铁路隧道施工中存在的技术问题及解决策略研究

摘要：铁路隧道的施工技术一直是铁路施工的重中之重，对施工效率和施工质量有比较大的影响。虽然在隧道施工方面已经有了丰富的施工经验，但是在施工管理水平和安全水平方面还需要进一步完善。基于此，文章对铁路隧道施工中的技术问题和策略进行了研究。

关键词：铁路隧道施工；技术问题；解决策略；施工效率；施工质量 文献标识码：A

中图分类号：U231 文章编号：1009-2374（2016）27-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.048

铁路工程在设计的过程中，隧道工程所占的比例越来越大。虽然在隧道施工方面已经有了丰富的施工经验，但是在施工管理水平和安全水平方面还需要进一步完善。我国目前主要使用钻爆法进行施工，所有的配套技术和信息化技术也是围绕此技术来开展的。

1 隧道施工的基本现状

铁路作为我国主要的交通运输方式，具有运输速度快、货运量大、运输路线长等优点。由于我国地域广袤，地貌形式多样，在修建铁路时，受河谷、高山等自然因素的影响比较大。为了节约运输成本、缩短运输距离，对于一些特殊的地貌环境就需要打通一个隧道。在隧道施工时，受技术和环境的影响比较大，如果施工技术出现问题，轻则导致工程进度减慢、机械设备损坏等事故，重则导致隧道坍塌，造成了严重的经济损失，对施工人员的人身健康造成了威胁。

2 铁路隧道施工需要解决的技术问题

2.1 爆破精细控制技术存在的问题

在隧道施工中，隧道开挖是一个关键技术。在开挖的过程中，主要分为爆破控制技术和机械开挖技术，为了将机械设备的技术优势充分发挥出来，对隧道的开挖的安全性和开挖效率进行提升，减轻施工人员的作业量，在开挖的过程中，多使用全断面开挖的方法进行施工，其中软弱围岩加固全断面开挖技术和精细爆破技术是最具代表性的开挖技术。对于石质围岩隧道来说，主要有以下两个方面的问题：（1）使用台阶法进行开挖施工，无法满足隧道施工安全的相关要求；（2）爆破控制能力差，光面爆破效果不达标。对隧道开挖的安全性造成了影响，并且还存在隧道开挖的情况，据调查显示，由超挖导致的二次衬砌混凝土和支护混凝土超设计的使用量大约占使用量的31%，并且还造成出碴量增加，加大了项目成本的控制压力，导致支护背后存在严重的质量安全事故。

2.2 掌子面和仰拱协调性问题

隧道仰拱是衔接二次衬砌和初期支护的工序，直接影响了隧道的工序安全和施工质量。目前在隧道施工的过程中，由于缺乏良好的配套设备和施工技术，一般使用增加仰拱一次施工的施工长度或多开工作面的方法来对仰拱施工的施工效率进行提升。但是这两种方法的施工工序存在比较大的干扰，在洞内组织施工时有一定的难度，并且附加成本高，无法保证仰拱施工进度和施工质量，对防水系统造成了严重的影响，对二次衬砌施工的后续施工进度造成了影响，安全步距无法达到施工要求。

2.3 隧道的开挖技术存在的问题

在开挖隧道时，当围岩的级别在Ⅲ级以上时，使用全断面施工的方法不仅可以提高施工效率，而且可以节约施工成本。但是在开挖Ⅴ和Ⅳ围岩时，使用台阶法进行施工可以促进循环作业，无法保证施工成本和施工进度，存在一定的安全隐患。调查证明，过长的开挖隧道是导致隧道出现事故的一个主要因素，为了保证隧道的安全性，在隧道施工时，对隧道掌子面和仰拱之间的距离要求日益严格。

目前，在隧道施工中，不管围岩是否具有良好的稳定性，如果使用短台阶法进行施工，下台阶和上台阶无法同时进行施工，降低了施工效率，影响了施工进度；如果使用长台阶法施工无法达到施工安全距离的相关要求。为了对铁路隧道的施工要求进行贯彻，就需要对开挖技术进行改进。

2.4 隧道沟槽施工技术存在的问题

隧道沟槽在施工的过程中，由于混凝土的轮廓线条，施工的断面比较小，施工难度大。但是作为形象工程，水沟电缆是电力、信号、通信的直接载体，其表观质量和实体质量对隧道工程的使用功能和外观形象有比较大的影响。在轻附属、重主体思想的影响下，沟槽施工一直没有开发出良好的配套设施。由于使用小块组合钢模板分段施工的方法进行施工，存在施工工序复杂、整体性差、施工效率低、循环时间长等问题，施工质量和外观质量无法达到规定要求，施工成本也比较高。

2.5 混凝土湿喷工艺存在的问题

在铁路隧道支护的过程中，混凝土喷射是一个主要的施工工序。为了保证施工人员的人体健康，控制混凝土的施工质量，根据规定要求应使用湿喷工艺进行混凝土的喷射。在目前的技术基础上使用湿喷工具进行喷射时，需要对以下两个问题进行解决：（1）和天然砂相比，机制砂在技术指标上无法达到要求。也就是说，要想保证机制砂达到设计要求，需要对机制砂进行水洗，而机制砂经过水洗后，拌制的混凝土和易性和级配不好，泵送效果差；（2）相对于干喷工艺来说，湿喷工艺的成本要高出很多，如果优先使用湿喷工艺，会对经济效益造成比较大的影响。

2.6 空气净化技术和通风技术存在的问题

当前，我国的隧道施工主要是使用钻爆法进行施工，为了保证施工人员的生命健康，需要做好通风防尘工作，同时通过防尘技术也反映了隧道的施工水平。虽然巷道式通风技术和压入式通风技术是两种比较成熟的技术，但是由于隧道施工过程中，开挖支护作业台会行走，爆破时会产生大量的飞石，通风管无法达到掌子面，再加上风管距离过长，存在漏风的情况，无法保证工作面有充足的空气，洞中的空气质量达不到规定标准，严重危害了洞中施工人员的身体健康。

调查显示，在一线施工的工人中，大约有3.5%的工人患上了肺部疾病，仅仅比煤尘污染低0.3%。此外，站在经济学的角度来看，在长大隧道数量不断增加的情况下，需要从几千米以外的洞口将空气引入，能耗和通风阻力非常大，如果只是使用通风的方法是不能保证洞中空气质量的。由于通风成本比较高，为了节约成本，会降低通风时间，导致洞中的空气进一步恶化。

3 隧道施工中技术问题的解决措施

3.1 使用微台阶施工技术

为了可以达到爆破效果，控制好围岩爆破过程中造成的干扰范围，使用精细爆破施工技术。利用悬臂拼装式台架来达到上部台阶和下部台阶出碴和凿岩爆破的同步性，在台阶法开挖中应用全断面开挖工艺，对Ⅴ、Ⅳ级石质围岩隧道开挖工序和开挖进度之间的矛盾进行了解决。

3.2 使用仰拱快速施工设备

为了解决隧道施工过程中掌子面和仰拱施工进度不一致的问题，对传统施工隧道的施工模式进行了调整，并将其作为保证施工质量和施工进度的基础。在施工的过程中，仰拱快速施工设备主要包括中心沟模架、走行设备、端头梁、仰拱模架、仰拱栈桥五个部分，通过使用快速施工设备可以提高隧道施工效率，一个工作面在一个月可以完成190～310m，模板可以随意移动，劳动强度降低，提高了施工的机械化水平。在对模板进行定位时，不需要对钢筋进行加固，降低了人力成本，工程质量明显提高。另外，各个施工工序之间衔接更加容易，可以保证仰拱、掌子面以及二次衬砌施工工序的安全步距，对洞中的工序分区和施工组织进行了优化，提高了施工的安全性和标准化。

3.3 配合使用通风设备和空气净化设备

为了节省施工成本，对隧道洞中的施工质量进行改善，要将支护作业面设置在污染源集中的位置，配合使用通风设备和空气净化设备，从而进一步改善隧道中空气的质量。除尘效果良好的设备可以达到99%以上的除尘效率，可以有效地将隧洞中的大多数污染源除去，空气净化后可以将空气返回到工作面，进而降低通风量。研究证明，循环风后，可以节省60%以上的功率，由此可以看出，通过将通风设备和空气净化设备进行配合使用，除了可以取得良好的社会效益外，还可以取得良好的经济效益。

3.4 进行沟槽配套工艺和配套设备的开发

通过开发新的隧道沟槽工艺技术和配套设备，对隧道沟槽施工前期存在的问题进行了解决，取得了良好的应用效果，彻底解决了沟槽施工前期存在的问题，如图1所示。市场应用证明，此设备可以使隧道侧沟、中心水沟、电缆槽的施工变得更加便捷，产品生产完成后，作业面整洁，结构更加美观，在施工工期、施工质量、施工成本、人性化管理等方面都取得了良好的施工效果。

4 结语

综上所述，本文主要对我国隧道施工技术存在的问题进行了探讨，并提出了具体的解决措施。通过在工程中进行应用，取得了初步应用成果，提高了施工质量和施工效率，经济效益良好。

参考文献

[1] 高荫桐，刘殿中.试论中国工程爆破行业的发展趋势 [J].工程爆破，2010，（4）.

[2] 习仲伟.我国交通隧道工程及施工技术进展[J].北京 工业大学学报，2005，（2）.

[3] 夏永旭，杨忠，黄骤屹.我国长大公路隧道建设的有 关技术问题[J].现代隧道技术，2001，（6）.

[4] 陈永照.高速铁路隧道仰拱衬砌结构力学特性及快速 施工技术研究[D].中国铁道科学研究院，2012.

作者简介：李学春（1973-），男，山西平陆人，中铁十二局第一工程有限公司工程师，研究方向：路桥施工技术。

（责任编辑：小 燕）