鐵路隧道施工技術(shù)要點(diǎn)探討

覃庚

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司 山西太原 030032）

鐵路隧道施工技術(shù)要點(diǎn)探討

覃庚

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司 山西太原 030032）

鐵路是一個(gè)國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它作為交通運(yùn)輸?shù)墓歉芍?，決定著國家的國民經(jīng)濟(jì)命脈。鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的根本任務(wù)是把旅客和貨物安全、快捷的運(yùn)送到目的地，而鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的作用、性質(zhì)和特點(diǎn)，決定了鐵路建設(shè)必須把安全放在第一位。為此，本文介紹了隧道的施工方法的選擇，鐵路隧道從洞口施工到動身開挖，重點(diǎn)針對隧道施工通風(fēng)消煙除塵新技術(shù)深入探究，并對其施工的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

鐵路隧道；施工；技術(shù)要點(diǎn)

1 引言

一般鐵路道路施工的工期都比較緊，對施工的技術(shù)要求很高，施工難度也大，可以說是一項(xiàng)綜合性很高的工程。而整個(gè)鐵路隧道工程的質(zhì)量的好壞將直接影響到經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。隨著改革開放的到來，我國的隧道工程（包括：公路，水站，發(fā)電站以及鐵路等）的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)期，20世紀(jì)初，我國的公路隧道已達(dá)1700多座（約為630km），已經(jīng)運(yùn)行的鐵路隧道達(dá)5400多座（約為266km），而且當(dāng)時(shí)在建的項(xiàng)目還有梁山隧道（約12km）、秦嶺隧道（月19km）、終南山公路隧道（約18km）還有小浪底水電工作站隧道。無論是數(shù)量上還是長度上都是新的突破。就鐵路隧道而言，已經(jīng)不再是單純的采用鉆爆法或者機(jī)械開挖進(jìn)行修建。

隨著各種雙線道路隧道在鐵路，公路建設(shè)中不斷涌現(xiàn)，隧道技術(shù)的發(fā)展也面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

2 施工方法選擇

在隧道的施工中最重要的就是選擇合理的施工方法，要對現(xiàn)有的礦山法、全斷面法、分部開挖法以及臺階法（其開發(fā)示意圖如圖1所示）等施工方法進(jìn)行進(jìn)一步的改造和完善。滿足現(xiàn)有公路鐵路隧道發(fā)展形勢的需要，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，提高現(xiàn)有施工技術(shù)的水平。

圖1 臺階法施工開挖示意圖

2.1 施工條件

在決定施工方法時(shí)首先要考慮的一個(gè)基本因素就是施工條件，主要變現(xiàn)為所選施工隊(duì)的能力素質(zhì)以及裝備水平和管理水平，這是最基本的因素。

2.2 圍巖條件和埋深

圍巖條件是只工程的地下水、地質(zhì)現(xiàn)象以及圍巖級別等地質(zhì)條件，雖然對基本施工方法影響不大，但對黨法的選擇卻起著重要作用。埋深則受到圍巖的初始應(yīng)力的影響，同樣的條件下，施工方法會因埋深的不同具有很大的差異。

2.3 隧道斷面積

隨著公路隧道中二車道向三車道甚至四車道的發(fā)展，水電隧道中大斷面洞室的需求，雙線或者多線鐵路隧道的出現(xiàn)，隧道的斷面逐漸向的斷面發(fā)展。這時(shí)候，隧道的施工方法也必須適應(yīng)這一發(fā)展，為此，全斷面法和臺階法得到了普遍使用，而且先用其他方法修小斷面，在對其進(jìn)行擴(kuò)大，也是成為一種非常盛行的施工方法。

2.4 工期和環(huán)境條件

工期是隧道施工的設(shè)計(jì)條件之一，是對施工的開挖和運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)能力、均衡速度、管理模式的基本要求，在一定程度上影響著基本施工方法的選擇。此外，環(huán)境條件則是施工方法選擇的另一重要因素，它是指在施工過程中對周圍環(huán)境引起的不良影響。

3 鐵路隧道的施工要點(diǎn)

在隧道施工的整個(gè)過程中，要實(shí)時(shí)對圍巖條件進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控量測，并及時(shí)反饋，根據(jù)反饋修正設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)而指導(dǎo)施工方法做出相應(yīng)的改變。要用規(guī)范的量測方法對圍巖情況進(jìn)行預(yù)測、觀察開挖面的地質(zhì)，根據(jù)測數(shù)據(jù)來進(jìn)行信息反饋，評價(jià)支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)，還要根據(jù)測量后反饋的信息及時(shí)調(diào)整施工方法（如開挖方法和支護(hù)形式等）或者采取相應(yīng)的措施（如斷面的開挖步驟、初期支護(hù)參數(shù)等），要保證坑道的穩(wěn)定和支護(hù)的質(zhì)量，同時(shí)還要工程的造價(jià)必須合理。對于軟弱圍巖地段，要事先做好適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施（比如，采用錨做封閉式的支護(hù)），因?yàn)檫@些地區(qū)易風(fēng)化，自身的穩(wěn)定性差。

每一步支護(hù)前，都應(yīng)進(jìn)行圍巖量測，確定圍巖的穩(wěn)定性并指導(dǎo)下一循環(huán)施工。檢查開挖斷面超欠值，參數(shù)見表1。

表1 斷面欠挖值

3.1 隧道淺埋段的開挖

對于淺埋和洞口加強(qiáng)的地段，由于通常這些地段軟弱易碎，所處的圍巖自穩(wěn)定性差，在進(jìn)行開挖施工和支護(hù)措施時(shí)，要考慮到地表沉陷的地質(zhì)條件。如果選擇了不恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ɑ蛘咧ёo(hù)方式，不但對地面建筑會有安全隱患還會對施工安全具有重大影響，因而必須先采取支護(hù)保護(hù)，防止開挖時(shí)發(fā)生塌陷，進(jìn)而造成施工費(fèi)用較高或者影響施工效果。

3.2 隧道淺埋段支護(hù)方法技術(shù)要求和施工要點(diǎn)

可采用的施工方法有單側(cè)和雙側(cè)導(dǎo)坑法，多臺階法（實(shí)驗(yàn)與圍巖較完整地段）和留核心土開挖法。開挖后應(yīng)盡快施作錨桿、噴射混凝土、敷設(shè)鋼筋網(wǎng)或鋼支撐。嚴(yán)謹(jǐn)采用全斷面法，因?yàn)檫@種施工方法可能會導(dǎo)致周壁圍巖松動，甚至很可能造成坍塌。

3.2.1 隧道淺埋地段進(jìn)行支護(hù)要滿足以下技術(shù)要求

當(dāng)采用符合式襯砌時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)的錨噴混凝土。Ⅵ線淺埋以上圍巖應(yīng)盡快施作襯砌，防止圍巖出現(xiàn)松動。每次開挖完畢，應(yīng)及時(shí)施作初期支護(hù)，及早成環(huán)，仰拱及填充應(yīng)超前二次襯砌施工，且分別全幅澆筑。仰拱距上臺階開挖工作面距離：Ⅲ級圍巖≤90m，Ⅳ級圍巖≤70m。錨噴混凝土支護(hù)及構(gòu)件支撐，應(yīng)盡量靠近開挖面，其距離應(yīng)小于1.0倍洞跨。當(dāng)淺埋地段的地質(zhì)條件很差時(shí)，可配合采用超前小導(dǎo)管注漿或者采用超前錨桿支護(hù)等措施。

3.2.2 隧道淺埋段初期支護(hù)施工要點(diǎn)

隧道淺埋段施工開挖后，要立即鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)（這里采用的是小孔網(wǎng)），并噴射3～4cm厚的混凝土層；之安裝鋼拱架和錨桿，鋼拱架上要做二次支護(hù)，為大于3cm的噴射混凝土；在安裝下部鋼拱架和錨桿的同時(shí)還要噴射混凝土進(jìn)行掛網(wǎng)；最后進(jìn)行楊工封底，盡早形成封閉結(jié)構(gòu)。

3.3 隧道施工通風(fēng)消煙除塵新技術(shù)

在隧道施工中，掌子面的爆破主要是通過炸藥爆炸瞬間所產(chǎn)生的大量能量，通過高溫高壓形式形成的沖擊波以及氣體來沖擊周邊的巖石使其破裂。在巖石破裂的同時(shí)還有很多剩余的能量會無畏消耗掉，這些能量可能會造成空氣的沖擊、飛石、掌子面氣體溫度上升以及地震等方面的問題。

而全新的隧道施工通風(fēng)消煙除塵采用的是濕式除塵技術(shù)，此技術(shù)主要是通過所形成的溫差效應(yīng)在掌子面的周邊形成循環(huán)流。按照本項(xiàng)目施工現(xiàn)場的情況進(jìn)行測量得知，掌子面在爆破前后具有5～8℃的溫差，在爆破后所形成的煙塵主要位于掌子面40m范圍內(nèi)的拱頂。因?yàn)闇夭畹拇嬖?，會形成上部為高溫氣體、下部為冷空氣，在離掌子面30m位置較小的錐形體。將軸流風(fēng)機(jī)安放在錐尖部位，發(fā)生爆破后所形成的煙塵會在拱頂位置被軸流風(fēng)機(jī)吸出而輸入到濕式除塵器內(nèi)部，在液體和含塵氣體相互接觸之后，依靠煙塵本身所具有的慣性會和液體發(fā)生碰撞、擴(kuò)散以及粘附，之后這些粘附后的塵粒會相互凝聚，這樣就會使塵粒和氣體得到分離，分離后所得到的冷空氣就可以通過風(fēng)筒來改變方向參與到掌子面的污濁氣體循環(huán)系統(tǒng)中去。

通過此技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒔^大多數(shù)的粉塵以及有害氣體吸除掉，從而對掌子面的空氣質(zhì)量進(jìn)行一定的改善，并且能夠降低隧道施工中的通風(fēng)費(fèi)用。與此同時(shí)和壓入式通風(fēng)進(jìn)行配合使用，可以較有效的解決隧道施工通風(fēng)消煙除塵的目的。

濕式除塵設(shè)備的基本構(gòu)成：

濕式除塵設(shè)備主要包括以下幾部分，分別為：隧道軸流通風(fēng)機(jī)、自制的行走工作平臺以及沖擊水浴式除塵器等等，如圖2～3所示。

（1）設(shè)備動力系統(tǒng)介紹。濕式除塵設(shè)備動力主要采用的是洞內(nèi)的380V動力電，要按照通風(fēng)機(jī)所需要的功率來明確掌子面的電壓降。在隧道內(nèi)部準(zhǔn)備一臺能夠移動的變壓器，同時(shí)配備相應(yīng)規(guī)格的電纜。

（2）設(shè)備吸塵系統(tǒng)介紹。主要是通過一臺軸流通風(fēng)機(jī)進(jìn)行煙塵的吸入，從拱頂位置將污濁的空氣吸入。軸流通風(fēng)機(jī)的功率為55kW。

（3）設(shè)備行走系統(tǒng)介紹。主要是通過一臺自制的臺架當(dāng)成移動工作平臺。隧道所用的軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)置在噴射混凝土的臺架頂部。

圖2 濕式除塵法的基本構(gòu)成

圖3 濕式除塵設(shè)備橫斷面示意圖

（4）沖擊水浴式除塵設(shè)備介紹。沖擊水浴式除塵設(shè)備主要包括以下幾部分，分別為：通風(fēng)機(jī)、除塵器、排泥漿設(shè)備以及水位自動控制裝置等等，如圖4所示。

圖4 沖擊式除塵器工作原理示意圖

具有煙塵的空氣進(jìn)入到進(jìn)氣室3之后會和洗滌液進(jìn)行混合，相對比較粗的塵粒因?yàn)槭艿綉T性的作用而進(jìn)入到液體中，但是相對比較細(xì)的塵粒就會跟隨氣體一起經(jīng)過“S”形葉片通道2（通過速度為18～35m/s），氣體通過通道位置時(shí)會對液體造成比較強(qiáng)烈的沖擊，就會形成非常大量的水花，這樣就能夠和液體進(jìn)行充分的接觸，塵粒就會和液滴充分融合在一起，使空氣得到凈化。得到凈化之后的氣體需要通過氣液分離室10以及擋水板4，在將水滴去除之后排出。和液滴融合后的塵粒會下降到漏斗的底部位置，并且會按照規(guī)定時(shí)間間隔排出。設(shè)備內(nèi)部水位的高低是通過溢流箱8來控制的，在溢流箱的頂蓋上具有自動控制裝置6來控制水位情況，用來確保除塵器的水位處于恒定狀態(tài)，這樣就能夠有效確保除塵效率的穩(wěn)定可靠。若是所用的除塵器體積比較小，那么可以使用比較簡單的浮漂來進(jìn)行水位的控制。針對此項(xiàng)隧道施工通風(fēng)消煙除塵來說，單位長度葉片處理風(fēng)量可以采用5000～6000m3/（h·m）。

4 結(jié)束語

隨著民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的鐵路隧道工程也在飛速增加。鐵路已成為國家實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的重要命脈。對鐵路施工的要求標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高使得施工難度也隨之提高。因此我們必須注意鐵路隧道施工過程中技術(shù)的提高，要準(zhǔn)確把握各個(gè)施工要點(diǎn)，滿足鐵路發(fā)展需求。

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2016-12-10