铁路隧道开挖安全施工技术
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摘 要：近年来，随着国内高速铁路的飞速发展，隧道已经成为铁路建设的一个重要组成部分。但是由于铁路隧道比例大、断面大、地质结构复杂，因此增加了工程的施工难度。为了达到铁路隧道工程施工技术的具体要求，加强施工管理，保证工程质量，确保施工安全，通过对国内部分已建和在建铁路大断面隧道的施工总结，并结合实际工作中的一些生产实践，论述了大断面隧道的施工技术特点，作出了深入的分析与探讨，为今后类似施工提供了良好的借鉴。
中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：
现代铁路隧道必须加强施工管理，强化资源配置，要坚决按照“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌”的施工原则来施工。高度重视爆破方案与施工通风方案设计，加强支护，进行地质分析与监控量测工作，做好各项施工预案，正确选择施工方法，为安全、优质、快速施工创造条件。
1 工程概况
新复村隧道位于云南省嵩明—昆明南区间，为单洞双线隧道 ， 左 右 线 线 间 距 为 5.0 m， 全 长 890 m， 起 讫 里 程 为DK1155+695～DK1156+585，全隧位于半径 R=9 000 m 的左偏曲线上。全隧全部为Ⅳ、Ⅴ级围岩，隧区处于云贵高原侵蚀构造中低山区，区内地形总体为东高西低，基岩多。现阶段掌子面施工至 DK1155+825，围岩为玄武岩，弱风化带 W2，节理发育，岩体完整性较好。经超前地质预报 TSP 及加深炮孔探测，围岩具有一定自稳能力，洞身埋深约为 32 m。从掌子面至隧道进口明暗交界处 DK1155+745 洞身埋深逐渐变小，最小埋深约为 5 m，其中 DK1155+745~+794 段洞身处于玄武岩强风化带（W4），节理发育岩体破碎，为坍塌高风险段落。
2 隧道力学的特征和施工特点
2.1 力学特征
①与之前的工艺工法建设的铁路隧道相比较而言，高速铁路客运专线的大断面隧道，开挖跨度大，高度比较高，隧道拱顶比较不稳定，拱顶岩块崩塌的可能性比较大，拱顶的围岩有拉应力区的存在；②标准相对较高的围岩强度或比较好的地基承载力，隧道的拱脚和边墙脚处应力集中会更加严重；③辅助施工的措施要求更高，松弛压力大，浅埋隧道的埋深范围大，产生拱作用要求的埋深较深；④开挖以后，围岩自稳的要求标准围岩强度要更高，隧道周围围岩呈现出大范围的塑性化和更大的变形。
2.2 施工特点铁路大断面隧道施工非常复杂，施工中要严格按照“管超前、短开挖、弱爆破、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、勤量测、速衬砌”的施工原则组织施工，认真对待堆积体、浅埋处、破碎地带和洞口处，高速铁路大断面隧道施工办法的确认、隧道的稳固与安全的确定性，包括围岩的全面性，还有围岩本身的强度性。
3 确保隧道施工安全的主要技术措施和保证措施
3.1 主要技术措施
隧道施工监控量测的主要目的包括围岩及支护状态观察、拱顶下沉、周边收敛、地表沉降，观察记录工作面的工程地质与水文地质情况，作地质素描。观察开挖面附近初期支护状况，判断围岩、隧道的稳定性和初期支护的可靠性。在隧道施工期间实行监测，能够提供及时、可靠的信息用以评定隧道在施工时的安全性，准确地预报可能发生的安全隐患，便于及时做好有效地应对措施，避免事故的发生。
监控量测应做好以下几方面的工作：①将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中作为一个重要的施工工序来抓，并保证监测有确定的时间和空间；②制订切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划；③施工监测紧密结合施工步骤，监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响，据此优化施工方案。
3.2 地质超前预报
本段钻探为 ZT-1，利用 TY28 气腿钻机钻设超前地质探孔，每次在上台阶拱顶、左右两侧拱腰各钻一个超前水平地质探孔，孔径 42 mm，长度 6 m，探明前方实际地层情况，明确隧道顶部的工程地质和水文地质条件。本段物探为 WT-1，利用 TSP203PLUS 地震波地质预报系统，TSP 采用回声测量原理，对开挖进行地质预报，进一步核实地质资料。预报结果为：D1K1155+830～D1K1155+745 段围岩岩体岩性较目前掌子面岩体岩性稍好，该段围岩岩性相对稳定，无大的地质突变，节理裂隙局部发育，以闭合发育为主，局部围岩较破碎，在 D1K1155+800、+786 段附近存在少量裂隙水。
3.3 本段断面设计参数
DK155+745~ DK1155+794 段设计为Ⅴ级 0.3 g 抗震设防复合式衬砌断面，按施工预留断面加宽 15 cm，参照新建铁路沪昆客运专线长沙至昆明段沪昆贰隧参 01-41 图，每延米隧道总开挖量 154.61 m3。开挖高度为轨面以上 10.11 m，轨面以下 3.24 m；最大开挖宽度 15.26 m。
3.4 支护参数
3.4.1 超前支护
DK1155+745~+775 段超前支护为大管棚增设 45°大外插角小导管设计，参数为：①导管规格：外径 108 mm，壁厚 6 mm；孔口管：热轧无缝钢管，外径 133 mm，壁厚 5 mm。②管距：环向间距40 cm。③倾角：外插角 1 °～3 °为宜，可根据实际情况作调整。④注浆材料：M35 水泥浆或水泥砂浆；⑤设置范围：拱部 150°范围；⑥管棚单根长度：35 m。⑦管棚数量：50 根。⑧外插小导管：外径42 mm，壁厚 3.5 mm，L=4 m，纵向 2.4 一环，环向间距 0.4 m。DK1155+775~+799 段超前支护为中管棚增设 45 °大外插角小导管设计，参数为：①导管规格：外径 76 mm，壁厚 6 mm；②管距：环向间距 40 cm；③倾角：外插角 10 °～15 °为宜，可根据实际情况作调整；④注浆材料：M35 水泥浆或水泥砂浆；⑤设置范围：拱部 150 °范围；⑥中管棚长度为 8 m，每环设置 50 根，纵向 6 m一环；⑦外插小导管：外径 42 mm，壁厚 3 mm，L=4 m，纵向 2.4 m一环，环向间距 0.4 m。
3.4.2 初期支护
本段设计为Ⅴ级 0.3 g 抗震设防复合衬砌断面，支护参数为：钢架采用Ⅰ22a 型钢架，间距 0.6 m，钢架间采用 φ22 钢筋连接，间距 50 cm 错开布置；φ8 钢筋网网格间距 20 cm×20 cm；拱墙锚杆长 4 m，环纵间距 1.0 m×1.0 m，拱部 140 °设置 φ25×7 中空注浆锚杆，每环 18 根，边墙系统锚杆由 φ22 砂浆锚杆调整为φ42 小导管，每环 10 根，布置参数不变；初期支护厚度 28 cm；上下台阶每侧拱脚以上 50 cm 位置安装 2 根 φ42 mm 锁脚锚管，长度 4.5 m，与钢架采用“L”钢筋焊接。
3.4.3 临时支护
临时支护采用Ⅰ18 工字钢，每 2 榀设置一处，与钢架连接处均设钢垫板（24cm×30cm×1.6cm），φ8 钢筋网网格间距 20cm×20cm，混凝土喷射 10 cm 厚。
3.5 洞身开挖
DK1155+745-DK1155+794 段洞身位于 W4 段，采用新奥法施工。开挖方法采用台阶法加临时仰拱。按照“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭”施工原则施工。严格按照铁道部 120 号文件执行，上台阶每次开挖进尺不得大于 1 榀钢拱架间距，边墙每次开挖进尺不得大于 2 榀钢拱架间距，仰拱施作要及时跟进。
4 结束语
经过对铁路隧道施工技术的总结，铁路隧道施工须严格地按照“预报超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌”的原则来施工。正确选择爆破参数、合理控制开挖进尺、加强支护是隧道施工的核心工作。地质分析、强化资源配置、认真执行各项技术规范，是隧道施工安全的重要保障。
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