铁路隧道工程施工技术和机械化配套措施

铁路隧道工程施工技术和机械化配套措施

摘要：现阶段我国在铁路隧道施工中，常用的开挖方法为掘进法、钻爆法、盾

构施工法、沉管施工法等。本文对铁路隧道工程施工技术和机械化配套措施进行

分析，以供参考。

关键词：铁路隧道；施工技术；措施

引言

铁路隧道穿越地层复杂多变，根据地质条件由好（稳定）到差（不稳定）变化，常用的开挖方法有全断面法、台阶法（两台阶和三台阶）、CD法、CRD法、双侧壁导坑工法等[2]。若从施工速度和工程造价考虑，施工工法则按上述顺序选择；若从施工安全方面考虑，选择顺序正好相反。

1洞身开挖的方法

1.1台阶法

Ⅲ级围岩选用台阶法开挖作业。台阶长度为3～5m，周边利用光面爆破的方

式以减少对围岩的震动，同时有效控制基体成型效果。上台阶主要利用风钻进行

钻孔，使用挖掘机挖到下断面，下台阶也是利用风钻进行钻孔处理。使用自卸车

将下断面的出碴运输到指定的场地，以保证施工安全。

1.2三台阶临时仰拱法

Ⅴ级围岩断层途径村庄、道路与水库等区域，可以利用三台阶临时仰拱法进

行开挖作业，该方法的施工流程为：超前支护处理→上方开挖作业→早期支护与

临时仰拱施工作业→中部开挖施工作业→中部支护与临时仰拱施工作业→下部开

挖作业→边墙支护与临时仰拱拆除作业→仰拱浇筑施工作业。

2洞身支护的方式

2.1大管棚施工

隧道的进出口利用大管棚超前支护的方式进行提前支护。大管棚主要运用钻

机打孔，利用注浆泵进行注浆，外插角度在1～3°之间。开挖管棚施工时，需要

预留钻机施工位点，设置导向架与拱套，固定搭设作业区域。成孔技术主要采用

水平钻眼技术，对导管向内进行钻孔处理。

2.2钢拱架施工

钢架安装要符合设计要求，并严格控制误差：横向与纵向误差为±5cm左右，角度误差为±2°左右。钢架末端必须在地表上设立稳定，拱脚高度需小于上部开挖距离。当拱脚开挖深度较深时，可适当增设钢板与混凝土垫块。当超挖量较大时，在拱背喷填同级的混凝土且使支护密贴围岩，严防变形扩散。两排钢架之间用钢

筋相互连接，确保牢固耐用，形成整体的受力结构。

2.3中空锚杆施工

设计时，要准确地绘制出安装在开挖面上的锚孔位置。钻孔方法与砂浆锚固

相同。首先检查风管孔是否符合标准，然后安装锚杆并按设计比例混合灌浆（具

体使用灌浆机进行灌浆，灌浆压力应符合设计要求）。通常，将单根管达到的设

计灌浆量作为最终的设计标准。灌浆压力达到设计的最终压力时间应不少于

20min，否则即使灌浆量仍未达到最终灌浆量也要结束灌浆，不过要确保螺栓孔

浆液已充满。最后，在综合检查确定灌浆质量合格后，利用专用螺母堵住螺栓头，防止泥浆从管道中流出。

3隧道开挖管理监控

在环形开挖法的施工中，其施工质量监管需要从以下几个方面展开：第一，

要做好开挖前的地质勘测工作，对于地质较软的，需要采用注浆方法，以提高地

表稳定性。第二，松散岩体的开挖监管，开挖速度不能过快，开挖面也不能过大，在开挖前还要对施工面采用混凝土保护。第三，对于开挖工作面，要采用钢筋支

架进行连接，做好两侧间距的测量，预留宽阔平整的施工面。

4铁路隧道施工技术应用

4.1全断面开挖技术

在进行铁路隧道深挖施工前，需对隧道进行爆破，该爆破可以沿着隧道轮廓

进行操作。爆破后的隧道会出现一个开挖的工作面，通过对该工作面进行支护及

衬砌修建，完成后续隧道修建工作。

4.2浅埋暗挖技术

浅埋暗挖法目前已广泛应用于我国大部分地铁以及部分公路隧道、铁路隧道、跨江越海隧道工程中,特别是注浆、超前管棚、超前小导管、水平旋喷、冻结、降

水法(轻型井点和深井降水)、降水回灌、管幕支护等辅助工法的进一步发展,拓宽

了浅埋暗挖法的使用范围[1]。目前,我国隧道浅埋暗挖法施工技术处于世界领先水平。

4.3盾构与TBM

经过近20年的引进、消化吸收和再创新,我国盾构与TBM自主制造技术已取

得了骄人成果,国产盾构主轴承取得突破。在盾构国产化方面,我国已掌握土压、

泥水、开敞式和多模式盾构制造技术,自主制造的盾构直径已达到15m级,应用到

汕头苏埃通道的国产泥水平衡盾构直径达15.03m,应用到深圳春风隧道的国产泥

水平衡盾构直径达15.80m(见图8)。我国盾构/TBM制造水平已进入国际前列,自

主制造的盾构占据90%以上的国内市场[12],且已出口新加坡、马来西亚、印度等

多个国家。TBM施工技术方面。近年来,在TBM装备研发、推广应用力度不断加

大的背景下,我国TBM设计、制造及施工技术均有了大幅度提升,应对大变形、岩爆、塌方、突涌水等不良地质的能力有所提高,刀盘适应性设计及关键参数研究有

所突破,已研制出能适应复杂地质条件的高适应性TBM并应用于高黎贡山隧道工程。

4.4隧道运营养护

我国已开展隧道病害检测评估、维修加固与养护管理技术的研究,包括:公路隧道健康诊断应用技术、公路隧道建设的数字化技术、公路隧道结构安全与健康状

态标识系统。重点建立了隧道结构健康长期监测系统和检测评价模型,研发了集成

面阵相机、激光扫描仪、红外热成像仪和地质雷达等的非接触式隧道病害检测雷

达车,开发了多个基于多维海量信息的隧道大数据建设与养护管理平台。

5隧道的机械化配套措施

5.1开挖施工中的机械化配套

在进行隧道开挖的过程中，可运用多功能施工设备对隧道进行钻爆。其机械

化配套设施的使用，需判断隧道断面的高度，后利用台架的各作业面，使用人工钻、喷锚支护的方式，完善后续支撑及安全保障工作。在工程开展的过程中，可

将风动凿岩机安置在台架上，完成隧道钻进的工作，还可运用液压凿岩台车进行

钻孔作业，最后通过人工装药的方式进行爆破与开挖工作。

5.2初期支护的机械化配套

在对隧道进行支护过程中，利用锚喷进行支护是初期隧道有效的一种手段。

需在工作面配备3~4台混凝土喷射机，通过喷射混凝土的方式满足支护要求。还

可以运用强制式搅拌机与喷射混凝土相互搅拌，再运用有轨或无轨运输方式完成