復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)探討

劉紅專(zhuān)

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽(yáng) 111000）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸壓力不斷增大，因此國(guó)家也加快了鐵路建設(shè)的步伐。但由于我國(guó)幅員遼闊，東西和南北地質(zhì)條件相差較大，增加了鐵路建設(shè)的難度和施工成本。在我國(guó)鐵路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，在許多地形較為復(fù)雜的山區(qū)、河谷附近通常需要進(jìn)行鐵路隧道的建設(shè)，而在鐵路隧道建設(shè)的過(guò)程中容易遇到如巖溶、突泥涌水等復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題，導(dǎo)致鐵路隧道建設(shè)中出現(xiàn)偏壓、巖爆以及瓦斯爆炸等事故，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的人員傷亡，需要研究施工地區(qū)內(nèi)的地質(zhì)條件，采取合理的鐵路隧道施工技術(shù)，確保隧道施工的安全、順利進(jìn)行，并推動(dòng)我國(guó)鐵路隧道施工技術(shù)及鐵路建設(shè)工程的快速發(fā)展。

1 鐵路隧道施工技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的比較

1.1 全斷面開(kāi)挖技術(shù)

此技術(shù)需要在隧道開(kāi)挖施工之前對(duì)隧道進(jìn)行爆破，而且此爆破作業(yè)需要沿著隧道的輪廓進(jìn)行一次性的爆破，然后形成較大的隧道開(kāi)挖工作面，在隧道開(kāi)挖的整個(gè)過(guò)程中，還要持續(xù)進(jìn)行支護(hù)及襯砌修建工作。技術(shù)實(shí)施的難點(diǎn)是在整個(gè)施工過(guò)程中確保圍巖的穩(wěn)定性，所以需要采取合理的支護(hù)手段，從全斷面開(kāi)挖到最后支護(hù)前對(duì)圍巖穩(wěn)定性的要求較高。從技術(shù)原理可以看出，隧道施工技術(shù)具有較大的開(kāi)挖空間，便于大型機(jī)械設(shè)備施工，所以具有較高的工作效率，但缺點(diǎn)也較為明顯，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性要求非常高。

1.2 臺(tái)階開(kāi)挖技術(shù)

此技術(shù)就是將掌子面分為幾個(gè)部分分別進(jìn)行開(kāi)挖施工，通常按照橫向的方式進(jìn)行分段，然后分段進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。因此，此技術(shù)具有較強(qiáng)的適用性，可適用于多種復(fù)雜的地質(zhì)和施工條件，施工空間也較為開(kāi)闊和穩(wěn)定，而且隧道開(kāi)挖的機(jī)械設(shè)備相對(duì)較為簡(jiǎn)單，因此也具有較高的施工效率，是目前應(yīng)用比較廣泛的施工技術(shù)之一。但此技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中也暴露出一定缺點(diǎn)，如在進(jìn)行臺(tái)階開(kāi)挖施工中，分段的各部位施工之間容易出現(xiàn)互相干擾的情況，這也是實(shí)施中的難點(diǎn)之一。

1.3 分部挖掘技術(shù)

隨著鐵路工程建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)大，在隧道施工中經(jīng)常會(huì)遇到軟弱圍巖的地質(zhì)條件，在此地質(zhì)條件下，大斷面開(kāi)挖的施工技術(shù)無(wú)法應(yīng)用，所以在此條件下需要進(jìn)行分部開(kāi)挖的施工方式。此種施工技術(shù)又根據(jù)地質(zhì)條件的不同而分為環(huán)形開(kāi)挖法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法以及較差中隔壁法等多種方法，其中環(huán)形開(kāi)挖法在軟弱圍巖條件下具有較高的施工安全性和穩(wěn)定性；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法則是從兩側(cè)向中間開(kāi)挖，并且在兩側(cè)進(jìn)行支護(hù)，并隨著開(kāi)挖作業(yè)的進(jìn)行而不斷向中間進(jìn)行支護(hù)和開(kāi)挖作業(yè)，因此能夠有效解決軟弱圍巖地質(zhì)承載力不足的問(wèn)題，降低了地表沉降的可能性和發(fā)生概率，但是具有施工工序復(fù)雜，施工成本較高的缺點(diǎn)；較差中隔壁法則是從上往下進(jìn)行開(kāi)挖施工，通常將隧道開(kāi)挖施工分為（2～3）步進(jìn)行，在每一步的開(kāi)挖施工完成之后都要進(jìn)行相應(yīng)的錨噴、仰拱設(shè)置、中隔墻的設(shè)置和聯(lián)結(jié)等工作，然后對(duì)中隔墻的另一側(cè)再進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下提高鐵路隧道施工技術(shù)水平的措施

2.1 重視地質(zhì)條件的考察

對(duì)隧道施工區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)條件的考察應(yīng)貫穿整個(gè)隧道施工過(guò)程中，而且考察的實(shí)施需要由施工單位、設(shè)計(jì)單位以及建設(shè)單位共同完成，并需要對(duì)隧道所經(jīng)過(guò)的區(qū)域內(nèi)的所有地質(zhì)條件都應(yīng)進(jìn)行考察，而且在施工中隨著地質(zhì)條件的變化需要對(duì)隧道施工技術(shù)和工藝進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整?？蓮暮暧^上對(duì)各地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行了解和掌握，提高對(duì)施工單位選擇的準(zhǔn)確性，減少進(jìn)行地質(zhì)條件考察的工作量，進(jìn)而提高隧道施工的效率。

2.2 鐵路隧道施工技術(shù)的選擇

在對(duì)鐵路隧道施工工程區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件進(jìn)行考察后，需根據(jù)地質(zhì)條件的不同來(lái)進(jìn)行施工技術(shù)的選擇和施工工藝流程的設(shè)計(jì)，而進(jìn)行技術(shù)選擇和工藝設(shè)計(jì)的原則是最大限度地減少自然地質(zhì)條件對(duì)鐵路隧道施工的不良影響，降低施工中的事故概率。在隧道施工技術(shù)選擇的過(guò)程中，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的學(xué)習(xí)，不斷提高自身的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，進(jìn)一步提高隧道施工的安全性。

2.3 加強(qiáng)對(duì)隧道施工過(guò)程的監(jiān)督

在鐵路隧道施工過(guò)程中，施工單位內(nèi)部首先要做好自身的檢查和監(jiān)督工作，由專(zhuān)檢員對(duì)施工人員和設(shè)備器具進(jìn)行安全和質(zhì)量檢查，并對(duì)隧道施工方案進(jìn)行研究，確保實(shí)施的可行性。監(jiān)理人員應(yīng)在隧道施工的全過(guò)程進(jìn)行安全和質(zhì)量監(jiān)督，從材料質(zhì)量、人員管理、工藝的合理性以及施工人員的施工過(guò)程，做好監(jiān)督和技術(shù)指導(dǎo)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行處理，確保施工質(zhì)量和安全。國(guó)家層面應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工單位相關(guān)資質(zhì)的審核和監(jiān)督，從多方面提高監(jiān)督力度，提高參與人員的責(zé)任意識(shí)，確保施工建設(shè)的安全與順利進(jìn)行。

2.4 提高隧道的施工技術(shù)水平

科學(xué)合理的隧道施工技術(shù)是應(yīng)對(duì)鐵路隧道施工中的各種復(fù)雜地質(zhì)條件，并確保隧道施工順利進(jìn)行的最主要的措施。隧道的施工技術(shù)是根據(jù)隧道施工地區(qū)的地質(zhì)條件而確定的，通過(guò)對(duì)以往的地質(zhì)資料進(jìn)行研究，制定出完整、科學(xué)、合理的施工方案。對(duì)施工過(guò)程中容易出現(xiàn)的安全事故進(jìn)行分析，通過(guò)合理的施工技術(shù)對(duì)其進(jìn)行有效預(yù)防，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，對(duì)可能發(fā)生的事故需采取應(yīng)急的防御措施。并在事后及時(shí)總結(jié)地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)狀況、成因、解決方案，以積累經(jīng)驗(yàn)，從而提高隧道施工的技術(shù)水平。

3 鐵路隧道開(kāi)挖施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 工程概況

我國(guó)某地區(qū)的鐵路隧道工程中，需要建設(shè)的隧道全長(zhǎng)2180m，是根據(jù)時(shí)速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)形式設(shè)計(jì)的雙線(xiàn)隧道鐵路。此鐵路隧道工程所在地區(qū)的地質(zhì)條件為：區(qū)域?qū)儆谇鹆甑貐^(qū)，具有較為明顯地形起伏變化，高程變化在（35～100）m，平均埋深45 m，且存在較大的坡度（約28°），所以需要對(duì)坡面采取植被的方式進(jìn)行加固處理。

3.2 采用的施工技術(shù)及問(wèn)題處理措施

（1）針對(duì)地質(zhì)條件及施工單位的施工條件，需采取的施工技術(shù)主要有：在施工之前提前采取相應(yīng)的支護(hù)技術(shù)，拱部進(jìn)行開(kāi)挖應(yīng)采取環(huán)形開(kāi)挖技術(shù)并進(jìn)行前期支護(hù)，對(duì)于核心土及其下部進(jìn)行開(kāi)挖施工，而且還要進(jìn)行二次襯砌和相應(yīng)的防水排水作業(yè)。

（2）對(duì)此地質(zhì)條件進(jìn)行分析后可知，在鐵路隧道施工過(guò)程中容易出現(xiàn)塌方事故，引起塌方的原因除自然因素外，還有施工人員缺乏施工經(jīng)驗(yàn)、綜合素質(zhì)差，未嚴(yán)格執(zhí)行施工操作規(guī)范而導(dǎo)致的。而且根據(jù)以往隧道施工經(jīng)驗(yàn)可知，塌方通常發(fā)生在洞口部位、洞內(nèi)部的石體部分，以及洞內(nèi)部的土體類(lèi)不穩(wěn)定的部分。

（3）當(dāng)鐵路隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)塌方事故時(shí)，應(yīng)采取的應(yīng)急措施：①對(duì)塌方的范圍、外形和塌方部分的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，分析引起塌方的具體原因；②根據(jù)塌方的具體位置和嚴(yán)重程度制定合理的補(bǔ)救方案。通常的措施，就是加強(qiáng)防排水的處理措施，由于引起塌方最主要的地質(zhì)原因就是由于地下水的活動(dòng)導(dǎo)致此處的地質(zhì)條件發(fā)生變化而引起的，所以在隧道開(kāi)挖中需做好防排水處理，要有效減少地表水的滲入。

3.3 鐵路隧道開(kāi)挖施工的監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法

為確保施工安全及隧道開(kāi)挖的順利進(jìn)行，需進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：①隧道開(kāi)挖處的地質(zhì)情況以及施工過(guò)程中的支護(hù)情況，監(jiān)測(cè)內(nèi)容有開(kāi)挖部分的巖性、巖層情況，以及結(jié)構(gòu)面層雨季地下水位等情況；②對(duì)水平收斂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)水平收斂情況對(duì)巖體的穩(wěn)定性、支護(hù)情況以及二次襯砌等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；③對(duì)沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)頂部的下沉情況，用于對(duì)拱頂?shù)姆€(wěn)定性進(jìn)行判斷；④對(duì)地表變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)對(duì)地表下沉情況的監(jiān)測(cè)，來(lái)確定隧道支護(hù)的安全情況。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)土地遼闊，鐵路運(yùn)輸線(xiàn)路較長(zhǎng)，難免會(huì)經(jīng)過(guò)具有復(fù)雜地質(zhì)條件的區(qū)域，在此地區(qū)進(jìn)行隧道施工時(shí)，常用的施工技術(shù)包括：具有較大開(kāi)挖工作面的全斷面開(kāi)挖技術(shù)、具有較強(qiáng)適用性的臺(tái)階開(kāi)挖技術(shù)、具有較強(qiáng)施工安全性的分部挖掘技術(shù)等，其各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的作業(yè)環(huán)境和地質(zhì)條件中。因此，在鐵路隧道施工過(guò)程中，應(yīng)提高對(duì)地質(zhì)條件考察的重視，合理選擇隧道施工技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)隧道施工過(guò)程的監(jiān)督，不斷提高隧道的施工技術(shù)水平，推動(dòng)我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

［1］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（6）：146-147.

［2］肖毅.復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)研究［J］.低碳世界，2014（1）202-203.

［3］欒春陽(yáng).復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)探析［J］.科研，2016（12）：268-268.