鐵路隧道施工中存在的技術(shù)問(wèn)題及解決策略研究

摘要：鐵路隧道的施工技術(shù)一直是鐵路施工的重中之重，對(duì)施工效率和施工質(zhì)量有比較大的影響。雖然在隧道施工方面已經(jīng)有了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，但是在施工管理水平和安全水平方面還需要進(jìn)一步完善。基于此，文章對(duì)鐵路隧道施工中的技術(shù)問(wèn)題和策略進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道施工；技術(shù)問(wèn)題；解決策略；施工效率；施工質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U231 文章編號(hào)：1009-2374（2016）27-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.048

鐵路工程在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，隧道工程所占的比例越來(lái)越大。雖然在隧道施工方面已經(jīng)有了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，但是在施工管理水平和安全水平方面還需要進(jìn)一步完善。我國(guó)目前主要使用鉆爆法進(jìn)行施工，所有的配套技術(shù)和信息化技術(shù)也是圍繞此技術(shù)來(lái)開(kāi)展的。

1 隧道施工的基本現(xiàn)狀

鐵路作為我國(guó)主要的交通運(yùn)輸方式，具有運(yùn)輸速度快、貨運(yùn)量大、運(yùn)輸路線長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由于我國(guó)地域廣袤，地貌形式多樣，在修建鐵路時(shí)，受河谷、高山等自然因素的影響比較大。為了節(jié)約運(yùn)輸成本、縮短運(yùn)輸距離，對(duì)于一些特殊的地貌環(huán)境就需要打通一個(gè)隧道。在隧道施工時(shí)，受技術(shù)和環(huán)境的影響比較大，如果施工技術(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，輕則導(dǎo)致工程進(jìn)度減慢、機(jī)械設(shè)備損壞等事故，重則導(dǎo)致隧道坍塌，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)施工人員的人身健康造成了威脅。

2 鐵路隧道施工需要解決的技術(shù)問(wèn)題

2.1 爆破精細(xì)控制技術(shù)存在的問(wèn)題

在隧道施工中，隧道開(kāi)挖是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。在開(kāi)挖的過(guò)程中，主要分為爆破控制技術(shù)和機(jī)械開(kāi)挖技術(shù)，為了將機(jī)械設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，對(duì)隧道的開(kāi)挖的安全性和開(kāi)挖效率進(jìn)行提升，減輕施工人員的作業(yè)量，在開(kāi)挖的過(guò)程中，多使用全斷面開(kāi)挖的方法進(jìn)行施工，其中軟弱圍巖加固全斷面開(kāi)挖技術(shù)和精細(xì)爆破技術(shù)是最具代表性的開(kāi)挖技術(shù)。對(duì)于石質(zhì)圍巖隧道來(lái)說(shuō)，主要有以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：（1）使用臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖施工，無(wú)法滿(mǎn)足隧道施工安全的相關(guān)要求；（2）爆破控制能力差，光面爆破效果不達(dá)標(biāo)。對(duì)隧道開(kāi)挖的安全性造成了影響，并且還存在隧道開(kāi)挖的情況，據(jù)調(diào)查顯示，由超挖導(dǎo)致的二次襯砌混凝土和支護(hù)混凝土超設(shè)計(jì)的使用量大約占使用量的31%，并且還造成出碴量增加，加大了項(xiàng)目成本的控制壓力，導(dǎo)致支護(hù)背后存在嚴(yán)重的質(zhì)量安全事故。

2.2 掌子面和仰拱協(xié)調(diào)性問(wèn)題

隧道仰拱是銜接二次襯砌和初期支護(hù)的工序，直接影響了隧道的工序安全和施工質(zhì)量。目前在隧道施工的過(guò)程中，由于缺乏良好的配套設(shè)備和施工技術(shù)，一般使用增加仰拱一次施工的施工長(zhǎng)度或多開(kāi)工作面的方法來(lái)對(duì)仰拱施工的施工效率進(jìn)行提升。但是這兩種方法的施工工序存在比較大的干擾，在洞內(nèi)組織施工時(shí)有一定的難度，并且附加成本高，無(wú)法保證仰拱施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，對(duì)防水系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的影響，對(duì)二次襯砌施工的后續(xù)施工進(jìn)度造成了影響，安全步距無(wú)法達(dá)到施工要求。

2.3 隧道的開(kāi)挖技術(shù)存在的問(wèn)題

在開(kāi)挖隧道時(shí)，當(dāng)圍巖的級(jí)別在Ⅲ級(jí)以上時(shí)，使用全斷面施工的方法不僅可以提高施工效率，而且可以節(jié)約施工成本。但是在開(kāi)挖Ⅴ和Ⅳ圍巖時(shí)，使用臺(tái)階法進(jìn)行施工可以促進(jìn)循環(huán)作業(yè)，無(wú)法保證施工成本和施工進(jìn)度，存在一定的安全隱患。調(diào)查證明，過(guò)長(zhǎng)的開(kāi)挖隧道是導(dǎo)致隧道出現(xiàn)事故的一個(gè)主要因素，為了保證隧道的安全性，在隧道施工時(shí)，對(duì)隧道掌子面和仰拱之間的距離要求日益嚴(yán)格。

目前，在隧道施工中，不管?chē)鷰r是否具有良好的穩(wěn)定性，如果使用短臺(tái)階法進(jìn)行施工，下臺(tái)階和上臺(tái)階無(wú)法同時(shí)進(jìn)行施工，降低了施工效率，影響了施工進(jìn)度；如果使用長(zhǎng)臺(tái)階法施工無(wú)法達(dá)到施工安全距離的相關(guān)要求。為了對(duì)鐵路隧道的施工要求進(jìn)行貫徹，就需要對(duì)開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

2.4 隧道溝槽施工技術(shù)存在的問(wèn)題

隧道溝槽在施工的過(guò)程中，由于混凝土的輪廓線條，施工的斷面比較小，施工難度大。但是作為形象工程，水溝電纜是電力、信號(hào)、通信的直接載體，其表觀質(zhì)量和實(shí)體質(zhì)量對(duì)隧道工程的使用功能和外觀形象有比較大的影響。在輕附屬、重主體思想的影響下，溝槽施工一直沒(méi)有開(kāi)發(fā)出良好的配套設(shè)施。由于使用小塊組合鋼模板分段施工的方法進(jìn)行施工，存在施工工序復(fù)雜、整體性差、施工效率低、循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，施工質(zhì)量和外觀質(zhì)量無(wú)法達(dá)到規(guī)定要求，施工成本也比較高。

2.5 混凝土濕噴工藝存在的問(wèn)題

在鐵路隧道支護(hù)的過(guò)程中，混凝土噴射是一個(gè)主要的施工工序。為了保證施工人員的人體健康，控制混凝土的施工質(zhì)量，根據(jù)規(guī)定要求應(yīng)使用濕噴工藝進(jìn)行混凝土的噴射。在目前的技術(shù)基礎(chǔ)上使用濕噴工具進(jìn)行噴射時(shí)，需要對(duì)以下兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行解決：（1）和天然砂相比，機(jī)制砂在技術(shù)指標(biāo)上無(wú)法達(dá)到要求。也就是說(shuō)，要想保證機(jī)制砂達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)機(jī)制砂進(jìn)行水洗，而機(jī)制砂經(jīng)過(guò)水洗后，拌制的混凝土和易性和級(jí)配不好，泵送效果差；（2）相對(duì)于干噴工藝來(lái)說(shuō)，濕噴工藝的成本要高出很多，如果優(yōu)先使用濕噴工藝，會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益造成比較大的影響。

2.6 空氣凈化技術(shù)和通風(fēng)技術(shù)存在的問(wèn)題

當(dāng)前，我國(guó)的隧道施工主要是使用鉆爆法進(jìn)行施工，為了保證施工人員的生命健康，需要做好通風(fēng)防塵工作，同時(shí)通過(guò)防塵技術(shù)也反映了隧道的施工水平。雖然巷道式通風(fēng)技術(shù)和壓入式通風(fēng)技術(shù)是兩種比較成熟的技術(shù)，但是由于隧道施工過(guò)程中，開(kāi)挖支護(hù)作業(yè)臺(tái)會(huì)行走，爆破時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的飛石，通風(fēng)管無(wú)法達(dá)到掌子面，再加上風(fēng)管距離過(guò)長(zhǎng)，存在漏風(fēng)的情況，無(wú)法保證工作面有充足的空氣，洞中的空氣質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重危害了洞中施工人員的身體健康。

調(diào)查顯示，在一線施工的工人中，大約有3.5%的工人患上了肺部疾病，僅僅比煤塵污染低0.3%。此外，站在經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來(lái)看，在長(zhǎng)大隧道數(shù)量不斷增加的情況下，需要從幾千米以外的洞口將空氣引入，能耗和通風(fēng)阻力非常大，如果只是使用通風(fēng)的方法是不能保證洞中空氣質(zhì)量的。由于通風(fēng)成本比較高，為了節(jié)約成本，會(huì)降低通風(fēng)時(shí)間，導(dǎo)致洞中的空氣進(jìn)一步惡化。

3 隧道施工中技術(shù)問(wèn)題的解決措施

3.1 使用微臺(tái)階施工技術(shù)

為了可以達(dá)到爆破效果，控制好圍巖爆破過(guò)程中造成的干擾范圍，使用精細(xì)爆破施工技術(shù)。利用懸臂拼裝式臺(tái)架來(lái)達(dá)到上部臺(tái)階和下部臺(tái)階出碴和鑿巖爆破的同步性，在臺(tái)階法開(kāi)挖中應(yīng)用全斷面開(kāi)挖工藝，對(duì)Ⅴ、Ⅳ級(jí)石質(zhì)圍巖隧道開(kāi)挖工序和開(kāi)挖進(jìn)度之間的矛盾進(jìn)行了解決。

3.2 使用仰拱快速施工設(shè)備

為了解決隧道施工過(guò)程中掌子面和仰拱施工進(jìn)度不一致的問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)施工隧道的施工模式進(jìn)行了調(diào)整，并將其作為保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)度的基礎(chǔ)。在施工的過(guò)程中，仰拱快速施工設(shè)備主要包括中心溝模架、走行設(shè)備、端頭梁、仰拱模架、仰拱棧橋五個(gè)部分，通過(guò)使用快速施工設(shè)備可以提高隧道施工效率，一個(gè)工作面在一個(gè)月可以完成190～310m，模板可以隨意移動(dòng)，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，提高了施工的機(jī)械化水平。在對(duì)模板進(jìn)行定位時(shí)，不需要對(duì)鋼筋進(jìn)行加固，降低了人力成本，工程質(zhì)量明顯提高。另外，各個(gè)施工工序之間銜接更加容易，可以保證仰拱、掌子面以及二次襯砌施工工序的安全步距，對(duì)洞中的工序分區(qū)和施工組織進(jìn)行了優(yōu)化，提高了施工的安全性和標(biāo)準(zhǔn)化。

3.3 配合使用通風(fēng)設(shè)備和空氣凈化設(shè)備

為了節(jié)省施工成本，對(duì)隧道洞中的施工質(zhì)量進(jìn)行改善，要將支護(hù)作業(yè)面設(shè)置在污染源集中的位置，配合使用通風(fēng)設(shè)備和空氣凈化設(shè)備，從而進(jìn)一步改善隧道中空氣的質(zhì)量。除塵效果良好的設(shè)備可以達(dá)到99%以上的除塵效率，可以有效地將隧洞中的大多數(shù)污染源除去，空氣凈化后可以將空氣返回到工作面，進(jìn)而降低通風(fēng)量。研究證明，循環(huán)風(fēng)后，可以節(jié)省60%以上的功率，由此可以看出，通過(guò)將通風(fēng)設(shè)備和空氣凈化設(shè)備進(jìn)行配合使用，除了可以取得良好的社會(huì)效益外，還可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 進(jìn)行溝槽配套工藝和配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)

通過(guò)開(kāi)發(fā)新的隧道溝槽工藝技術(shù)和配套設(shè)備，對(duì)隧道溝槽施工前期存在的問(wèn)題進(jìn)行了解決，取得了良好的應(yīng)用效果，徹底解決了溝槽施工前期存在的問(wèn)題，如圖1所示。市場(chǎng)應(yīng)用證明，此設(shè)備可以使隧道側(cè)溝、中心水溝、電纜槽的施工變得更加便捷，產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，作業(yè)面整潔，結(jié)構(gòu)更加美觀，在施工工期、施工質(zhì)量、施工成本、人性化管理等方面都取得了良好的施工效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要對(duì)我國(guó)隧道施工技術(shù)存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了具體的解決措施。通過(guò)在工程中進(jìn)行應(yīng)用，取得了初步應(yīng)用成果，提高了施工質(zhì)量和施工效率，經(jīng)濟(jì)效益良好。

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作者簡(jiǎn)介：李學(xué)春（1973-），男，山西平陸人，中鐵十二局第一工程有限公司工程師，研究方向：路橋施工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：小 燕）