鐵路隧道施工圍巖變形安全等級的研究與應(yīng)用

孫志強(qiáng)

摘 要：伴隨著我國鐵路工程的是工農(nóng)建設(shè)，促使我國的交通行業(yè)得到較大程度的發(fā)展。但是，鐵路工程施工建設(shè)階段常常會產(chǎn)生隧道坍塌問題，嚴(yán)重影響鐵路工程的施工進(jìn)度，同時也會對施工單位的人員安全問題以及財產(chǎn)安全問題帶來嚴(yán)重的影響，因此，加強(qiáng)鐵路隧道施工圍巖的控制顯得尤為重要。本論文通過對鐵路隧道施工圍巖變形控制的原理、標(biāo)準(zhǔn)以及國際研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，最后就鐵路隧道變形控制安全級別進(jìn)行論述，旨在為我國鐵路隧道施工圍巖變形控制研究人員提供參考的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；圍巖變形控制；安全等級

1 前言

由于我國國土面積相對廣闊，同時存在各種類型的地勢地貌，因此，為了加強(qiáng)城市區(qū)域之間的聯(lián)系，政府部門加強(qiáng)了我國鐵路工程的建設(shè)力度。截止到2016年為止，我國鐵路總公里數(shù)已經(jīng)達(dá)到12.4萬公里，并且在未來的發(fā)展建設(shè)階段，仍然存在大量的鐵路工程需要投資建設(shè)。因此，為了確保鐵路工程施工建設(shè)階段，施工單位人員以及財產(chǎn)的安全性，需要加強(qiáng)對鐵路隧道施工圍巖變形的控制力度。

通常情況下，鐵路工程施工階段經(jīng)常出現(xiàn)隧道坍塌問題，并且造成了大量的人員傷亡以及財產(chǎn)損失。而造成這種問題的主要原因是隧道施工初期階段所架構(gòu)的支護(hù)結(jié)構(gòu)在工程施工階段出現(xiàn)較大程度的變形，繼而影響鋼架結(jié)構(gòu)以及混凝土的穩(wěn)定性，產(chǎn)生不同程度的塌方問題，致使施工單位的人員以及設(shè)備掩埋在隧道當(dāng)中。通過對大量隧道塌方現(xiàn)象的分析以及總結(jié)，可以確定影響隧道塌方的主要因素有三個方面，即鐵路工程施工技術(shù)、施工單位實(shí)際施工方式以及施工現(xiàn)場的管理工作執(zhí)行力度。當(dāng)然，也存在其他影響因素，例如施工現(xiàn)場地質(zhì)條件、氣候因素等。一旦施工單位在施工階段對各項(xiàng)工作的管理力度不強(qiáng)，則非常容易產(chǎn)生塌方事故。

2 鐵路隧道施工圍巖變形控制原理

鐵路工程隧道施工過程，施工單位的各種施工方式會對隧道周邊的圍巖產(chǎn)生一定的影響，促使其逐漸變得松弛，并且容易出現(xiàn)變形。一般來說，圍巖的松弛程度存在一定的預(yù)定范圍，但是，假設(shè)圍巖松弛程度超出預(yù)定范圍，則會嚴(yán)重影響隧道的穩(wěn)定性。所以，為了能夠更加較高的實(shí)現(xiàn)對隧道變形的控制，可以制定變形控制基準(zhǔn)值。施工單位只要確保隧道圍巖變性能夠在基準(zhǔn)值以下，則隧道工程施工建設(shè)工作就能正常開展。

另外，對于隧道圍巖穩(wěn)定性的判定主要是借助于凈空位移指標(biāo)的參考。建設(shè)在鐵路隧道工程施工階段，隧道圍巖出現(xiàn)較小程度的圍巖，同時發(fā)生的時間相對較短，則能夠確保圍巖自身的穩(wěn)定性。但是，如果隧道圍巖出現(xiàn)較大程度的位移，并且持續(xù)時間相對較長，則不能保證圍巖的穩(wěn)定性。施工單位在進(jìn)行圍巖位移程度判斷時，可以借助于位移速度以及絕對位移量兩個標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)施工單位在隧道初期維護(hù)階段，隧道圍巖產(chǎn)生的位移速度低于最大極限值，同時也沒有出現(xiàn)蠕變的跡象，則能夠保證隧道初期支護(hù)工作質(zhì)量能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。但是，如果隧道圍巖的絕對位移量大于最大安全標(biāo)準(zhǔn)，則施工單位需要借助于其他形式對隧道進(jìn)行加固處理，例如錨桿以及鋼架網(wǎng)噴的增設(shè)，或者采用超強(qiáng)支護(hù)方式增加隧道圍巖的穩(wěn)定性。假設(shè)隧道圍巖的絕對位移量沒有遠(yuǎn)大于最大安全值，同時隧道初期澆筑的混凝土沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，則施工單位可以自行判斷是否進(jìn)行相關(guān)安全措施的防護(hù)。

3 鐵路隧道施工圍巖變形控制標(biāo)準(zhǔn)

近年來，為了實(shí)現(xiàn)對鐵路隧道施工建設(shè)工程當(dāng)中隧道圍巖變形控制基準(zhǔn)值，隧道穩(wěn)定性以及隧道變形等級的深入管理，我國鐵道部根據(jù)我國隧道圍巖變形的特征制定了一系列的隧道圍巖變形控制管理規(guī)定，同時，根據(jù)鐵路工程施工現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境的不同，確定了不同的隧道圍巖變形控制標(biāo)準(zhǔn)計算方式以及具體的內(nèi)容的設(shè)定，促使施工單位能夠更加科學(xué)有效的完成隧道穩(wěn)定性的判斷以及管理。

4 國際鐵路隧道圍巖變形控制研究現(xiàn)狀

當(dāng)前階段，國際當(dāng)中諸多國家對于鐵路隧道圍巖控制方面進(jìn)行了不同程度的研究，并且取得了一定的成就。例如，通過研究，對鐵路隧道埋深方面、圍巖方面、拱頂下沉以及水平攬收等方面的變形基準(zhǔn)值進(jìn)行了確定。早在上世紀(jì)七十年代，法國最先借助中等斷面隧道施工的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提出拱頂下沉的評定標(biāo)準(zhǔn)，而蘇聯(lián)則是基于深埋普坑數(shù)據(jù)分析，提出了隧道支護(hù)措施以及坑道穩(wěn)定性的管理標(biāo)準(zhǔn)。日本以及瑞士先后提出了水平收斂基準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)，同時明確判定水平收斂基準(zhǔn)值的過程當(dāng)中，需要對鐵路隧道工程周邊區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境有著較為全面的了解，工程施工階段需要對隧道斷面的情況進(jìn)行科學(xué)分析，時刻注意隧道圍巖的動態(tài)變化，同時也需要充分考慮到施工單位對于隧道支護(hù)措施的類型等。

通過對大量文獻(xiàn)資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)國際中不同國家對于處理隧道變形控制基準(zhǔn)與埋深之間的關(guān)系研究存在一定的差異。例如，法國和蘇聯(lián)認(rèn)為隧道變形控制基準(zhǔn)與埋深之間存在必然的聯(lián)系，但是在研究的過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)對于隧道的埋深程度沒有明確的規(guī)定，不能確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確定。而對于日本以及瑞士而言，則認(rèn)為隧道變形控制基準(zhǔn)與隧道埋深之間不存在聯(lián)系，即隧道圍巖所能夠產(chǎn)生的變形程度與隧道的埋深程度沒有直接的聯(lián)系。無論施工單位在鐵路工程施工階段，隧道埋深程度的深淺，都不會造成隧道圍巖極限應(yīng)變值出現(xiàn)變化。對于隧道變形與安全級別之間的關(guān)系，蘇聯(lián)與瑞士在研究的過程當(dāng)中沒有加入安全級別的研究，而日本以及法國則是將安全級別作為影響隧道變形控制的影響因素。對于隧道變形控制基準(zhǔn)值的簡化研究方面，瑞士的研究成果相對成熟，即在不影響隧道施工初期所設(shè)置的支護(hù)措施的基礎(chǔ)上，舍去斷面因素、圍巖因素以及埋深因素的影響，實(shí)現(xiàn)對基準(zhǔn)值的簡化控制。

5 我國鐵路隧道變形控制安全級別

為了能夠更加高效的對鐵路隧道圍巖變形控制安全等級進(jìn)行管理，我國鐵道部門制定了一系列的管理規(guī)定條例。但是，施工單位在鐵路隧道實(shí)際施工階段，對于鐵道部相關(guān)管理規(guī)定內(nèi)容的具體實(shí)施過程并不順利，隧道施工管理工作的質(zhì)量不能得到保證。例如，對于隧道圍巖的變形量計算工作而言，在隧道支護(hù)階段所計算的結(jié)果與實(shí)際施工階段所展現(xiàn)的結(jié)果之間存在較大的差異，因此，為了最大程度的避免這一現(xiàn)象，需要我國鐵道部門加強(qiáng)對隧道圍巖變形控制安全等級制定工作的重視程度。值得注意的是，為了確保制定的安全等級能夠滿足實(shí)際工程施工的需要，需要安全等級制定階段，以隧道初期支護(hù)措施損壞作為制定的前提條件。

6 結(jié)束語

綜上所述，基于我國社會的高速發(fā)展，我國的鐵路工程建設(shè)力度在逐漸增加。然而，受到施工現(xiàn)場地質(zhì)條件的影響，為工程施工建設(shè)增加了一定的難度，非常容易在施工階段出現(xiàn)隧道坍塌的問題。因此，為了確保鐵路工程的施工建設(shè)能夠全面開展，需要施工單位不斷完善自身施工技術(shù)能力，加強(qiáng)施工現(xiàn)場的管理力度，同時鐵道部工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)隧道施工圍巖變形控制的研究，確定隧道變形控制安全等級的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而為施工單位在實(shí)際的施工階段提供一定的參考，保證鐵路工程的施工建設(shè)能夠順利進(jìn)行。

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