復(fù)雜地質(zhì)條件下軌道交通長大隧道設(shè)計技術(shù)分析

施尚宏

摘要：文章以工程實例為背景，針對城市軌道交通長大越嶺隧道設(shè)計中使用的新技術(shù)以及存在的主要難點(diǎn)與重點(diǎn)問題，對隧道穿越復(fù)雜地質(zhì)體過程中的處理方法與應(yīng)對措施進(jìn)行了深入的分析與探討。以期為未來復(fù)雜地質(zhì)條件下軌道交通隧道設(shè)計中遇到問題的解決提供一些思路和參考。

關(guān)鍵詞：越嶺隧道；煤系地層；地表水體

近年來我國社會經(jīng)濟(jì)已經(jīng)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，軌道交通建設(shè)也隨之得到了空前的發(fā)展，現(xiàn)在我國已經(jīng)對將近30個城市進(jìn)行了軌道建設(shè)。本文以工程實際為背景，針對復(fù)雜地質(zhì)條件下軌道交通長大隧道設(shè)計技術(shù)展開了一系列的分析。

1.工程概況

某軌道交通一號線是我國現(xiàn)階段軌道交通領(lǐng)域中最長，同時也是地質(zhì)條件最復(fù)雜的一條長大越嶺隧道，隧道全長為4.50km，隧道的最大埋深大約是270m，按照奧法原理進(jìn)行設(shè)計，同時采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，隧道沿線共穿越了侏羅系中的新田溝組、珍珠沖組以及飛仙關(guān)組等地層。隧址區(qū)巖層主體為碳酸鹽巖石，在巖層中約占60%，砂巖與泥質(zhì)巖其次，在隧道所遇巖層中占到了40%左右。

地層富水性受到巖性、地形地貌以及巖溶等因素的控制，須家河組與珍珠沖組地層中富含一定量的地下水，碳酸巖鹽類巖石主要包括嘉陵江組、雷口坡組等，其地層巖溶發(fā)育中含有非常豐富的地下水，飛仙關(guān)組中發(fā)育著灰?guī)r以及泥灰?guī)r等內(nèi)巖，含有非常豐富的巖溶水。

2.隧道穿越含瓦斯地層和煤層采空區(qū)應(yīng)該如何應(yīng)對

隧道的施工過程中極有可能會遇到一些有害氣體或者有毒氣體，同時也會遇到一些采空區(qū)和洞頂薄煤層失穩(wěn)的現(xiàn)象。在隧道設(shè)計過程中，針對有關(guān)穿煤過程中最大瓦斯涌出量不能0.5m?/min以上的判斷，結(jié)合隧道埋深實際情況，并經(jīng)過仔細(xì)分析之后，才得出這樣的結(jié)論：穿越煤層不能超過200m同時煤層應(yīng)該露出地表以上，因為瓦斯露出地表時間一長變會受到溢出的作用，瓦斯溢出的可能性會比較小，但是對煤層受擠壓過程中可能會出現(xiàn)的瓦斯聚集情況進(jìn)行綜合考慮，可能會出現(xiàn)高瓦斯段，這時應(yīng)該充分重視對瓦斯的防治，盡量避免意外情況的發(fā)生。

站在節(jié)約投資以及工程安全的角度進(jìn)行考慮，應(yīng)對瓦斯監(jiān)測體系進(jìn)行提高，并嚴(yán)格按照高瓦斯隧道對其進(jìn)行監(jiān)測，在工程施工過程中采取相應(yīng)的工程措施通過相關(guān)煤系地層。結(jié)合瓦斯監(jiān)控結(jié)果可以看出，如果有高瓦斯再動態(tài)問題出現(xiàn)，應(yīng)對工程措施進(jìn)行調(diào)整，最終對工程施工安全進(jìn)行保證。另外，因為充分考慮到隧道穿越煤層可能會碰到采空區(qū)，在設(shè)計過程中應(yīng)該結(jié)合采空區(qū)的規(guī)模大小采取相應(yīng)的解決辦法。如果采空區(qū)的規(guī)模相對較大，可以通過超前預(yù)報、采空區(qū)積水排放、采空區(qū)的加固與揭開、采空區(qū)的加固與回填、施作隧道襯砌等相關(guān)方式進(jìn)行處理；如果采空區(qū)的規(guī)模比較小，可以通過超前預(yù)報、對采空區(qū)進(jìn)行超前的預(yù)注漿回填、開挖通過采空區(qū)以及施作隧道襯砌等相關(guān)方式進(jìn)行處理。

因為隧道穿越煤系的巖層存在比較大的傾角，巖層的走向為92° 57°，與隧道相接近的方向為正西，掌子面穿越煤層之后，拱頂砂巖將會受到煤層切割的影響，進(jìn)而形成一種楔形體，在開挖的過程中很容易會使拱頂出現(xiàn)垮塌等現(xiàn)象，進(jìn)而對隧道的施工安全帶來嚴(yán)重影響，這時應(yīng)該使開挖進(jìn)尺得到適當(dāng)?shù)臏p小，同時增加超前預(yù)支護(hù)、減小爆破擾動等因素帶來的損失，最終對隧道圍巖整體的穩(wěn)定性進(jìn)行保證。

3.隧道穿越巖溶富水區(qū)段應(yīng)該如何應(yīng)對

3.1巖溶富水區(qū)段的分布和主要特點(diǎn)

本工程隧道穿越地層之中的巖溶富水區(qū)在整個隧道中占到60%以上的比重，其總長度在2600m以上，隧道工程設(shè)計的難點(diǎn)與重點(diǎn)都集中在了本區(qū)段中，同時這也正是隧道建設(shè)成功與失敗的關(guān)鍵。巖溶富水區(qū)的主要分布區(qū)域是背斜核部的嘉陵江組、雷口坡組等區(qū)段，尤其是不同地質(zhì)分段的接觸帶發(fā)育的最好，經(jīng)常可以遇到破碎帶和巖溶等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

本區(qū)段中的圍巖主要是碳酸巖，在地下水的環(huán)境下，主要成分為巖溶裂隙水合巖溶管道水，巖溶發(fā)育具有壓力高、水量大等一系列特點(diǎn)，最大地下水靜水壓力可以達(dá)到1.8MPa，在這種情況下，地表水和地下水之間的水力聯(lián)系十分緊密。站在工程安全的角度來看，隧道設(shè)計應(yīng)該對隧道掘進(jìn)的安全性以及隧道投入運(yùn)營之后襯砌結(jié)構(gòu)的安全性與排水的可靠性等問題進(jìn)行綜合分析。此外，應(yīng)與巖溶富水區(qū)段的具體工程特點(diǎn)相結(jié)合，同時應(yīng)該從上述幾個問題的角度對地下水進(jìn)行控制與疏導(dǎo)。

3.2隧道穿越巖溶富水區(qū)段地下水治理

本隧道在穿越巖溶富水區(qū)段的時候需要對地下水進(jìn)行綜合治理，在這里應(yīng)該圍繞疏導(dǎo)和控制兩個方向相結(jié)合，對隧道施工以及運(yùn)營過程中出現(xiàn)的生態(tài)環(huán)境破壞和工程安全等方面問題進(jìn)行綜合考慮，并采用相應(yīng)的技術(shù)措施對地下水進(jìn)行處理，在治理的過程中應(yīng)該對以下幾方面因素進(jìn)行分析：1）隧道的社會景象和隧道的地理位置；2）適應(yīng)城市軌道交通功能以及實際運(yùn)營期間的維護(hù)方式；3）使隧道建設(shè)過程中的地面建筑以及生態(tài)環(huán)境等方面需求得到滿足；4）保證工程施工的順利進(jìn)行，同時不能出現(xiàn)突泥突水以及高壓涌水等事故；5）隧道上作用的水壓力不能超過襯砌的正常承受值。與相關(guān)工程經(jīng)驗相結(jié)合，主要將高水壓隧道集中在鐵路與公路等工程之中，現(xiàn)階段我國隧道耐水壓隧道襯砌的成功案例并不多見，從這些成功案例中可以看出，襯砌承受水壓力不會在1.0MPa，這主要是因為受到防水材料、混凝土抗?jié)B性能以及施工水平等方面因素的制約和影響；6）處理方案一定要保證經(jīng)濟(jì)合理與技術(shù)先進(jìn)。

從以上闡述中可以看出，在對地下水進(jìn)行處理的時候應(yīng)該將以下工作做好：首先，將超前地質(zhì)預(yù)報作為治理地下水的基礎(chǔ)，在以超前堵水為主進(jìn)行隧道施工，在施工過程中不能出現(xiàn)瞬間大量涌水以及地下水自由排放等現(xiàn)象；其次，將“堵”和“排”的問題處理好，同時對“控制”與“疏導(dǎo)”二者之間的關(guān)系進(jìn)行理順，盡量做到防排結(jié)合，在此基礎(chǔ)上對地下水展開綜合處理；第三，一定要選擇穩(wěn)定性高、耐久性好的水泥漿液作為注漿材料，使用這樣的工程材料對地下水進(jìn)行治理。

4. 結(jié)語

綜上所述，本文中提到的隧道設(shè)計是一個十分成功的案例，由此工程施工案例中可以看出，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，軌道交通越嶺隧道設(shè)計過程中關(guān)鍵應(yīng)該對以下幾點(diǎn)進(jìn)行充分的認(rèn)識：首先，應(yīng)該對隧道穿越的不良地質(zhì)條件進(jìn)行充分的認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上與軌道交通功能、環(huán)境、工程安全等方面要求相結(jié)合，對應(yīng)對措施進(jìn)行有針對性的制定，其次，一定要引起對超前地質(zhì)預(yù)報的重視，同時與信息化施工數(shù)據(jù)的反饋相結(jié)合，及時修正與調(diào)整設(shè)計的動態(tài)。筆者結(jié)合自己多年來的實際工作經(jīng)驗，從多個方面對復(fù)雜地質(zhì)條件下軌道交通長大隧道設(shè)計技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的分析，供大家參考。

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