铁路隧道工程中支护与衬砌的施工技术

谢斌福 刘雪东 田 发 王 垚 陶益胜

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100073）

1 工程概况

新建敦化至白河铁路的东青隧道为无砟轨道，全线其他均为有砟轨道，设计速度为250 km/h。标段起讫里程DK44+660～DK77+350，长度32.69 km。东青隧道起讫里程DK45+263～DK48+365，长度3 102 m，隧道进口至DK45+960.63段位于半径R=4 500 m的左偏曲线上，DK45+960.63至出口位于直线段；进口至DK47+550段为9‰的上坡，DK47+550段至出口为3.0‰的下坡，该隧道最大埋深135.7 m。

2 铁路隧道初期支护施工工艺

初期支护的施工内容包含超前管棚、砂浆锚杆施工、中空锚杆施工、喷射混凝土、钢筋网施工、格栅/工字钢架安装等。

2.1 超前长管棚施工

所有超前长管棚均采用Φ108 mm×6 mm热轧无缝钢管，间距40 cm（环向）。为确保开挖钻孔方向，在明洞衬砌外放置70 cm厚的C30钢混凝土拱，垂直方向上拱长为2.0 m。考虑开挖时的下垂等因素，开挖钻孔方向应比钢管的设计方向高1°～3°。

灌浆施工期间出现异常情况时，如果在灌浆处理中出现小裂缝，需要使用水泥浸过的麻丝填充裂缝，调整灌浆材料的浆比，减少胶凝时间，控制灌浆问题。注浆时，若压力急剧上升，只能注入纯水泥浆或清水。出现管道堵塞问题，应打开孔板泄压阀，关闭孔板进水阀。灌浆工作完成后，释放压力，关闭阀门，停止机器。

钻进过程中经常出现特殊情况，岩石或土壤管壁受到的阻力较高时，可以使用Φ125 mm钻头的前端，Φ120 mm钻头在钻头的后部，推动钢管时使用。

2.2 砂浆锚杆施工

以螺纹钢筋为原材料，根据要求制作得到规格合适的砂浆锚杆；布设时，遵循梅花形布置的原则，间距不超过锚杆长度的1/2。

锚杆钻机钻进成孔，孔径略大于锚杆直径15 mm；人工辅助作业，将提前加工的砂浆锚杆设置到位；利用专用注浆泵注入早强水泥浆，材料的水灰比为0.38～0.45，砂灰比控制为1∶1～1∶2。注浆开始前使用水润滑管路，使浆液在管路内顺畅流动，高效注浆，中途间歇时间超30 min时，也采用该处理方法。

需要保证注浆孔口压力不超过0.4 MPa，注浆管底部与孔底距离为5～10 cm，随着浆液逐步注入，适时拔出注浆管（缓慢、匀速），迅速将杆体插入（插入部分的长度至少达到设计长度的95%，避免影响注浆施工效果）。

2.3 中空锚杆施工

采用锚杆台车钻孔，提前测定孔位，由专员操作，钻孔保持直线且与岩面呈垂直关系，得到顺直、垂直度均较好的孔洞。钻孔直径42 mm，深度根据锚杆设计长度确定，大于该值10 cm。

中空注浆锚杆施工时，根据测量放样结果钻孔，钻进成孔后通入高压风，清理残留在孔内的岩屑，减小杂物堆积量（杂物偏多会影响注浆效果）；将锚头与锚杆端头组合，配套垫片以及螺母；将得到的组合杆体送入孔内；向锚杆末端穿入止浆塞，将该部分与杆体紧固处理，得到稳定的连接体；在锚杆末端戴上垫板，拧紧螺母；注浆时，采用螺杆式注浆泵，在1.2 MPa的压力作用下，将水泥浆注入孔内。

2.4 喷射混凝土

喷射混凝土的施工方法为湿喷，以现场施工要求为准，由洞外混凝土拌和站生产混凝土，由搅拌运输车运至洞内，喷射施工。遵循随拌随用的原则，充分发挥出混凝土的性能优势。

喷射混凝土施工程序如图1所示。

图1 喷射混凝土施工程序

混凝土喷射机进场，安装至指定位置并调试。在料斗上配套100 mm筛孔的振动筛，用于筛除超粒径骨料；喷射前，适当修整岩面，将松散的岩块等杂物清理干净，突出部位凿除平整，对局部超挖填补混凝土，使岩面平整；高压水冲洗岩面，使该部分保持洁净，局部岩层对水较为敏感，具有遇水易潮解的特点，采用高压风清理的方法；提前组织喷射试验，判断喷射机的性能并验证参数的可行性，对不足之处进行调整。

喷射送风前，开启计量泵；送风后，根据仪表显示结果合理调整风压，将其稳定在0.15～0.20 MPa。风压过大会急剧增加回弹量，过小则难以为粗骨料的流动提供充足的冲击力，导致其无法进入砂浆层而脱落。为保证混凝土的喷射质量，采取分阶段依次施工模式，将整个喷射施工分为两个部分，按照先初喷、后复喷的顺序推进。喷射主要采用湿喷方法，局部含水量较大时，采用潮喷工艺。

刷帮、找顶后初喷，厚度为4～5 cm，在不影响喷射质量的前提下，尽快施工，有效封闭围岩。初喷混凝土施工后，将立拱架、挂网、锚杆安装有序落实到位，进入复喷施工环节由喷射机械手施工。湿喷工艺可行，可以保证喷射施工质量，减少回弹量以及粉尘量，有效改善现场施工条件，减少环境污染，契合节能环保的现代化工程理念。

2.5 钢筋网施工

钢筋网施工工艺流程如图2所示。

图2 钢筋网施工工艺流程

加工钢筋网得到方格网片，纵横钢筋交接部分为薄弱区域，在处理时采取点焊成块的方法。钢筋网安装时间安排在初喷、锚杆设置后，网片紧贴初喷面，网片之间以及其与锚杆间以焊接的方式稳定连接。钢筋是重要的施工材料，使用前检验性能，不达标的材料不得入场；清理钢筋上附着的锈迹以及其他杂物，发现形态方面的问题及时调整，如调直或采取其他方法。

钢筋网节点与锚杆以点焊焊接的方式处理，网片间使用铁丝扎紧，增强钢筋网片的稳定性，以免施工中发生偏位。钢筋网铺设随初喷面适当起伏，始终与壁面紧密贴合。复喷后应用混凝土有效覆盖钢筋网，避免外露，成型保护层的厚度以3～5 cm为宜，防护效果较好。

2.6 格栅/工字钢拱架施工

本次施工的拱架支撑形式为工字钢拱架、格栅钢架，均在洞外加工，将半成品构件运至现场，初喷混凝土施工后拼装成型。钢筋支撑间设纵向连接筋，利用喷射混凝土的方法填平拱架支撑间的部分。将拱架拱脚置于稳定可靠的基础上，架立时控制其姿态，与隧洞中线呈垂直关系。拱架支撑与围岩间隙过大时，确定间隙规模，垫入合适尺寸的垫块，再喷射混凝土，进行全面填充处理[1]。

拱架支撑平面与隧洞中线垂直，倾斜度不超过2°，为有效保证拱架支撑的稳定性，分别在拱脚以及墙脚处增设锁脚锚杆。根据设计要求将拱架支撑安装在指定位置，拱架支撑与初喷层间隙过大时，设置骑马垫块。考虑拱架支撑的结构完整性要求，对该支撑装置与锚杆进行联结处理。

为使拱架支撑精准就位，提前搭设定位系筋；为充分发挥定位系筋的引导作用，将其一端联结至拱架支撑处，另一端锚入围岩，深度为0.5～1.0 m，使用砂浆锚固。拱架支撑架立到位后，及时喷射混凝土，全面覆盖拱架支撑，支撑装置与混凝土结合成完整的整体，共同受力。混凝土喷射施工环节，从拱脚或墙脚处逐步向上施工，可以有效避免虚掩拱脚（墙脚）的情况，防止拱脚（墙脚）失稳。

3 铁路隧道衬砌施工工艺

二次衬砌一般在围岩变形基本稳定后施作，变形趋于稳定应符合相关要求。

（1）隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和。

（2）水平收敛（拱脚附近7 d平均值）小于0.2 mm/d，拱部下沉速度小于0.15 mm/d。

（3）施作二次衬砌前的累计位移值已达极限位移值的80%以上。

二次衬砌混凝土时，采用整体式液压衬砌台车，拌和站生产混凝土，出厂后装车，用搅拌运输车及时运输至现场，泵送入模。衬砌施工期间应根据设计要求择机埋设预埋镀锌管以及配套设施，作为回填注浆的施工装置。洞口二次衬砌施工成型且无质量问题后，进行洞门施工。

3.1 衬砌台车的使用方法

二衬施工选用整体式液压衬砌台车，联合经纬仪和水准仪进行精准定位。为高效施工，分别为各作业面配置1台整体式液压衬砌台车，使用前检验衬砌台车的性能，避免“带病作业”。

3.2 混凝土的运输、浇筑

混凝土罐车沿着既定路线将混合料运输至现场，全程尽可能匀速行驶，以免急刹车、忽然提速导致混凝土离析。运输途中，若有漏浆或离析现象，需要启用罐车重新拌和，确认无误后卸至输送泵。

混凝土由HBT60输送泵泵送入模，灌注前清理钢模板台车外表面的杂物，均匀刷涂脱模剂。正式灌注混凝土时，优先从最下排工作窗灌注，随施工时间的延长，增加混凝土灌注量，混凝土快要与工作窗口平齐时，关闭工作窗，转向第二排工作窗，按照此顺序依次类推，完成各工作窗的混凝土灌注施工。

借助模板台车的自振系统完成混凝土振捣处理，边角等局部采用插入式捣固棒，遵循“快插慢拔”的原则。混凝土灌注施工采取分层方法时，为保证层间结合稳定性，要求振捣棒插入下层5 cm或适当增加，振捣时间为10～30 s。均匀布设振捣点，有序振捣，避免过振、漏振。

4 结语

支护和衬砌均是铁路隧道施工中不可忽视的内容，本文阐述支护和衬砌两部分的施工工艺要点，体现在锚杆施工、混凝土浇筑、振捣等方面，为类似工程提供参考。