铁路隧道施工技术常见不足点及解决措施

陈 远（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳111000）

铁路隧道施工技术常见不足点及解决措施

陈 远（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳111000）

铁路隧道投资大、施工工艺复杂、施工周期长、环境影响大、不可预见风险因素多等特征，故铁道隧道工程建设是高风险建设工程。所以发展快规模大，工艺和管理力量难以充分保证的原由，加上对铁路隧道风险管理不科学，认识不客观，风险管理不到位的原由，导致铁路隧道工程在建设中事故频发，令人堪忧，发生事故的概率极高，后果很严重。在铁路隧道建设全过程中通过开展施工管理工作，可以决策科学化、可以降低事故发生的可能性、可以控制风险事故后果损失。

铁路隧道；施工技术；解决措施

1 铁路隧道发展

据国家统计数据显示，截至1999年，我国建成铁路隧道共计3666.760延长公里，6877座。21世纪，我国铁路隧道建设进入了盛况，从2000～2005年，建铁路隧道 651座，共642.246延长公里，长度3km以上的隧道54座。目前，我国为落实 《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》，拉动内需的需要下，在建隧道多达1785座，总延长2164km，隧道遍布全国各地，预计今后，列入规划的铁路隧道还有2000多公里以上。在铁路隧道建设总长度飞跃式发展时，我国铁路隧道单座隧道长度和建设工艺的难度也在增加，位于海拔5010m的风火山上的青藏铁路线上风火山隧道，轨面海拔标高4905m，全长1338m，位于永久性高原冻土层内，属于目前横跨冻土区最长的高原，世界上海拔最高；有“世界第一高隧”乌鞘岭特长隧道，设计为两座单线隧道，隧长20.05km，最大埋深1100m，洞身山区海拔3600m，隧道通过四条区域性大断层，施工风险非常大，地质十分复杂［1］。

2 铁路隧道存在问题

按地区分布的中国铁路隧道，以西西北南居多，约占全国铁路隧道70%，西部地区复杂地质环境表现为软岩地层、湿陷性黄土地质。如在建成兰铁路的成都至哈达铺段全长459km，设计隧道就36座，长度323km，占总长70%，主要地质为软岩分布多、活动断裂多、岩溶发育、地应力高；全线隧道板岩千枚岩为主，软岩地层占总长53%。在软岩坏境下，对隧道开挖施工易引起围岩变形，导致坍塌事故。隧道在施工过程中安全稳定的保障，对隧道施工围岩稳定性和施工中安全进行准确预报成为铁路隧道施工中极其重要的环节。

3 铁路隧道施工中围岩检测方法

隧道施工中，对日常监测项目进行监控量测，保障隧道周边环境，反映设计和施工状态围岩稳定，现场施工安全起至关重要作用。

起源于20世纪40年代的围岩检测“隧道信息化施工”方法，随着当时“现代土力学”的发展，隧道信息化施工成为集成预测、监控、修正、综合评价一体方法。20世纪60年代，新奥法隧道施工工艺快速发展，该法尽可能不恶化隧道围岩应力分布，施工中密切关注应力围岩变形，通过采用支护措施，控制围岩变形。新奥法施工法来自奥地利布拉西维兹教授长期从事隧道施工实践中，提出的合理隧道施工工艺方法，采用喷锚工艺和施工测试方法，新奥法提出对隧道开挖中引起隧道围岩变形过程进行解析、监测、评价的必要性，对围岩采用复合式支护系统。根据新奥法施工原则，二次支护的“第二层衬砌”是在隧道围岩变形“基本稳定”的条件下才能够进行施工的［2］。

4 铁路隧道施工工艺要点

国内外隧道施工中监控量测包括应力、位移、应变、压力等，基本涵盖隧道围岩与支护结构系统各方面。具体量测分为必测和选测两大类。必测是指在隧道施工必须进行的量测项目，包括：拱项下沉和净空变化、洞内观察；选测项目是为满足特殊意义的区段进行补充量测，为判断喷锚支护效果、隧道围岩状态，选测项目主要包括围岩内部位移、地表沉降、弹性波测试和支护系统结构的压力、围岩应力等。

隧道洞口按“早进洞、晚出洞”原则，严格控制边、仰坡开挖高度，最大单线隧道开挖高度不超过15m，双线隧道不超过18m。洞口边坡存在顺层或开挖高时，施工中采用喷、网、锚防护，确保边坡稳定。拱与掌子面进度协调性是初期支护和二次衬砌的衔接工序，影响隧道的施工质量，当前铁路隧道中，在开挖正常进度的情况下，没有理想施工工艺和配套设备，采用多开工作面或增加仰拱施工长度方法提高仰拱施工进度。两种方法存在工序间相互干扰大、循环时间长、洞内施工组织困难等难题，附加成本较高，仰拱施工的质量和进度难以保障，影响防水系统、二次衬砌等后继工序的结构衔接质量和进度，安全步距不能满足相关规定要求，隧道仰拱是隧道施工中控制性工序［3］。

5 铁路隧道衬砌断面设计

（1）衬砌内轮廓线。铁路隧道的建筑限界是统一的，在相同围岩情况下，衬砌结构断面形状是同定的。衬砌结构有通用设计标准图，不需专门设计。有较大冻胀力、偏压、倾斜滑动推力，施工中出现坍方及七度以上地震区时，应根据荷载特征进行设计。

（2）衬砌外轮廓线和轴线。对等截面直墙式衬砌，确定内轮廓线曲线半径后，给定断面厚度，可以计算外轮廓线、轴线半径。变截面曲墙式衬砌有关半径的则较费事。

避车洞的处理。列车通过隧道，保证维修人员、洞内行人、维修设备安全，隧道两侧边墙上均匀交错修建洞室，用于躲避列车。根据避车洞室大小，分为大避车洞和小避车洞两种。

在碎石隧道内，相隔300m布置大避车洞；整体道床隧道内，每侧相隔420m布置大避车洞。当隧道长度为300～400m，在隧道中间布置大避车洞；隧道长度＜300m，不布置大避车洞；两端洞口接桥，当桥上无避车台时，应与隧道考虑布置大避车洞。

小避车洞，碎石道床还是整体道床，单线隧道内每侧边墙应间隔30m布置小避车洞。结合大避车洞考虑，有大避车洞不需再设置小避车洞。应注意不得将避车洞设于衬砌断面变化处、不同衬砌类型变形缝处和衔接处。如隧道邻近市镇，通行的人较多，隧道曲线半径小、视距较短，小避车洞可加密布置。电力及通信设施。穿越隧道的电缆，如通信、照明、信号、电力等，须有一定保护措施，需设置电缆槽来防止腐烂潮湿及人为破坏。

用混凝土浇筑电缆槽，并行设置紧靠水沟，位于轨道侧，或置在水沟异侧。槽内铺以细沙作为垫层；对低压电缆，直接放在垫层面上；对高压电缆，可吊槽边预埋的托架上。槽顶有盖板防护，盖板顶面与避车洞底面平齐。电缆槽与水沟同侧并行，与水沟盖板平齐。通信、信号电缆设在电缆槽内，须和电力电缆分槽设置。

运营通风设施，列车通过隧道排大量气体，会散发热量。衬砌缝隙不时渗透出天然地下有害气体和潮湿气体，加上维修人员工作时呼出气体，气体和热量会使隧道内空气炽热污浊、潮湿，浓度变大，人呼吸闲难，威胁健康，降低工作效率，腐蚀洞内线路。须进行洞内通风，将气体及热量等排出洞外，把新鲜空气引入。

新奥法施工提出推广后，已普遍用于地下铁道山岭隧道等，铁路地质情况复杂，隧道数量多，岩体多样，在隧道施工中占主体地位，应用范围很广，软弱围岩、硬质岩层、黄土隧道等均有施工经验。新奥法施工流程简单、作业灵活、效率高、经济性指数高，在国内有强烈需求，在弹塑性复杂土体中进行岩土工程，不仅要考虑经济性和效率性，重要的是要考虑可控性和安全性，近几十年进行基础性建设，隧道作为施工难度高、结构物数量大、地质情况复杂、安全隐患大，做好隧道施工安全质量的可控性。

支护为隧道新奥法与围岩联合受力，发挥围岩的自承能力，在支护结构中有关键作用，隧道开挖大变形围岩，容易导致安全问题，初期支护侵限，及时优化初期支护是隧道使用关键工序，介于围岩变化复杂性及弹塑性特征，不同地质下的地下工程，差异性比较大，弱风化灰岩为主，地下水丰富，岩层裂隙发育，施工过程中曾发生塌方突水等，风险因素多，安全压力大，及时优化参数指导施工，对保证铁路工程顺利安全进展具有重大意义。

6 结束语

根据工程建设调查统计，隧道工程隧道施工中，支护过程中支护不当发生安全事故概率约占总事故约20%，喷射混凝土及锚杆等支护结构因失稳导致事故占所有因支护导致事故的90%，关系到人员的生命安全，关系到工程造价的经济性，科学地评价围岩变形情况及支护参数选择极为重要。隧道有工程地质复杂性，国内外研究成果丰富，主要是通过数值模拟、理论计算、经验公式解析围岩应力变化、变形特征以及钢锚、杆架受力特征及破坏特征和极限承载力，优化设计方法进行，较为侧重理论上优化，隧道工程实际施工过程中因围岩的变化与设计不符容易产生安全隐患，在成熟支护方式中，必要时进行加强，使支护参数地层相适应，充分发挥围岩的自承能力，围岩与支护体系处于最佳受力状态，保证施工过程支护进行管理，保证工程的安全性，能取得良好的经济效益。

［1］郑俊杰，包德勇，龚彦峰，等.铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术研究［J］.铁道工程学报，2016，23（8）：80～84.

［2］宋 平.铁路隧道施工安全风险管理研究［J］.中南大学，2015：201～202.

［3］王明慧，姚云晓，蒋树平.我国铁路隧道施工方法及适应性研究［J］.现代隧道技术，2015，3：21～25.

U455.4

A

2095-2066（2016）29-0178-02

2016-9-30

陈 远（1985-），女，助理工程师。