铁路隧道安全进洞施工技术攻关

铁路隧道安全进洞施工技术攻关铁路隧道安全进洞施工技术攻关摘要：伴随着我国国民经济的快速发展,人们生活水平逐步提高，铁路成为了国家发展的主要交通渠道。我国幅员辽阔,地质地形复杂,铁路线路相比较长,在工程项目施工中经常遇到穿越隧道的现象,给施工带来一定程度的难度。因此,逐步优化铁路隧道施工技术,提高铁路工程整体的质量水平是十分必要的，是当前社会关注的热点话题。本文主要介绍了进洞施工、安全进洞施工技术要点以及施工工艺及质量控制要点。关键字：铁路隧道安全进洞施工技术攻关中图分类号：U45文献标识码：A引言：铁路隧道是铁路线路在穿越天然高程或者平面障碍时修建的一种地下通道。高程障碍指的是地面起伏较大的地形障碍，比如分水岭、山峰、丘陵与峡谷。平面障碍指的是江河、湖泊、海湾、城镇、工矿企业与地质不良地段。铁路隧道是克服高程障碍的有效方法，有时甚至是唯一的方法，这种地质地形要求隧道要做好技术方面的工作。一、进洞施工在分别作好以上准备措施与洞外工程施工完成后，开始进洞施工，施工中坚持“短进尺、少扰动、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则。洞身开挖施工方案：洞身开挖采用交叉中隔壁施工方案，在超前大管棚的“保护下”将传统的上导洞改为弧形导洞，开挖过程中先从侧壁弧形开挖，预留核心土，及时进行初期支护以及临时钢架支护。左侧上导坑①部开挖及支护左侧上导坑①采用人工配合挖掘机进行开挖施工，挖掘机开挖预留50cm左右厚度，人工开挖修边。当洞口段沉降较快时，挖掘机的开挖扰动及挖掘机机身的移动都会对洞口稳定造成破坏，此时要完全采用人工开挖。拱部开挖进尺保持不超过1榀拱架间距(60cm)。每开挖一个循环，立即素喷4cm厚C25早强混凝土，封闭开挖面。架立型钢钢架I25和I18临时钢架，钢拱架底脚垫5cm厚松木板。木板在开挖中导坑时去掉。架设拱架拱脚以上50cm处，紧贴钢架两侧按斜向下倾角45°打设2根锁脚锚管，锁脚锚管为Ф42无缝钢管，单根长4m。锁脚锚管采用采用U形钢筋与钢架牢固焊接牢固，安设I18钢架竖撑及横撑。每两榀钢拱架间采用Ф22纵向连接钢筋连成整体，环向间距1.0m。挂设Ф8钢筋网片，网眼间距20cm，预留1个网眼尺寸与下一循环搭接焊接，复喷混凝土至设计厚度。左侧中导坑②部开挖及初期支护，在滞后于①部3米后，机械开挖②部，人工配合整修，必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。开挖修整至设计轮廓后施作②部导坑周边的初期支护和临时支护。左侧中导坑边墙打设Φ22普通砂浆锚杆，3.5m/根，1.2*1.0（环*纵）。架设拱架拱脚以上50cm处，同①部打设2根锁脚锚管。锁脚锚管与钢架牢固焊接。同①部焊接Ф22纵向连接钢筋，挂设Ф8钢筋网片。右侧上导坑③部开挖及支护，在滞后于②部3米后，机械开挖③部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同①。右侧中导坑④部开挖及支护，在滞后于③部3米后，机械开挖④部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同②，及时进行围岩监控量测。左侧下导坑⑤部开挖及支护，在滞后于④部2米后，机械开挖⑤部，人工配合整修。开挖修整至设计轮廓后施作⑤部导坑周边的初期支护和临时支护。架设拱架拱脚以上50cm处，同①部打设2根锁脚锚管。锁脚锚管与钢架牢固焊接。接长I18钢架竖撑。同①部焊接Ф22纵向连接钢筋，挂设Ф8钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度。右侧下导坑⑥部开挖及支护，在滞后于⑤2米后，机械开挖⑥部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同⑤。图为开挖工法正面示意图：二、安全进洞施工技术要点（一）地表加固措施铁路隧道开工会伴随着出现失稳塌方情况，特别是在雨季施工，地表土体容易受到雨水冲刷与洞内施工，使隧道顶覆盖层更加减小，增大偏压荷载。因此，根据施工的实际地质状况与施工外部环境而采取地表加固技术。施工工艺：隧道开挖轮廓线与地表最小距离大于4.5米，地面坡度缓于1：0.8的碎石土质地段属于一般情况下的浅埋偏压隧道施工，具体加固的方法是：挂φ8钢筋网一层,网眼间距20×20cm和一层φ22钢筋骨网，间距是60×40cm，挂双层钢筋网后喷混凝土封闭地表。施设φ42注浆小导管，小导管间距1.0×1.0m，长5至8m。小导管压注水泥-水玻璃双液浆固结覆盖土层，减小由于隧道施工引起的地表沉降，以保障安全施工。施工质量控制的要点如下：（1）洞身覆盖层厚度小于小导管的长度时必须调整小导管的长度，防止小导管端头侵入隧道开挖轮廓线内。地表加固必须超前洞内施工10米距离，地表加固后再组织洞内开挖作业。（2）小导管用凿岩机钻孔，当坡面较陡无法直接操作时可搭设脚手架平台。小导管要比喷射混凝土面高出10到15cm，并用塑料布或者棉絮等材料封住管口，防止混凝土作业时堵塞导管，影响注浆时的进浆效果。（3）喷射混凝土作业时从上到下进行，从洞口向大里程方向分段施工。以保证减少喷射混凝土回弹料落入未喷面的量。（4）地表分片分段清理，清表一段及进行封闭一段，不可一次性大面积清除地表，防止混凝土封闭不及时造成下雨冲刷使边坡失稳。（5）混凝土凝固后加强洒水养护，尤其在晴天有太阳照射时必须保证每天洒水5次以上。（6）地表加固后在洞顶地面布置沉降观测点，当洞内开挖掌子面里程到观测点断面里程时开始进行地表沉降的观测。（二）大管棚预注浆进行超前支护1.管棚支护的设计，管棚支护的设计参数主要包括：钢管直径、长度、间距、仰角、水平搭接长度、钢架间距、注浆参数等，当需要增大钢管的强度和刚度时，可在管内设置钢筋笼而后用水泥砂浆填充。管棚用钢管直径宜为φ70-φ127mm，钢管中心间距宜为管径的2到3倍，管棚长度应根据地层情况选用，不应该小于10m，纵向两组管棚的搭接长度应大于3m，实际施工中可按具体情况作出调整。2.钻孔。钻孔前，先检查钻机各部位运转是否正常,对非正常部位进行更换,检查水压能否达到施工要求，钻孔时一定要按设计位置开钻。比如，设计位置开钻困难时要采取辅助的措施。钻孔根据情况确定是否加泥浆或者水泥浆钻进,当钻至砂层易坍孔时,应加泥浆护壁方可继续钻进。比如坍孔较严重时,可以加水泥浆或化学浆液护壁继续进行，如果不能成孔时,可加套筒或者将钻头直接焊在钢管前端钻进。钻孔速度应该保持为匀速的,尤其是钻头遇到夹泥夹沙层时,控制钻进速度,避免发生夹钻现象。为了避免钻杆太长,钻头因自重下垂或者遇到孤石钻进方向不易控制的现象,开钻上挑角度控制在3°到5°之间,并且随时检查角度值与钻进方向安设管棚、钢筋笼孔钻好后及时安设管棚钢管,避免出现坍孔。（三）边、仰坡开挖的要点1.洞口刷坡按设计要求，先测量放样，然后从上到下分层开挖，开挖使用人工配合挖掘机来进行。2.开挖前，先修筑边仰坡截水沟与清除洞口上方有可能滑塌的表土、灌木以及山坡危石。只要是能用十字镐、风镐挖动的，就不使用爆破的方式。比如，遇钙质结核土层需爆破时，最好采用的是弱爆破，严格地控制药量，运用光面爆破、预裂松动爆破技术，控制超欠挖，减少对围岩的扰动与影响。3.开挖后，及时施作临时防护与进行锚喷挂网支护。安装锚杆及钢筋网，在岩面上确定锚杆孔位，进行钻孔，钻孔完毕后应将孔内岩粉吹干净，经过监理工程师检查确认，安装锚杆，同时在钻孔内灌注水泥砂浆。挂网应与原坡面保持间距，喷射砼应该至少保持在3至5cm间距，不能使网紧贴坡面，采用与锚杆端头先绑扎来固定，然后焊接牢固的方法来挂网。喷射砼前的准备工作与受喷面的处理：清理防护岩面杂物，清除浮石以及松动的岩石。用高压水、高压风清除杂物,用高压水冲洗岩面，并且使岩面保持一定的湿度。设置控制喷层厚度标志，按照设计厚度在岩面上打入短钢筋，标出刻度以此来做为标记。施工工艺及质量控制要点1.地表注浆加固。主要目的是为了防止在开挖过程中地表出现坍塌等现象而采取的措施，为了防止在注浆过程中出现冒浆现象一般在经过处理的地表设置20-30cm厚的钢筋混凝土层以作为注浆的止浆层并作为后期施工的防水面，注浆需设置孔口管，其一般采用钢花管，管身钻孔呈梅花型布置，孔径一般在8-10mm范围内，间距一般为1.5cm，全部注浆管安设完成后方可开始注浆以保证注浆不间断，开始时用1.5倍注浆终压对系统进行吸水试验检查是否正常，试运转时间一般为20min，浆料配置按照填料先轻后重的顺序添加，注浆过程中应该先注最外侧两排孔，再依次向里推进，每排孔施工时应先进行两端孔后间隔交错灌注。2.超前支护。一般隧道施工仅在洞口施作大管棚，洞内一般采用小导管代替以防止隧道拱部坍塌以及抑制地表沉降，小导管一般使用现场加工后用来喷射混凝土封闭岩面，采用凿岩机钻孔后将小导管打入岩层，再采用注浆泵压注水泥浆，施工中钻孔深度、角度及密度等均应符合设计要求，这个阶段注浆是在地表加固注浆后的岩体内注浆，以进一步增强隧道围岩的完整性、抗渗性与承载强度，浆液是水泥浆液，施工中采取浆液由稀到浓一步步的变换，在土层内注浆压力不小于2.0Mpa，其余地段注浆压力不小于1.0Mpa。注浆过程中位避免发生串浆现象一般在有多台注浆机同时施工的条件可采取多台同时注浆，如果注浆机较少则可将注浆孔及时堵塞，待轮到该管注浆时再拔下堵塞物，并先用铁素或细钢筋将管内杂物清除干净并用高压风或水冲洗干净后再进行注浆。如果发生进浆量很大但系统压力不升高则应调整浆液工作性能，缩短胶凝时间，采取小泵量低压力注浆或间歇式注浆以使浆液在裂隙中有相对停留的时间便于凝胶。3.三台阶法施工。上台阶施工，用钻机将小导管从钢架腹部顶入后与钢架焊接在一起，它的外插角一般为10-15°。上循环初期之后，加注单液水泥浆，它的强度达到设计要求后方可以进行开挖，开挖一般采取人工风镐配合挖掘机同时开挖以达到减少对围岩的扰动的作用，开挖应严格遵守“短进尺、强支护”的原则，每循环进尺应控制在0.6m范围内，开挖完毕后应立即喷射混凝土进行封闭，喷射厚度一般为4cm，然后进行钢架架立、挂钢筋网施工。最后，分层分片进行混凝土喷射至设计厚度，在退后掌子面2榀拱架处开始施作临时仰拱以及扇形支撑，挂网喷射混凝土只是在竖撑与临时仰拱进行，竖撑采用一面关模喷混凝土，斜撑则只施作连接钢筋内外较差布置。中下台阶施工，该段施工一般采用挖掘机和装载机作业，一般先对开挖面前3至5m范围内围岩做超前坍孔以及时发现不良地质地段，并且采取加强措施防止工作面坍塌。对管式注浆锚杆、超前钢插管注浆时应该控制好水灰比以及注浆压力，来确保注浆饱满。工作中，一般拱顶的注浆压力不超过2Mpa，拱脚注浆压力不低于1.5Mpa。4.中间支护系统的拆除。拆除时间应该结合它对后续工序的影响并同股沟围岩监控量测确定，应该保证其变形处于允许范围内才可以进行，其中临时支撑可在仰拱混凝土浇筑前一次性拆除，具体拆除长度应该依据仰拱浇注长度确定，对中隔壁混凝土拆除时应防止其对初期支护形成的振动与扰动，一般采用风镐从上到下逐一拆除钢支撑之间的喷射混凝土和临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土，最后将钢构件采用气焊割断。5.明挖段施工。压顶梁施工，其为条形承台基础，其施工工艺一般为测量放线-基坑开挖-桩头剔凿-混凝土垫层浇筑-钢筋绑扎及模板支护-混凝土浇筑及养护等。因为它作为初期支护的一部分，因此内侧模板一定要定位十分准确，并且要严格控制其道隧道轴线距离，以防止距离过小入侵二衬，距离过大导致护拱拱架无法与其正常连接。护拱施工，一般用工字钢作为主架，拱架间距辅以钢筋网，拱架内侧全部挂模，外侧则从压梁顶到1/3弧长范围内挂模，为了避免施工时发生漏浆现象，模板安设时一定要紧密，对过大的缝隙要提前用锚固剂或者水泥砂浆封堵。片石混凝土回填，护拱施工完成后并达到一定强度后即可进行片石混凝土回填，回填也应采取对称回填，应控制拱圈两侧高差在0.5-0.8m范围内，单层回填厚度不超过1.0m，回填一般采用人工与机械配合回填，片石间应留有空隙以便让混凝土将片石完全包裹以保证回填段施工质量。混凝土浇筑，浇筑前应该在拱圈内采取必要的支撑措施来增加拱架的稳定性，施工用混凝土应严格控制水灰比、坍落度，避免混凝土离析，大量浆液从模板缝渗漏，浇筑应采用对称浇筑的方式以免单侧混凝土压力过大导致拱架失稳。6.降排水施工。施工降排水的原则是分段截留、排堵结合、综合治理，为了防止夯管施工中导致地层液化及地下水土流失而在夯管施工前在隧道两侧地面布置两排深井降水。在三部台阶施工中，一般采用洞内轻型井点补充降水方式以防止出现涌水流砂现象。排水可以采用在隧道开挖时将底部开挖成人字坡，两边靠近墙侧设置排水沟的方法，隧道下台阶施工则可采取用水泵将积水抽到临时集水井内，集水井一般设置2级水仓，从隧道各处抽来的水先排放到一级水仓内，再经过沉淀后自动流入二级水仓，然后再抽排到洞外排放。结束语：近几年来，在铁路施工中经常遇到浅埋偏压隧道，浅埋隧道进洞施工又常常容易破坏山体边坡稳定，引起塌方与延误工期，甚至严重的还会造成安全事故。因此，做好铁路隧道施工技术攻关，安全