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摘要：隨着交通工具的发展，铁路从面世开始，就是承载最多的交通运输工具，铁路建设的重要性不言而喻。标准高、安全风险高是铁路隧道建设工程施工管理特点。
关键词：铁路隧道；开挖施工技术；方法
中图分类号：U45 文献标识码： A
引言
随着我国城市快步发展，我国修建的铁路和公路隧道越来越多。虽然目前隧道长度和数量已达世界第一，但由于该领域目前施工仍以钻爆法为主，制约施工安全质量问题在国内隧道普遍存在。
1.隧道力学特征和施工特点
1.1力学特征 较之前的建设单线和双线铁路隧道，客运专线铁路大断面隧道，开挖的跨度较大、高度较高，下面是力学特征。拱顶岩块崩塌的可能会更严重，隧道拱顶不是很稳定，拱顶围岩存在拉应力区；标准有较高的围岩强度或良好的地基承载力，隧道拱脚和边墙脚处的应力集中更严重；辅助施工措施要求更强，松弛压力更大，浅埋隧道的埋深范围较大，产生拱作用要求的埋深较深；开挖之后，围岩自稳的要求标准围岩强度更高一些，隧道周围围岩呈现出更多范围的塑性化和更大的变形。
1.2施工特点 铁路大断面隧道施工非常的复杂， “勤量测、紧支护”更为关键；应坚持“断面化大为小、强支护、早封闭、短进尺、勤量测，来对待堆积体、破碎地带、浅埋处、洞口处、黄土隧道；对铁路大断面隧道建筑办法的确认、隧道的稳固与安全有很大的干扰的，不仅包括围岩的全面性，还有围岩本身强度性。
2.铁路隧道施工技术问题
2.1改进开挖技术
隧道开挖时，围岩级别优于III级时采用全断面法已成共识，既可保证进度也利于降低成本。问题存在于IV ， V级围岩的开挖，当前普遍采用的台阶法开挖工艺有利于人员循环作业，进度和成本控制有保障，但台阶的存在造成仰拱跟进掌子面的距离超过相关规定，形成安全隐患。近年来，国内隧道施工发生众多安全事故的主要原因之一就是隧道开挖台阶长度过长。铁道部越来越严格要求掌子面与仰拱的距离，就是为了确保铁路隧道施工安全，据有关规定：II工级围岩中仰拱与掌子面的距离不得超过90m，V级及以上围岩不得超过40 m。对隧道开挖掌子面与仰拱之间的距离，铁道部做出了进一步的强制性规定：IV ， V ， VI级围岩仰拱封闭位置距离掌子面不得大于35 m，隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环。当前铁路隧道施工中，由于上、下台阶不能平行作业，采用短台阶法(长度小于一倍洞径)施工时，工作效率大大降低，进度严重受阻；无论围岩的稳定性如何，采用长台阶法施工都难以满足上述强制性工序间安全距离的要求。各级安全检查结果表明，如果不贯彻落实铁道部的上述要求，改进开挖技术工艺将非常困难。
2.2隧道沟槽施工工艺
隧道沟槽(侧沟、中心水沟、电缆槽)混凝土施工断而小，单位体积表而积大，轮廓线条多，施工困难。但是，水沟电缆槽既是隧道的“形象工程”，又是信号、通讯、电力等运营设施的直接承载体，其实体质量和表观质量直接影响了隧道工程的整体形象和使用功能。受前期隧道施工重主体、轻附属思想的影响，隧道沟槽施工至今没有开发出理想的配套设备。当前普遍采用的小块组合钢模分段施工法存在整体性差、循环时间长、加固支撑多、施工效率低、工序繁杂、对工人技能要求高等诸多问题。而且外观质量和实体质量达标困难，造成施工成本高，作业文明形象差。
2.3机制砂喷射混凝土湿喷工艺
在新奥法施工理论体系下，支护技术、预加固技术和围岩加固成为特殊地质条件下隧道施工成败的关键。锚喷与拱架结合的支护技术已较为成熟，长钢管压浆(大管棚和超前小导管)是超前支护的主要方式，加注浆是围岩加固的主要方式。当前，业界对超前支护作用机理的新定义是：开挖掌子面前方横向具有拱作用，纵向具有梁作用。在此理论的指引下，用于控制地而下沉的刚性预衬砌技术、用于稳定掌子面的柔预衬砌和水平喷射注浆技术等成为预支护技术研究的新方向。
喷射混凝土是隧道支护施工中的主要工序，根据《铁建设〔2010]241号铁路隧道工程施工技术指南》从人员劳动健康和保障喷混凝土施工质量的角度出发的规定，喷射混凝土应采用湿喷工艺。在现有技术条件下，利用机制砂，采用湿喷工艺进行喷射混凝土施工需要解决好两个问题:一是机制砂相对于大然砂在技术指标上存在的差异；二是湿喷工艺施工成本比干喷工艺高，这给规范规定的优先采用湿喷工艺标准的贯彻执行和项目成本核算带来巨大的压力。具体来讲，机制砂要满足规范要求的石粉含量限值必须经过水洗工艺，而水洗机制砂的共性问题是级配不好、拌制的混凝土和易性差，泵送效果差，规范规定混凝土坍落度应在80130 mm之间，实际施工中坍落度需放大到170mm以上方可泵送。混凝土坍落度增大必然导致混凝土单位用水量增加、匀质性降低，不仅严重影响了混凝土的速凝效果和强度，而且降低了支护能力及外观质量，施工成本加大，混凝土回弹量也大幅增加，这也成为喷射混凝土湿喷工艺得不到贯彻执行的主要原因。
3.铁路隧道几个关键技术
3.1黄土隧道的关键技术
黄土隧道施工时极易发生大面积沉降或坍塌，这是因为其有初期支护收敛变形量大、竖向荷载大、垂直节理发育、土体破坏一般不能形成普氏压力拱且底鼓现象严重等特性。所以应针对黄土隧道，特性采取特殊的修筑技术。特别是大和超大断面黄土隧道的设计和施工。黄土隧道衬砌应根据新奥法的基本原则和复合式衬砌的作用原理进行设计。按初期支护和二次衬砌共同承载计算复合式衬砌：
黄土隧道初期支护是永久衬砌的重要组成部分，初期支护要有效抑制黄土地层的过大变形，防止塌方，要有足够的刚度和强度以。黄土隧道二次衬砌长度应以不产生过大的施工干扰、经试验确定，不应与开挖工作面拉得过长。二次衬砌与外层的喷锚初期支护组成整体的支护体系，是复合式衬砌的内层结构。自稳性差的黄土地段仰拱应及早封闭成环，紧跟开挖工作面施作。初期支护变形不收敛、黄土地层变形过大或难以及时补强时，为改善支护结构的受力状态，必要时也可提前施作二次衬砌，也可设置临时仰拱或横撑封闭开挖面。影响隧道结构整体强度的重要因素是仰拱及其与边墙的连接形式。黄土采用圆顺连接隧道衬砌边墙与仰拱，保证仰拱有足够的强度和刚度。要注意仰拱矢跨比大于或等于 1/12。采用与拱墙同一强度等级的混凝土，并使仰拱厚度比拱墙适当加厚，才能加强隧道底部结构设计。
3.2衬砌结构耐久性
复合式衬砌是我国多数铁路隧道的衬砌结构。在隧道衬砌结构耐久性设计中，复合式衬砌包括初期支护和二次衬砌两部分，所以要分别考虑二者耐久性。 3.2.1初期支护的耐久性
初期支护要保证对每一种支护措施都应进行耐久性设计，其一般包括锚杆、喷混凝土、钢架等。锚杆应设置垫板，宜采用全长灌浆式锚杆。喷混凝土的强度要达到1d的抗压强度不小于 10 MPa，且能满足长期强度的要求；同时喷混凝土的强度等级应大于二次衬砌混凝土的强度等级，在腐蚀性严重的场合。喷混凝土内设置的钢架，其保护层厚度靠围岩一侧的大于4 cm保护层厚度，另一侧则要大于3 cm。在腐蚀性环境中，应采用耐腐蚀的纤维锚杆或者防腐蚀的灌浆材料。
3.2.2二次衬砌的耐久性
二次衬砌的耐久性问题主要是混凝土的耐久性问题，因为二次衬砌是由钢筋混凝土材料或混凝土构成的，可以的设计原则和方法是混凝土耐久性处理法。
3.2.3复合式衬砌结构耐久性处理方法
考虑环境因素的影响，在进行铁路隧道复合式衬砌结构的耐久性处理是才更顺利。考虑初期支护和二次衬砌共同承担荷载的情况，就是当环境对衬砌结构侵蚀无侵蚀作用或作用很小时。当衬砌结构受环境的侵蚀作用明显时，一种设计方法是只在构造上采取一些综合措施进行防范，不考虑初期支护的长期耐久性，满足施工期间的安全，而二次衬砌并考虑耐久性，考虑全部承担荷载。另外一种设计方法是可考虑二次衬砌和初期支护共同承载，这时二者均应考虑耐久性。
4.结束语
对于开挖铁路隧道施工作业，要保持创新成果实用性、先进性的重要保障，就要鼓励一线技术人员的小改革、小发明、小创造、小技巧，激发作业工人的创造性和积极性。
参考文献：
[1]郝金印，刘杨.浅埋暗挖双联拱大跨隧道下穿既有线综合施工技术[J].价值工程，2012，（14）.
[2]褚晓晖.上台阶CD法在客专某浅埋隧道中的开发应用[J].科学之友，2010，（19）.
[3]朱泽兵，刘新荣，张永兴.大跨超浅埋轻轨车站隧道开挖方法研究[J].岩石力学与工程学报，2005，（2）.
关键词：铁路隧道；开挖施工技术；方法
中图分类号：U45 文献标识码： A
引言
随着我国城市快步发展，我国修建的铁路和公路隧道越来越多。虽然目前隧道长度和数量已达世界第一，但由于该领域目前施工仍以钻爆法为主，制约施工安全质量问题在国内隧道普遍存在。
1.隧道力学特征和施工特点
1.1力学特征 较之前的建设单线和双线铁路隧道，客运专线铁路大断面隧道，开挖的跨度较大、高度较高，下面是力学特征。拱顶岩块崩塌的可能会更严重，隧道拱顶不是很稳定，拱顶围岩存在拉应力区；标准有较高的围岩强度或良好的地基承载力，隧道拱脚和边墙脚处的应力集中更严重；辅助施工措施要求更强，松弛压力更大，浅埋隧道的埋深范围较大，产生拱作用要求的埋深较深；开挖之后，围岩自稳的要求标准围岩强度更高一些，隧道周围围岩呈现出更多范围的塑性化和更大的变形。
1.2施工特点 铁路大断面隧道施工非常的复杂， “勤量测、紧支护”更为关键；应坚持“断面化大为小、强支护、早封闭、短进尺、勤量测，来对待堆积体、破碎地带、浅埋处、洞口处、黄土隧道；对铁路大断面隧道建筑办法的确认、隧道的稳固与安全有很大的干扰的，不仅包括围岩的全面性，还有围岩本身强度性。
2.铁路隧道施工技术问题
2.1改进开挖技术
隧道开挖时，围岩级别优于III级时采用全断面法已成共识，既可保证进度也利于降低成本。问题存在于IV ， V级围岩的开挖，当前普遍采用的台阶法开挖工艺有利于人员循环作业，进度和成本控制有保障，但台阶的存在造成仰拱跟进掌子面的距离超过相关规定，形成安全隐患。近年来，国内隧道施工发生众多安全事故的主要原因之一就是隧道开挖台阶长度过长。铁道部越来越严格要求掌子面与仰拱的距离，就是为了确保铁路隧道施工安全，据有关规定：II工级围岩中仰拱与掌子面的距离不得超过90m，V级及以上围岩不得超过40 m。对隧道开挖掌子面与仰拱之间的距离，铁道部做出了进一步的强制性规定：IV ， V ， VI级围岩仰拱封闭位置距离掌子面不得大于35 m，隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环。当前铁路隧道施工中，由于上、下台阶不能平行作业，采用短台阶法(长度小于一倍洞径)施工时，工作效率大大降低，进度严重受阻；无论围岩的稳定性如何，采用长台阶法施工都难以满足上述强制性工序间安全距离的要求。各级安全检查结果表明，如果不贯彻落实铁道部的上述要求，改进开挖技术工艺将非常困难。
2.2隧道沟槽施工工艺
隧道沟槽(侧沟、中心水沟、电缆槽)混凝土施工断而小，单位体积表而积大，轮廓线条多，施工困难。但是，水沟电缆槽既是隧道的“形象工程”，又是信号、通讯、电力等运营设施的直接承载体，其实体质量和表观质量直接影响了隧道工程的整体形象和使用功能。受前期隧道施工重主体、轻附属思想的影响，隧道沟槽施工至今没有开发出理想的配套设备。当前普遍采用的小块组合钢模分段施工法存在整体性差、循环时间长、加固支撑多、施工效率低、工序繁杂、对工人技能要求高等诸多问题。而且外观质量和实体质量达标困难，造成施工成本高，作业文明形象差。
2.3机制砂喷射混凝土湿喷工艺
在新奥法施工理论体系下，支护技术、预加固技术和围岩加固成为特殊地质条件下隧道施工成败的关键。锚喷与拱架结合的支护技术已较为成熟，长钢管压浆(大管棚和超前小导管)是超前支护的主要方式，加注浆是围岩加固的主要方式。当前，业界对超前支护作用机理的新定义是：开挖掌子面前方横向具有拱作用，纵向具有梁作用。在此理论的指引下，用于控制地而下沉的刚性预衬砌技术、用于稳定掌子面的柔预衬砌和水平喷射注浆技术等成为预支护技术研究的新方向。
喷射混凝土是隧道支护施工中的主要工序，根据《铁建设〔2010]241号铁路隧道工程施工技术指南》从人员劳动健康和保障喷混凝土施工质量的角度出发的规定，喷射混凝土应采用湿喷工艺。在现有技术条件下，利用机制砂，采用湿喷工艺进行喷射混凝土施工需要解决好两个问题:一是机制砂相对于大然砂在技术指标上存在的差异；二是湿喷工艺施工成本比干喷工艺高，这给规范规定的优先采用湿喷工艺标准的贯彻执行和项目成本核算带来巨大的压力。具体来讲，机制砂要满足规范要求的石粉含量限值必须经过水洗工艺，而水洗机制砂的共性问题是级配不好、拌制的混凝土和易性差，泵送效果差，规范规定混凝土坍落度应在80130 mm之间，实际施工中坍落度需放大到170mm以上方可泵送。混凝土坍落度增大必然导致混凝土单位用水量增加、匀质性降低，不仅严重影响了混凝土的速凝效果和强度，而且降低了支护能力及外观质量，施工成本加大，混凝土回弹量也大幅增加，这也成为喷射混凝土湿喷工艺得不到贯彻执行的主要原因。
3.铁路隧道几个关键技术
3.1黄土隧道的关键技术
黄土隧道施工时极易发生大面积沉降或坍塌，这是因为其有初期支护收敛变形量大、竖向荷载大、垂直节理发育、土体破坏一般不能形成普氏压力拱且底鼓现象严重等特性。所以应针对黄土隧道，特性采取特殊的修筑技术。特别是大和超大断面黄土隧道的设计和施工。黄土隧道衬砌应根据新奥法的基本原则和复合式衬砌的作用原理进行设计。按初期支护和二次衬砌共同承载计算复合式衬砌：
黄土隧道初期支护是永久衬砌的重要组成部分，初期支护要有效抑制黄土地层的过大变形，防止塌方，要有足够的刚度和强度以。黄土隧道二次衬砌长度应以不产生过大的施工干扰、经试验确定，不应与开挖工作面拉得过长。二次衬砌与外层的喷锚初期支护组成整体的支护体系，是复合式衬砌的内层结构。自稳性差的黄土地段仰拱应及早封闭成环，紧跟开挖工作面施作。初期支护变形不收敛、黄土地层变形过大或难以及时补强时，为改善支护结构的受力状态，必要时也可提前施作二次衬砌，也可设置临时仰拱或横撑封闭开挖面。影响隧道结构整体强度的重要因素是仰拱及其与边墙的连接形式。黄土采用圆顺连接隧道衬砌边墙与仰拱，保证仰拱有足够的强度和刚度。要注意仰拱矢跨比大于或等于 1/12。采用与拱墙同一强度等级的混凝土，并使仰拱厚度比拱墙适当加厚，才能加强隧道底部结构设计。
3.2衬砌结构耐久性
复合式衬砌是我国多数铁路隧道的衬砌结构。在隧道衬砌结构耐久性设计中，复合式衬砌包括初期支护和二次衬砌两部分，所以要分别考虑二者耐久性。 3.2.1初期支护的耐久性
初期支护要保证对每一种支护措施都应进行耐久性设计，其一般包括锚杆、喷混凝土、钢架等。锚杆应设置垫板，宜采用全长灌浆式锚杆。喷混凝土的强度要达到1d的抗压强度不小于 10 MPa，且能满足长期强度的要求；同时喷混凝土的强度等级应大于二次衬砌混凝土的强度等级，在腐蚀性严重的场合。喷混凝土内设置的钢架，其保护层厚度靠围岩一侧的大于4 cm保护层厚度，另一侧则要大于3 cm。在腐蚀性环境中，应采用耐腐蚀的纤维锚杆或者防腐蚀的灌浆材料。
3.2.2二次衬砌的耐久性
二次衬砌的耐久性问题主要是混凝土的耐久性问题，因为二次衬砌是由钢筋混凝土材料或混凝土构成的，可以的设计原则和方法是混凝土耐久性处理法。
3.2.3复合式衬砌结构耐久性处理方法
考虑环境因素的影响，在进行铁路隧道复合式衬砌结构的耐久性处理是才更顺利。考虑初期支护和二次衬砌共同承担荷载的情况，就是当环境对衬砌结构侵蚀无侵蚀作用或作用很小时。当衬砌结构受环境的侵蚀作用明显时，一种设计方法是只在构造上采取一些综合措施进行防范，不考虑初期支护的长期耐久性，满足施工期间的安全，而二次衬砌并考虑耐久性，考虑全部承担荷载。另外一种设计方法是可考虑二次衬砌和初期支护共同承载，这时二者均应考虑耐久性。
4.结束语
对于开挖铁路隧道施工作业，要保持创新成果实用性、先进性的重要保障，就要鼓励一线技术人员的小改革、小发明、小创造、小技巧，激发作业工人的创造性和积极性。
参考文献：
[1]郝金印，刘杨.浅埋暗挖双联拱大跨隧道下穿既有线综合施工技术[J].价值工程，2012，（14）.
[2]褚晓晖.上台阶CD法在客专某浅埋隧道中的开发应用[J].科学之友，2010，（19）.
[3]朱泽兵，刘新荣，张永兴.大跨超浅埋轻轨车站隧道开挖方法研究[J].岩石力学与工程学报，2005，（2）.