當中，應該更多的將大拱腳臺階法運用在鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工當中。并且根據當前的施工工藝現場情況及時調整整個施工方案，利用該項技術的施工工藝特點來進行完成方案修正，科學合理的安排每一個施工步驟，這樣才能夠全面提高軟弱圍巖施工的工程質量，保證鐵路工程建設的順利完工。

[1] 譚崳華.鐵路隧道軟弱圍巖淺埋段的施工工藝分析[J].黑龍江交通科技,2014(11):135-136.

[2] 蘇肖康.基于鐵路隧道軟弱圍巖隧道淺埋段的施工工藝研究[J].科技創新導報,2014(30):23.

[3] 黃興華.軟弱圍巖條件下的淺埋隧道施工研究[D].長沙：湖南大學,2009:353-356.

[4] 史勝利.軟基淺埋隧道施工技術研究[D].長沙：中南大學,2007.

[5] 申靈君.軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術研究[D].長沙：中南大學,2012:78-87.

[6] 李文劍.淺埋偏壓軟弱圍巖隧道穩定性研究[D].大連：大連交通大學,2012:34-46.

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

劉巖松(1983- )，男，工程師

U455

A