中铁十二局集团第二工程有限公司 山西太原 030032
摘要：随着我国经济的不断发展，人民生活水平日益提高，对交通发展也提出了更高的要求。铁路是国家经济发展的重要渠道，是国家经济不断进步的重要命脉。本文介绍铁路隧道施工时开挖掘进的几种方式和设备，并结合具体的工程示例，分析开挖掘进技术的应用，并对开挖掘进技术在铁路隧道工程中进行展望。
关键词：铁路隧道；开挖掘进；技术应用
伴随着时代的进步，在全世界铁路隧道的发展中，有两个非常明显的趋势；1、隧道越修越长；2、在铁路隧道的建设中越来越多的是跨水域隧道。这是由于经济不断的发展并且人们的生态理念在不断发展，对交通运输提高了更高的要求。
铁路隧道在交通线路上扮演着很重要的角色，是一种重要的结构工程结构物，即使铁路隧道的成本巨大，但是对于经济，社会和技术的作用是不可或缺的。利用长隧道摆脱地性对施工的影响，在修建高速铁路时显得尤为重要。采用长隧道有几点优势：1、使线路平直少走弯路，尽可能的将道路长度缩短2、在修建线路过程中，避免不同地区的不良地质条件对线路产生不利影响，这样可以提高线路标准3、将道路长度缩短，尽可能的减少不良地质条件，可以节约施工成本，缩短施工时间。所以，长隧道方案对于越岭线和河谷线都有着极大地优势。从生态和战争的角度考虑，修建隧道而不是从地面上修建线路可以更好的保护地表的自然环境，避免开挖路堑，少破坏地面植被，对水土保持和维持生态平衡，以及抵御自然灾害和战争威胁十分有利。在跨越通航的江河、海峡时修建水底隧道也有桥梁无可比拟的优点[1]。
1 铁路隧道开挖掘进特征
铁路隧道的开挖掘进方法施工中主要包括钻爆法掘进和掘进机法掘进。钻爆法开挖掘进的方法可分为全断面法、半断面法、小导坑法、台阶法和分部开挖法。掘进机法则主要采用各种类型的掘进机、劈岩机、盾构等直接开挖。
第一种方法需要首先进行打眼，然后放炮掘进，目前修建隧道一般采用其与新奥法相结合的方法，新奥法就是从现有的工程经验和工程附近岩土岩石的状态出发，通过喷射混凝土和使用相应的锚杆来使周围的围岩加固变牢，这样就能使围岩的承载能力大大的提升，从而对修建的铁路隧道进行对应支护的方法。在对铁路隧道进行施工的时候，爆破是重点，与施工开挖的方式，爆破的参数设置，还有用来爆破对应的钻孔都有关系，必须由具有丰富经验的工作人员完成，而且在设计爆破时要充分考虑围岩的状况，开挖施工的时候选择的钻孔设备必须符合围岩的情况。针对不同的围岩采用不同的方法，如在开挖Ⅳ、Ⅴ级围岩时可采用台阶法，开挖Ⅱ、Ⅲ级围岩时可采用全断面法，一些特殊地质铁路隧道也可采用中壁法进行开挖。钻爆法需要投入比较少的资金，技术不是特别难操作，能够适用于更多的地形，受断面形状的影响较小，尤其适合一些软岩石层、断岩石层的铁路隧道，且复杂的综合性较强的铁路隧道更能体现其灵活多变性，就是该方法的超欠挖是不可避免的，劳动的强度较大，可能引起地面沉降和坍塌[2]。
铁路隧道的掘进机主要包括盾构和TBM，不同的岩石状况采用不同的挖掘机，对于软土层隧道我们多采用盾构，对于岩石层隧道则采用TBM。考虑到隧道围岩能否挖掘就要考虑很多因素，如围岩的单抽抗压强度和耐磨性，采用掘进机开挖软性围岩，可以更加有效地保证围岩的稳定性，防止隧道坍塌，对围岩的影响能够降低到最小程度，这样就保证了施工者的安全。掘进机开挖铁路隧道方法多采用两步台阶法开挖，不同的开挖高度则要选择不同的方法，主要是要通过岩石地质分析和掘进机的选择来确定开挖高度，而地质条件也影响了台阶长度，对于一般的地质采用长台阶，但是对于地质条件差的隧道可采用中长台阶法或者短台阶法开挖。
隧道开挖的主要方法从很久之前就是选择的是钻爆法，随着技术不断进步，人们能够更好的控制爆破，还有喷射锚固技术的跟进以及一些加固技术的应用，钻爆法也得到了一定的改进，技术的进步使工期不断地缩短，也减少了施工工序，对于降低成本，施工者的安全得到了相当大的提升。然而相对掘进机法来说，现代的机械化程度还是较低，速度跟不上，比较滞后。掘进机法开挖其效率高、扰动少、污染较小、但是使用掘进机进行开挖投入相对较大，硬岩石耗损切削头大，也需要配套合理的管理。进行铁路隧道的开挖掘进需要根据修建铁路隧道的地质条件，显得机械条件，还有施工的各方面因素结合起来之后考虑再进行选择。
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2应用实例
现在需建设某隧道，已知该隧道为长约1100米的铁路隧道，其所在地的绝对高度在231m-395m之间，隧道的围岩等级为IV、V级，工程采用新奥法进行施工，对其使用钻爆的方法进行挖掘。
2.1制定开挖方案
为了在开挖爆破过程中尽量减少炸药的使用量并且在施工过程中尽量减少爆破对围岩的干扰，并且充分利用其自身强度，同时较好的保护结构面，对隧道采取整个断面的分区域开挖爆破，进行斜眼的掏槽式爆破，配备大概2-3台施工机器并配备相应数量的运输车以保证施工的连续性。
2.2开挖设计和布置
依据以往施工隧道经验，结合本次施工的具体环境与地理条件，由于围岩等级为IV、V级，因此使用台阶法，在确定爆破方位以及相关炸药量和装药形式之后，尽量提高开挖效率。
爆破炮眼尽量布置在一条水平线上，炮眼之间的距离一般定为其直径的8-12倍，我们设置炮眼直径为50 mm，则炮眼之间距离大约为400 mm-600 mm，抵抗线约为炮眼直径的1.5倍，即为75 mm。为了使得围岩受尽量少的受到影响，应在保证爆破效果的前提下尽可能少的使用炸药。但炮眼堵塞不小于25 mm。
2.3确定爆破参数
对于爆破的掏槽形式，需要合理选择，这里我们使用斜眼掏槽，由于其角度对爆破的效果影响很大，角度应适中，本次选用50°，同样为了减少对围岩的扰动，减少掌子面面积并使其持续时间缩短[3]，应减小进尺量，这里我们进尺量选择为1 m，这样做也可以减少炸药的使用量，而辅助眼之间的距离我们定为0.5 m，深度定为0.8 m，装药量通过公式Q = Kwdh进行计算，K值取为1，而W值定为0.075，d值取为0.55，h值定为0.01，断面面积定为80 m2，深度定为1.2 m。
2.4施工控制
为了保证施工时隧道的结构稳定性，我们将最大爆炸速度控制在10 cm/s以下，分段布置雷管，掏槽眼与辅助眼雷管延时120ms，内层辅助眼与外层辅助眼雷管延时90 ms，外层辅助眼与周边眼雷管延时为120 ms。
2.5施工过程
本次施工的开挖断面面积约为80 m2，施工人员三班轮换，各项施工人员人数足够，为了保证施工安全，对其采用上下台阶开挖并随即喷射混凝土的方法，隧道的纵向设置钢架，拱墙设置锚杆，拱部处设置超前导管，逐步形成超前导管、钢架、锚杆和喷射混凝土的初期支护。钢架间距IV级围岩为1.0 m，采用中空注浆及砂浆锚杆强化围岩，锚杆之间环向距离定为1.2 m，纵向距离定为1.2 m，且施作超前注浆小导管注入水泥浆液加固掌子面围岩。仰拱开挖使用过梁架空，开挖及支护完成后浇筑仰拱混凝土及填充混凝土，浇筑完成后则可以拖运过梁，循环往前施工。隧道的混凝土衬砌采用衬砌台车，端头采用钢端模进行封堵，确保止水带的施工质量，并减少其他封堵材料的浪费。混凝土采用泵送，左右同时进行对称浇筑。二衬混凝土浇筑前，预先设置注浆孔，对二衬拱顶有空洞的情况下，进行注浆填充。混凝土采用大型拌合站集中供应。衬砌的台车进入隧道前，需要进行拼装，并要在衬砌台车使用前对模板的轴线和平整度等各方面进行检查。仰拱及二衬施工前都要对其底部的积水和污渣进行清理。
3展望
针对不同的道路条件，不同的岩层选择合适的开挖掘进技术是铁路隧道施工的重要保证。在中国经济不断发展的过程中，铁路隧道扮演着越来越重要的角色，这就要求施工人员能够选择最合适的施工方法，既可以缩短施工周期，降低成本，保质保量的完成工作，更重要的是能够保护生态环境，减少对环境的破坏。时代在进步，经济在发展，我们采用的开完掘进技术也要不断地完善，这样才能符合我们经济和生态理念的发展。经济在不断地发展，科技随着经济的发展也在不断的进步，在以后的发展中，开挖掘进技术会不断的完善，为我们的生活造福。
参考文献：
[1] 张弥，秦淞君．铁路隧道工程的现状和发展[J]．土木工程学报，2000，33（2）：1-7．
[2] 安超．不良地质条件下铁路隧道开挖掘进的方法与技术[J]．科技展望，2015（17）．
[3] 李根华．某铁路隧道开挖施工技术分析[J]．建筑科学，2011，27（s1）：205-207．
论文作者:倪维庆
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/20
标签：隧道论文; 围岩论文; 铁路论文; 炮眼论文; 方法论文; 断面论文; 技术论文; 《基层建设》2017年第9期论文;