復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)研究

【摘 要】在我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)快速發(fā)展的今天，鐵路隧道工程越來(lái)越多，對(duì)鐵路隧道施工技術(shù)水平的要求也越來(lái)越高。基于此，本文就將對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)要點(diǎn)結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)；鐵路隧道；技術(shù)；措施

1、工程概述

某隧道工程中，隧道左線(xiàn)進(jìn)口樁號(hào)為ZK96+798，設(shè)計(jì)標(biāo)高為435.738m，出口樁號(hào)ZK101+250，設(shè)計(jì)標(biāo)高為341.906m，長(zhǎng)4452m，縱坡采用-2.100%。右線(xiàn)進(jìn)口樁號(hào)為YK96+812，設(shè)計(jì)標(biāo)高為435.444m，出口樁號(hào)YK101+269，設(shè)計(jì)標(biāo)高為341.440m，長(zhǎng)4457m，縱坡采用-2.100%。圍巖級(jí)別Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，主要由微風(fēng)化閃長(zhǎng)巖、大理巖、硅質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)巖、第四系可塑至硬塑低液限粘土等構(gòu)成。地下水類(lèi)型為基巖裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。

2、復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1、控制爆破技術(shù)

控制爆破技術(shù)是鉆爆法隧道開(kāi)挖中確保隧道安全的第一道防線(xiàn)。高速鐵路隧道斷面大，因此掌子面布置的炮眼更多，爆破所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)圍巖的擾動(dòng)及對(duì)初期支護(hù)和二次襯砌的影響更為嚴(yán)重?？刂票萍夹g(shù)研究開(kāi)展了不同爆破方法對(duì)圍巖損傷評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)隧道周邊預(yù)裂爆破對(duì)圍巖損傷是光面爆破的3～4倍，提出了掏槽爆破區(qū)預(yù)裂和周邊光面爆破的新型控制爆破模式。

2.2、巖溶發(fā)育及（高壓）富水地段施工

充分考慮各種可能遇到的工程難題，針對(duì)不同情況設(shè)計(jì)不同注漿預(yù)案：超前帷幕注漿、開(kāi)挖后全斷面徑向注漿、局部注漿、補(bǔ)注漿；施工圖中，根據(jù)地勘探明的隧道地質(zhì)條件，考慮環(huán)保要求，分段初步擬定各段實(shí)施預(yù)案。施工過(guò)程中加強(qiáng)地質(zhì)工作及綜合地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，根據(jù)探明的掌子面前方地質(zhì)條件具體研討處理措施，完善設(shè)計(jì)預(yù)案后予以實(shí)施，同時(shí)，在洞內(nèi)考慮應(yīng)急措施，以確保施工安全。在水壓較高地段對(duì)二次襯砌予以適當(dāng)加強(qiáng)并完善襯砌背后防排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以確保安全。

2.3、松散地層地質(zhì)條件的施工

超前支護(hù)：在隧道開(kāi)挖前，采取超前支護(hù)方法，可避免在坑道掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。超前支護(hù)主要包括：超前錨桿法、超前管棚法等。超前小導(dǎo)管預(yù)注漿方法：超前小導(dǎo)管預(yù)注漿主要是根據(jù)開(kāi)挖外輪廓線(xiàn)，按照規(guī)定的角度置入管壁帶孔的小導(dǎo)管，在施加壓力的同時(shí)，向管內(nèi)壓注水泥漿或雙液漿，以增強(qiáng)巖體的穩(wěn)定性，起到超前預(yù)支護(hù)作用。

2.4、施工綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和施工地質(zhì)工作預(yù)案（含平導(dǎo)）

全隧道均開(kāi)展施工綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，利用地震波地質(zhì)探測(cè)儀、聲波反射法、地質(zhì)雷達(dá)及紅外線(xiàn)探水儀等綜合物探手段和超前水平鉆孔，結(jié)合常規(guī)地質(zhì)法，預(yù)測(cè)巖層的變化點(diǎn)、巖體的完整性、巖溶發(fā)育情況、涌突水位置、水量、水壓及巖體的綜合滲透系數(shù)，進(jìn)行必要的巖體物理力學(xué)指標(biāo)和水量、水壓及巖體和注漿加固圈的綜合滲透系數(shù)等指標(biāo)測(cè)試，開(kāi)展地表巖溶水排泄點(diǎn)（井泉、暗河）和洞內(nèi)涌突水的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)水化學(xué)與同位素化學(xué)特征分析，明確預(yù)測(cè)隧道修建對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響程度。根據(jù)施工綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和施工地質(zhì)工作獲取的地質(zhì)信息及開(kāi)挖所揭示的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，適時(shí)調(diào)整正洞和平導(dǎo)的施工方案。

2.5、膨脹巖地段施工

對(duì)支護(hù)及襯砌結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。完善洞內(nèi)外排水系統(tǒng)，在加強(qiáng)超前支護(hù)下方可進(jìn)洞。洞內(nèi)施工時(shí)盡量隔絕水對(duì)圍巖的不利作用，穩(wěn)扎穩(wěn)打，步步為營(yíng)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，必要時(shí)增加支撐及臨時(shí)仰拱。

2.6、評(píng)估與評(píng)價(jià)

提前編制風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)施細(xì)則，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)把控。在施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)，組織專(zhuān)業(yè)圍巖監(jiān)控量測(cè)小組，及時(shí)對(duì)隧道拱頂下沉、周邊收斂、地表沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將結(jié)果反饋到施工過(guò)程中，同時(shí)根據(jù)隧道圍巖變形量及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖預(yù)留量，達(dá)到防止二次襯砌侵限或襯砌厚度過(guò)大浪費(fèi)砼的目的。圍巖監(jiān)控量測(cè)斷面間距及監(jiān)測(cè)頻率如表1、表2所示。對(duì)既有隧道，在施工下穿段之前，對(duì)襯砌強(qiáng)度、襯砌背后空洞分布、襯砌抗震性等進(jìn)行評(píng)估，制定爆破振動(dòng)控制基準(zhǔn)，進(jìn)行合理的爆破參數(shù)研究；在交叉段施工完成之后，對(duì)交叉點(diǎn)附近隧道襯砌結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，確保既有隧道不會(huì)因時(shí)間推移而產(chǎn)生破壞。

3、控制復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工質(zhì)量措施

3.1、隧道風(fēng)險(xiǎn)管理

隧道的風(fēng)險(xiǎn)管理包括風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)的控制兩個(gè)方面。在隧道施工過(guò)程中應(yīng)特別注重安全生產(chǎn)即控制施工風(fēng)險(xiǎn)。在隧道施工中，常見(jiàn)的施工風(fēng)險(xiǎn)有不良地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、有害氣體及高溫、慣性事故等。隧道施工中的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及規(guī)避對(duì)策，實(shí)質(zhì)就是安全風(fēng)險(xiǎn)管理中的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃與控制，即確定了隧道施工中的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，對(duì)隧道施工中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避和控制，以盡可能地控制和避免安全事故的發(fā)生，運(yùn)用科技手段、成熟技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備和可靠經(jīng)驗(yàn)，有效降低隧道施工的工程成本。

3.2、防治突水與涌水現(xiàn)象的有效措施

為有效防止突水現(xiàn)象的發(fā)生，可以通過(guò)先隔水層后開(kāi)挖含水層。此外，也可以通過(guò)采取超前預(yù)注漿、超前引排等施工技術(shù)，以達(dá)到有效減少突水地質(zhì)災(zāi)害程度的效果。淺埋隧道和熔巖隧道的防治：進(jìn)行治理淺埋隧道和熔巖隧道時(shí)應(yīng)主要以堵為主，并在最大程度的基礎(chǔ)上防止地下水位下降，通過(guò)這樣可以有效地避免出現(xiàn)井泉干枯和地面塌陷等現(xiàn)象，進(jìn)而保護(hù)施工周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境，提高施工安全性。非熔巖深埋隧道防治：在隧道工程施工中發(fā)生突水和涌水后，應(yīng)通過(guò)檢測(cè)與預(yù)控工作準(zhǔn)確分析并明確溶洞、暗河及隧道的交匯位置，采取鉆孔疏干和排水導(dǎo)坑的措施治理非巖溶深埋隧道。

3.3、防治塌方現(xiàn)象的有效措施

為有效避免與防治塌方現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)行隧道工程施工之前，應(yīng)由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行隧道及其附近區(qū)域的實(shí)地考察，收集相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理，并準(zhǔn)確定位可能發(fā)生塌方位置，通過(guò)嚴(yán)格觀察與分析，制定出符合施工實(shí)際需求的隧道施工方案，盡量減少或避免塌方現(xiàn)象出現(xiàn)。除此之外，還應(yīng)加強(qiáng)隧道加固工作，通過(guò)采取多種有效手段進(jìn)行加固，如可以使用錨桿超前支護(hù)或選用性能優(yōu)良的導(dǎo)管注入漿液等方式以達(dá)到加固的效果。若是在隧道施工過(guò)程中或隧道斷面處較大的區(qū)域發(fā)生圍巖體坍塌時(shí)，應(yīng)使用合適的方法進(jìn)行弱爆破、松動(dòng)爆破，以及使用長(zhǎng)管棚超前支護(hù)，并嚴(yán)格按照施工步驟開(kāi)挖隧道側(cè)壁的導(dǎo)坑，同時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)措施加固維護(hù)隧道，如架立一些鋼架，進(jìn)而解決和避免隧道發(fā)生塌方現(xiàn)象，提高隧道施工安全與質(zhì)量，為人員施工安全提供有力的保障。

3.4、防治其他地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象的有效措施

由于在隧道工程施工過(guò)程中要穿越含煤地帶，加上其具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件，容易引發(fā)瓦斯爆炸現(xiàn)象等災(zāi)害，進(jìn)而嚴(yán)重威脅到施工人員的生命安全。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)瓦斯檢測(cè)和警報(bào)工作。由于瓦斯爆炸需要具備一定的條件，故應(yīng)嚴(yán)格控制空氣中的瓦斯含量，使瓦斯量控制在正常安全范圍內(nèi)。除此之外，還應(yīng)確保隧道中的通風(fēng)性，保證隧道能夠及時(shí)通風(fēng)，以淡化空氣中的瓦斯含量，進(jìn)而防止發(fā)生爆炸，提高施工安全性。

總而言之，隨著交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，使得鐵路工程得到了進(jìn)一步的發(fā)展。而鐵路隧道施工具有其自身的特殊性，施工過(guò)程比較復(fù)雜、難度比較大，給施工技術(shù)提出了更高的要求。這就要求我們?cè)谝院蟮膶?shí)際工程施工中，要充分把握鐵路隧道施工技術(shù)要點(diǎn)，不斷優(yōu)化技術(shù)水平以及管理有效性，以此為鐵路隧道施工質(zhì)量提供有效保障，促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇興.淺埋大跨度雙線(xiàn)鐵路隧道施工技術(shù)及變形控制技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2008.

[2]趙前進(jìn).破碎玄武巖與凝灰?guī)r互層條件下鐵路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[D].西南交通大學(xué)，2013.

[3]盛明宏.復(fù)雜地質(zhì)條件下雙連拱淺埋隧道施工技術(shù)研究及其應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[4]許才仗.復(fù)雜地層大斷面隧道圍巖分級(jí)研究及施工參數(shù)優(yōu)化[D].西南交通大學(xué)，2014.

[5]董玉輝.高海拔寒區(qū)高速鐵路隧道施工及抗防凍技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2014.