铁路隧道工程的支护及衬砌施工技术

李良越

（中铁十八局集团第一工程有限公司,河北涿州072750）

0 引言

近年来，我国交通运输事业快速发展，铁路发挥着无可替代的作用，铁路里程逐年增加，隧道工程的数量也越来越多。在铁路隧道工程施工中，容易受到地质、设计、施工等多重因素的影响，在运营中频繁发生各种病害，对铁路正常运营造成了严重的安全隐患[1]。其中开裂就是铁路隧道中比较常见病害，不但会影响隧道结构的自身强度，而且会引发渗漏水现象。基于此，开展铁路隧道工程的支护及衬砌施工技术的分析就显得尤为重要。

1 工程概述

仙峰村隧道位于福建省三明市大田县华兴乡，隧道最大埋深约594m，进口里程DK334+760，出口里程DK340+782，全长5 622m。为加快施工进度，解决施工及运营期间通风、排水及弃渣等问题，结合地形、地质条件，于DK336+600线路前进方向左侧设置斜井一座；斜井位于线路大里程方向的左侧，斜井中线与线路中线大里程方向成夹角135°，斜井长度408m，洞身坡度8.6%，最大埋深约273m。仙峰村隧道设置2#斜井一座，斜井与正洞相交于DK340+120；斜井位于隧道正线DK340+120左侧，斜井中线与线路中线大里程方向成夹角69°29′45″，斜井长度230m，洞身综合坡度9.3%，采用无轨运输单车道断面，断面净空尺寸为5m×6m。仙峰村隧道包含Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四类围岩，各类围岩长度如表1所示。

表1 围岩类别统计表

2 铁路隧道工程的支护施工技术

仙峰村隧道初期支护类别为：超前管棚、组合中空锚杆、喷射混凝土。

2.1 超前管棚

采用管棚钻机钻进并顶进管棚。利用高压注浆泵注浆。采用钢筋混凝土套拱作长管棚导向墙。套拱在明洞外轮廓线以外施作。首先顶进有孔钢花管，注浆；再顶进无孔钢管，注水检查注浆质量[2]。钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确，每钻完一孔便顶进一根钢管，利用光耙测斜仪检测偏斜度。长管棚钢管采用热轧无缝钢管，钢管节长3～6m。棚管接长时先将前一根钢管顶入钻好的孔内再联结，丝扣连接，丝扣长15cm[3]。为尽量错开搭接的接头，凡是编号为单数第一节管都用3m钢管进行安装，而双数则由6m钢管进行连接。后节长均采用6m钢管。按设计进行长管棚注浆。注浆前需要先进行科学合理的注浆试验，确认达到设计要求后再进行注浆操作，注浆完成后再用配制好的水泥砂浆进行充填，以保证管棚的强度。在超前管棚安装时通过高精度测斜仪进行测量，保证安装的精度，严格按照设计方向控制管棚的安装方向。此外，为最大限度保证隧道工程支护效果，还要按照工程设计图纸合理布置外插角。将隧道管棚尾段和钢架通过焊接的方法连接为一个整体，从而形成合理的支护体系，保证整个工程的支护效果[4]。

2.2 组合中空注浆锚杆

组合中空锚杆结构示意图如图1所示：

图1 组合中空锚杆结构示意图

组合中空锚杆对各个构件组合的精度有较高的要求，因此，在本工程施工中，直接从厂家购买，通过专业的钻孔机械设备进行钻孔操作，在施工之前还要进行合理的试验，保证锚杆的抗拉强度满足工程施工要求。注浆时采用水泥浆液进行合理注浆，对配制好的水泥浆液进行水质化验，确认达到施工要求后才能应用组合中空锚杆注浆。为保证施工的精度，还要在锚杆杆体上安装可测锚头和长度检测管，通过人工辅助旋转的方法，将锚杆送入锚孔中[5]。待杆体安装完成后，立刻安装止浆塞、垫板等，通过专业的扳手紧固锚杆，组合中空锚杆安装完成后，在72小时内严禁敲打，也不能悬挂超过20kg的重物。

在注浆时采用高压注浆泵进行注浆，并在隧道拱部设置合理的排气孔，保证管道中的气体能够及时排出，避免影响注浆效果[6]，水泥浆液水灰比控制在1：2左右，单孔组合中空锚杆的注浆量计算公式为

此公式中：r表示浆液扩散半径m；h表示压浆段有效长度m；η表示岩石裂隙率；β表示浆液在裂隙内的有效充填系数。

2.3 喷射混凝土支护

湿式喷射混凝土施工工艺如图2所示。

图2 湿式喷射混凝土工艺流程图

在喷射混凝土配制时，选择普通硅酸盐水泥，为避免发生管道堵塞，水泥的细度模数在2.5左右，碎石选择5～10mm之间的级配碎石，选择的水资源要进行科学化验，保证氯离子浓度在允许范围中。配制的混凝土每班检查2次以上。为保证混凝土喷射的质量和效果，在喷射之前需要对隧道断面进行全面检查，及时处理破碎点和出水点，通过高压水枪清除隧道墙角虚渣，保证喷射面和隧道壁的粘接性[7]。在混凝土喷射过程中，喷嘴距离隧道壁的距离控制在1.5～2.0m之间，并和喷面相互垂直，喷射路线为先进行隧道两侧的边墙喷射，在进行顶部喷射，分区分段逐步完成全隧道喷射。在具体喷射过程中为保证喷射效果，喷头要连续不断做圆周运动，后一层压前一层的面积不能低于30%，并尽量呈现螺旋藻喷射，如果喷射的厚度超过5cm，则要进行分层喷射，每层喷射厚度尽量不要超过3cm。第二次喷射待第一层混凝土终凝1小时后进行，混凝土喷射完成2小时后，进行喷水养护，养护时间不能低于7天，待混凝土强度达到设计标准后，才能进行下一道工序施工。

3 铁路隧道工程衬砌施工技术

仙峰村隧道考虑3台衬砌台车，仙峰村隧道进口、斜井、2号斜井各安排1台衬砌台车，台车长度12m；。固定二衬环向止水带使用对夹端模，使用仰拱内模。在隧道二次衬砌钢筋施工中，由于施工现场缺乏钢筋加工平台，采用工厂预制加工的方法，通过专业运输车运到施工现场进行焊接绑扎，在运输过程中，要切实做好保护工作，避免钢筋被污染，发现钢筋锈蚀后，需进行除锈处理后才能使用。混凝土在集中站进行集中配制，再通过专业的运输搅拌车运到施工现场，泵送入模[8]。

就案例工程而言，按照设计图纸的要求，初期支护完成后，才能进行二次衬砌，在二次衬砌之前，要先对隧道工程的开挖断面和防排水系统进行自检，自检达标后，再由现场专业的工程监理进行检验，确认达到设计要求后，才能进行下一道工序施工。

在进行混凝土浇筑过程中，为降低水化热对混凝土质量的影响，本工程选择了水平分层浇筑的方法，每层混凝土浇筑厚度要控制在1m左右，混凝土浇筑管后距离浇筑面的高度控制在1.5m以内，避免浇筑过程中，发生混凝土离析。尽量保证混凝土浇筑的连续性，如果不得已需要中断浇筑，如果中断的时间超过20min，则要做施工缝处理，保证浇筑质量，选择插入式振捣器进行振捣，并保证振捣的频率、振幅、速度等都符合混凝土配制的参数的要求，振捣时避免碰撞模板和预埋筋件[9]。

灌注施工采用全断面一次灌注成型，当混凝土灌至墙拱交界处时，间歇约1h，以便于边墙混凝土沉实。拱圈封顶时，随拱圈灌注及时捣实。衬砌为钢筋混凝土衬砌时，钢筋在钢构件加工厂内制作，人工在钢筋台架上完成安装钢筋工作，安装钢筋时，钢筋位置和混凝土保护层厚度不小于55mm。衬砌拆模时混凝土强度不得低于5Mpa，并根据湿度情况12h内进行养护，养护时间满足砼强度要求

4 结束语

综上所述，本文结合工程实例，分析了铁路隧道工程的支护及衬砌施工技术，分析结果表明，在铁路隧道工程施工过程中，对支护和衬砌施工技术有很大要求，不同的支护技术有不同的特性，在施工中可采用其中一种支护技术进行施工，也可以联合多种支护技术同时使用，以保证施工质量。在隧道工程衬砌中，为避免发生衬砌混凝土不密实、厚度不足、背后脱空等病害，需要结合隧道特性，严格按照方案和标准进行施工，才能保证施工质量。