復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)的難點(diǎn)分析

沈 培

(中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司， 陜西 西安 710000)

1 工程概況

新建蘭新鐵路東起新疆哈密市、鄯善縣、吐魯番市，西至新疆維吾爾自治區(qū)首府烏魯木齊市，正線全長518km。為新建蘭州～西寧～烏魯木齊第二雙線鐵路項(xiàng)目的一部分。LXTJ8標(biāo)段工程全部位于烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)境內(nèi)。線路東起白楊河大橋蘭州端（DK1751+657），上跨白楊河后，以4.6km長隧道穿越天山，接特大橋上跨高速公路、既有蘭新鐵路后，至標(biāo)段終點(diǎn)（DK1794+000），全長42.382km。工程內(nèi)容為本標(biāo)范圍內(nèi)遷改、路基、橋涵、制架梁、隧道、無砟軌道道床、大臨設(shè)施及過渡、綜合接地、接觸網(wǎng)立柱基礎(chǔ)、聲屏障基礎(chǔ)、電纜溝槽、連通管道等站后工程中有關(guān)接口工作內(nèi)容。

本工區(qū)承擔(dān)DK1767+605～DK1783+000段工程，共15.395km。工程內(nèi)容為本標(biāo)范圍內(nèi)遷改、路基、橋涵、無砟軌道道床、大臨設(shè)施及過渡、綜合接地、接觸網(wǎng)立柱基礎(chǔ)、聲屏障基礎(chǔ)、電纜溝槽、連通管道等站后工程中有關(guān)接口工作內(nèi)容。

2 工程地質(zhì)情況

本段線路屬中溫帶干旱大陸性氣候區(qū)。以氣候干燥，降雨量較少，冰凍期長，晝夜溫差變化較大，春、秋季多風(fēng)，夏季短促而炎熱，冬季漫長且寒冷為其主要特征。年平均氣溫6.3℃，極端最高氣溫31.3℃，極端最低氣溫-31.9℃，年平均降雨量63.2mm，平均風(fēng)速及主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)?.2WNW，年均在風(fēng)日數(shù)（≥8級(jí)）156.8d，最大積雪厚度11cm，最大凍土深144cm。

沿線水文地質(zhì)條件相對(duì)簡單，地表水相對(duì)貧乏，本段有白楊河可供施工用水；地下水主要為第四系孔隙潛水，地下水埋深一般＞50m。第四系孔隙水一般對(duì)混凝土具硫酸侵蝕性。戈壁漫流區(qū)防洪也是施工特別注意的安全問題。

3 在施工環(huán)境較為復(fù)雜的時(shí)候進(jìn)行鐵路隧道施工

3.1 有效應(yīng)對(duì)突水突泥的狀況

本次施工項(xiàng)目在施工的過程中很容易出現(xiàn)突水、突泥等現(xiàn)象，并且在出現(xiàn)災(zāi)害的時(shí)候情況會(huì)出現(xiàn)迅速地惡化，還會(huì)造成大面積的影響。主要會(huì)發(fā)生災(zāi)害的種類有地表坍塌、掌子面涌水、特大突涌水、涌水突泥、洞內(nèi)塌方以及初支垮塌等現(xiàn)象，并且在施工的過程中會(huì)出現(xiàn)大突水量達(dá)1280m3/h，在此過程中總共會(huì)出現(xiàn)的突水量能夠達(dá)到25×104m3，還會(huì)出現(xiàn)2500m3的泥沙淤積現(xiàn)象，對(duì)正常的施工操作帶來十分嚴(yán)重的影響。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因有施工過程中的水壓較大、并且有著較多的地下水。因此在進(jìn)行施工的時(shí)候，在DK96+505～DK96+530有著較多的地下水并且還分布著較為廣泛的風(fēng)化花崗巖，長度能夠達(dá)到25m，在施工的過程中出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的突水突泥現(xiàn)象，涌泥量能夠達(dá)到3×104m3，并且在隧道里面出現(xiàn)230m淤積地帶，從而造成了地表塌陷的現(xiàn)象，深度能夠達(dá)到20m。

3.2 施工過程中所出現(xiàn)的邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象

在施工的地點(diǎn)分布著較為廣泛的風(fēng)化花崗巖，在此之中有著很多的云母，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，并且水穩(wěn)性不是很好，因此在施工的過程中極易出現(xiàn)滑坡的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)大面積的滑塌現(xiàn)象。

在施工的過程中會(huì)產(chǎn)生大面積的風(fēng)化花崗巖邊坡，這種邊坡的主要特點(diǎn)是巖體較為破碎，并且沒有很好的穩(wěn)定性，不能有效地抵擋沖刷的作用。在通常情況下，邊坡會(huì)受到較為強(qiáng)力的壓力，并且還不易發(fā)展拉應(yīng)力區(qū)的位置，邊坡在一般情況下能夠維持自身的穩(wěn)定；在對(duì)隧道進(jìn)行開挖的時(shí)候，因?yàn)樵谶吰碌奈恢么嬖谥罅康幕◢弾r，巖體會(huì)受到使用的影響而出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象，要是松動(dòng)的范圍比較大，就會(huì)使巖體失去自身的穩(wěn)定效果，從而導(dǎo)致滑坡現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此在施工的時(shí)候，邊坡失穩(wěn)在通常情況下都是受到施工的影響出現(xiàn)松動(dòng)或者是完成開挖之后沒有進(jìn)行有效的保護(hù)。

3.3 在施工的過程中洞室無法不能保持自穩(wěn)、冒頂、坍塌

實(shí)際的施工操作表明，要是花崗巖出現(xiàn)的風(fēng)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，就會(huì)給正常施工帶來很大的難度，圍巖的形狀會(huì)表現(xiàn)出砂土狀，穩(wěn)定性和含水量之間有著十分緊密的聯(lián)系。要是含水量太低的話，圍巖在開挖的過程中就會(huì)出現(xiàn)滑塌的現(xiàn)象，要是含水量太高的話，圍巖就會(huì)出現(xiàn)蠕變的情況，這樣就會(huì)對(duì)圍巖的控制帶來很大的困難，從而帶來很多的隱患[1]。除此之外，圍巖的密度比較大，并不具有很好的滲透能力，因此在注漿的時(shí)候就無法達(dá)到良好的固結(jié)效果。在實(shí)際操作的過程中，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)坍塌的事故，給正常的施工帶來了十分嚴(yán)重的影響。就像在隧道里程DK203+992.2的位置會(huì)發(fā)生掉塊或者坍塌的情況。

在施工操作的第四坡系、殘積土的時(shí)候過程中會(huì)受到風(fēng)化花崗巖的影響，從而造成了大面積的坍塌以及冒頂?shù)痊F(xiàn)象，導(dǎo)致施工無法順利進(jìn)行，延長了施工的工期。

4 采取有效的解決方式以及所取得的成果

4.1 對(duì)突水突泥現(xiàn)象的預(yù)防方式以及所取得的成效

在施工的過程中極易出現(xiàn)突泥突水的情況，針對(duì)這種現(xiàn)象的存在，在施工的過程中需要結(jié)合工程的特點(diǎn)以及生態(tài)環(huán)境的因素，始終按照“堵排結(jié)合、動(dòng)態(tài)施工”的方式進(jìn)行施工，對(duì)注漿的過程不斷進(jìn)行完善，以對(duì)動(dòng)態(tài)施工相互協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行施工。

帷幕注漿主要就是在施工的過程中在鉆孔里面注入大量的漿液，從而使各個(gè)孔洞之間形成緊密的聯(lián)系，從而形成一道較為完整的混凝土防滲墻，這樣就能使水流出現(xiàn)斷流，以此來進(jìn)行防滲堵漏。

在此之中，在容易出現(xiàn)擾動(dòng)和水壓較低的位置進(jìn)行施工的過程中，可以通過全斷面帷幕注漿的方式進(jìn)行施工，但是在對(duì)擾動(dòng)情況嚴(yán)重、水壓相對(duì)較高的位置進(jìn)行施工時(shí)，需要通過復(fù)合帷幕注漿的方式完成施工操作，也就是需要開挖的位置通過相應(yīng)的方式來形成一個(gè)止水圈，接著再通過水泥漿進(jìn)行相應(yīng)的加固。再通過相應(yīng)的施工操作，掌子面位置的漿脈會(huì)出現(xiàn)大量的集中，并且密集的程度也比較高，滲水量會(huì)出現(xiàn)十分明顯的下降，堵水率的效果能夠達(dá)到90%。在對(duì)軟弱帶進(jìn)行施工的過程中，始終按照“旋噴加固、超前管棚”的方式進(jìn)行相應(yīng)的治理。

在積水較多的位置設(shè)置排水溝，并進(jìn)行相應(yīng)的加固，或者進(jìn)行相應(yīng)的超前支護(hù)。研究表明，通過設(shè)置排水溝的方式能夠進(jìn)行很好的控制，涌水量在45m3/d明顯下降到了7.8m3/d，穩(wěn)定性得到了明顯的提升。

4.2 應(yīng)對(duì)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象的主要措施以及所取得的效果

在施工的過程中需要對(duì)邊坡進(jìn)行及時(shí)的防護(hù)。在施工的過程中一級(jí)邊坡的位置通過綠化護(hù)坡支護(hù)+錨桿框架的方式進(jìn)行施工；在二級(jí)邊坡的位置通過砂漿錨桿對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的加固；在三級(jí)邊坡施工的股從衡中，通過鋼筋網(wǎng)、植草護(hù)坡的方式進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)。

針對(duì)邊坡進(jìn)行出現(xiàn)坍塌或者裂縫的現(xiàn)象，研究表明，能夠通過水泥砂漿的方式對(duì)其進(jìn)行封堵，在裂縫的位置可以使用φ42鋼管對(duì)其進(jìn)行加固；在地下水較多的位置，由于水穩(wěn)性的效果不是很好，就需要使用排水溝的方式進(jìn)行排水；巖石邊坡進(jìn)行坍塌了，就需要通過重新刷坡的措施來解決。

通過進(jìn)行加固等方式之后，邊坡的位置涌水量出現(xiàn)了很大程度的下降，而且穩(wěn)定效果也得到了很大的提升。

4.3 洞室不能進(jìn)行有效的冒頂、坍塌、自穩(wěn)的預(yù)防方式

為了有效地預(yù)防隧道出現(xiàn)變形、冒頂?shù)惹闆r，在施工的過程中通過“高揚(yáng)工法”的方式來進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)。施工表明，采取措施之前拱頂下降了76mm，采取措施之后拱頂下降了12mm，這就有效地保證了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并且這種方式操作簡單，值得在施工的過程中推廣使用。

除此之外，還能夠通過旋噴樁進(jìn)行相應(yīng)的加固工作。旋噴樁能夠設(shè)置在相應(yīng)的位置上，其混凝土殼體可以保證坡體的穩(wěn)定性，在開挖的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)旋噴樁殼體變形的狀況。沉降值通常會(huì)出現(xiàn)在仰拱開挖的過程中，但在位移出現(xiàn)的3個(gè)開挖階段，其不會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，這就說明這種方式能夠?qū)σ种瞥两灯鸬捷^為明顯的效果。在對(duì)風(fēng)化程度較高的位置進(jìn)行施工的時(shí)候，通過相應(yīng)的加固方式、選取較好的參數(shù)以及施工工藝進(jìn)行施工，并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的加固，從而避免了施工過程中大變形、掉塊、坍塌等現(xiàn)象的出現(xiàn)[2]。在經(jīng)過相應(yīng)的操作之后，洞室的變形情況得到了改善，并且有效避免了坍塌、掉塊等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行鐵路隧道施工時(shí)，對(duì)于全強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地段，因?yàn)閲鷰r的穩(wěn)定性和強(qiáng)度比較差，在進(jìn)行圍巖開挖過程中容易出現(xiàn)蠕變變形和坍塌等情況，為了避免出現(xiàn)上述地質(zhì)災(zāi)害，可以使用全斷面帷幕灌漿、復(fù)合帷幕灌漿和增設(shè)排水溝的方式來對(duì)地下水進(jìn)行疏通，并采取注漿堵水措施進(jìn)行處理，從而降低隧道的滲水量和涌水量。對(duì)于隧道洞室冒頂和坍塌變形的情況，可以對(duì)拱頂采取旋噴樁進(jìn)行加固，對(duì)于一些比較復(fù)雜的地段需要采用超前注漿和超前支護(hù)的方式加固隧道。對(duì)于邊坡失穩(wěn)的情況，要先對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)，并縮短邊坡暴露時(shí)間，對(duì)于沒有出現(xiàn)滑坡和裂縫的邊坡，可以使用鋼筋網(wǎng)和錨桿+綠花坡的防水進(jìn)行支護(hù)。而邊坡有垮塌和裂縫的情況出現(xiàn)時(shí)，則需要利用鋼化管注漿的方式對(duì)坡面進(jìn)行加固，必要時(shí)可以重新進(jìn)行刷坡。

[1]汪德志.復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工技術(shù)[D].成都：西南交通大學(xué)，2011.

[2]王曉佳.復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（06）：146-147.