復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)解析

李 強(qiáng)

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶 400037）

修建鐵路線時(shí)，有些干線必須穿越山谷，隧道可以解決這類問題。隧道建設(shè)在鐵路工程中很普遍，其在里程的縮減等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。隧道的建設(shè)可以保證鐵路線的最優(yōu)化，縮短鐵路線的總距離，減少道路深挖技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，保證工程結(jié)構(gòu)的理論安全。我國疆域遼闊，陸地南北及東西跨度大，各不相同的土地結(jié)構(gòu)覆蓋著各種地質(zhì)和地貌環(huán)境。復(fù)雜、多變的地質(zhì)環(huán)境給隧道施工會(huì)帶來了一定的困難并使得施工安全性低下，需要非常專業(yè)的施工技術(shù)來保證項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。為了減少質(zhì)量問題的發(fā)生，有必要充分了解在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中安全開展隧道挖掘工作的重要性。在項(xiàng)目施工過程中，為確保工程施工的最終質(zhì)量和安全，需要仔細(xì)研究當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境，在此基礎(chǔ)上科學(xué)制訂施工計(jì)劃，選擇最合適的施工技術(shù)等開展實(shí)踐，只有這樣，鐵路建設(shè)才能真正具有經(jīng)濟(jì)效益并做到為人民服務(wù)[1]。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工概述

在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，施工時(shí)通常使用全斷面開挖的技術(shù)，即在充分了解鐵路隧道內(nèi)外結(jié)構(gòu)環(huán)境后，借助于一次性爆破形成的隧道，通過襯砌和改善支撐結(jié)構(gòu)來完成隧道施工。運(yùn)用該方法會(huì)形成較大的工作面，可以適應(yīng)大型機(jī)械的介入，在工程中具有很高的實(shí)用性。在使用這種方法進(jìn)行隧道施工的過程中，應(yīng)注意不破壞圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

在隧道施工過程中，圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接影響開挖技術(shù)的選擇，對(duì)此，需要在認(rèn)真評(píng)估工期和造價(jià)的基礎(chǔ)上，選擇合適的施工方案，以提高整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)的可行性。另外，在修建鐵路隧道時(shí)，應(yīng)考慮合理比例的混凝土材料，如表1所示[2]。

表1 混凝土材料配時(shí)允許偏差 單位：%

2 復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)鐵路隧道施工的具體影響

我國國土面積在空間上跨度非常大，與之相關(guān)的地質(zhì)和地形極其復(fù)雜，在各種迥異的自然因素的影響下，很容易導(dǎo)致鐵路工程建設(shè)的難度增大。

（1）許多建筑工地具有不利的地質(zhì)條件，例如易碎的巖石層發(fā)生事故的可能性高。在目前的施工過程中，遇到復(fù)雜的環(huán)境，將會(huì)給施工帶來嚴(yán)重的問題。

（2）在施工區(qū)還會(huì)發(fā)現(xiàn)特殊的地質(zhì)環(huán)境，例如采空區(qū)等。另外，如果隧道設(shè)計(jì)要穿越城市或在特定建筑物下運(yùn)行，則經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題，例如交叉管道，這會(huì)影響其在使用過程中的安全性。因此，在當(dāng)今復(fù)雜的地質(zhì)條件下，很容易影響鐵路隧道的建設(shè)。建筑公司和有關(guān)部門必須更加重視復(fù)雜地質(zhì)條件的研究，以確保進(jìn)一步提高鐵路隧道施工的質(zhì)量[3]。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 全斷面開挖技術(shù)

全斷面開挖技術(shù)是鐵路隧道施工中較為普遍的技術(shù)形式，該技術(shù)的第一步是設(shè)計(jì)整個(gè)隧道輪廓，并在隧道施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破處理；在獲得總體隧道輪廓之后，使用支護(hù)和襯砌等方法進(jìn)行一般的隧道結(jié)構(gòu)作業(yè)。該建筑技術(shù)的使用可以拓寬建筑工程的作業(yè)面，從而為大型機(jī)器的進(jìn)場(chǎng)創(chuàng)造有利條件。需要注意的是，要求建筑物的巖體從開挖全段開始就保持良好的穩(wěn)定性，以支撐工作，因此對(duì)圍巖提出了更高的要求[4]。

3.2 淺埋偏壓隧道施工技術(shù)

在分析諸如地質(zhì)條件等基本信息時(shí)，必須特別注意淺埋偏壓隧道。鐵路隧道施工的常見地質(zhì)條件之一是淺埋偏壓：如果能夠改善淺層變形隧道的穩(wěn)定性和安全性，則需要進(jìn)一步進(jìn)行研究工作，最大程度地消除由掩埋而引起的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。

（1）充分了解淺埋偏壓隧道的地質(zhì)條件的基本特征，并在了解結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的前提下合理制訂施工計(jì)劃。

（2）為了確保施工部門能夠有效地監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的地質(zhì)變形，需要整合特定的結(jié)構(gòu)管理系統(tǒng)和施工過程，以全面評(píng)估地質(zhì)變形的速度和程度，并盡一切努力來削弱安全事故的負(fù)面影響。

與其他隧道施工技術(shù)相比，淺埋偏壓隧道的施工由于覆蓋層相對(duì)淺薄，因此存在獨(dú)立成拱的困難，還存在滑坡、地表沉陷、地表失穩(wěn)后地表運(yùn)動(dòng)等問題。這不僅會(huì)影響建筑物的整體質(zhì)量，還會(huì)影響環(huán)境。例如，在淺埋隧道的施工過程中，如果未能成功實(shí)施排水工程、開挖和支護(hù)工程，將會(huì)出現(xiàn)安全隱患，增加施工的整體難度，并導(dǎo)致淺埋側(cè)隧道的施工失敗。因此，建設(shè)部門要根據(jù)淺埋變形隧道的主要施工要點(diǎn)，建立適當(dāng)?shù)墓芾頇C(jī)制，重視監(jiān)督和技術(shù)控制機(jī)制的建立和完善；同時(shí)，有關(guān)技術(shù)部門應(yīng)在隧道施工前確定地質(zhì)條件，制訂有針對(duì)性的計(jì)劃，采取合理的措施，在施工前分析觀測(cè)結(jié)果，檢查土壤含水率，保證排水工程的完整性，確保巖層的穩(wěn)定性，及時(shí)填補(bǔ)裂縫和塌陷區(qū)。在填充過程中，需要采用分層壓實(shí)，保證地基的穩(wěn)定[5]。

3.3 軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

著眼于工程地質(zhì)學(xué)的角度，在修建較弱的圍巖隧道時(shí)，受外部因素的影響很大。由于不同地區(qū)的地質(zhì)條件不同，不同因素的影響也不盡相同。在構(gòu)造圍巖隧道時(shí)，項(xiàng)目施工單位必須準(zhǔn)確識(shí)別影響隧道施工的關(guān)鍵因素，并優(yōu)化現(xiàn)有的隧道開挖方法（包括支護(hù)方法），以避免隧道施工過程中軟弱圍巖出現(xiàn)變形，減少經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于質(zhì)軟圍巖的施工，由于不可能使用全斷面的開挖方法，因此主要使用部分開挖法。分部開挖技術(shù)主要包括開挖的三種典型形式——環(huán)形開挖法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和中隔壁法。其中，環(huán)形開挖法有助于提高結(jié)構(gòu)的安全性，工作面相對(duì)穩(wěn)定；在保證建筑物結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，雙面開挖方法可以從兩側(cè)挖到中心，能有效緩解周圍軟弱圍巖的壓力，成功避免了過大的地面沉降的問題；中隔壁法是指從上到下順序開挖，開挖后進(jìn)行錨噴處理以連接中隔墻。在建造稀疏圍巖隧道時(shí)，施工單位經(jīng)常采用噴錨施工技術(shù)，該技術(shù)主要采用新奧法，并以巖土力學(xué)作為理論基礎(chǔ)。科學(xué)地利用圍巖的承載力可減少隧道開挖對(duì)圍巖的影響，使圍巖成為隧道支撐系統(tǒng)的一部分。在具體的施工過程中，良好的監(jiān)測(cè)和測(cè)量工作尤為重要，由于加強(qiáng)了監(jiān)測(cè)和測(cè)量，隧道施工可以毫無顧慮地順利開展。對(duì)于施工人員，應(yīng)注意：

（1）科學(xué)利用圍巖的穩(wěn)定性，按施工順序進(jìn)行工作，提高圍巖的可靠性。

（2）在地質(zhì)條件過于復(fù)雜的情況下，可以使用噴射混凝土和錨桿支撐組合的方法進(jìn)行支護(hù)。完成支護(hù)后，必須立即將其關(guān)閉，以使圍巖成為隧道支撐系統(tǒng)的一部分。

（3）在開挖過程中，應(yīng)盡量減少對(duì)圍巖的影響，以確保隧道開挖的輪廓更加規(guī)則。

（4）在圍巖變形和初始支護(hù)穩(wěn)定之后，可以開展第二層襯砌工作。

（5）為了確保襯砌的合理厚度并提高襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在開挖和施工過程中，施工人員必須預(yù)先保留變形量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果隨時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

3.4 錨桿技術(shù)

錨桿技術(shù)主要處理復(fù)雜地質(zhì)條件下圍巖的位移問題。當(dāng)位移發(fā)生時(shí)，圍巖會(huì)引起掌子面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此施工人員必須手動(dòng)設(shè)置錨桿并通過錨桿控制橫截面位移，從而減少圍巖、掌子面甚至支護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有的變形問題。在當(dāng)前的建筑環(huán)境中，建筑工人通常會(huì)選擇易于切割且易于施工的玻璃纖維錨桿，通過將其切成長度小于20m的錨桿件，保證工程的穩(wěn)定性[6]。

3.5 洞內(nèi)加固處理技術(shù)

洞內(nèi)加固主要是通過有效使用適當(dāng)?shù)闹未胧﹣砣嫣岣叨磧?nèi)穩(wěn)定性，典型的方法包括混凝土噴射法和鋼拱架法。在上述應(yīng)用措施的影響下，隧道結(jié)構(gòu)主體的抗壓性將得到進(jìn)一步提高，為隧道長期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。此外，在特定的施工過程中，每個(gè)技術(shù)人員都必須有效地選擇施工思路和實(shí)用的方法來加固巖石，并配合其他技術(shù)一起有效地監(jiān)控其內(nèi)部程序。此外，許多部門還使用模板襯砌技術(shù)來建造復(fù)雜的地質(zhì)隧道，以保持基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。從仰拱結(jié)構(gòu)的角度來看，該操作應(yīng)在側(cè)壁后進(jìn)行，以確保整個(gè)結(jié)構(gòu)形成閉環(huán)路，從而充分保證主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在隧道施工的許多地區(qū)經(jīng)常發(fā)生坍塌問題，對(duì)此，工作人員應(yīng)合理運(yùn)用支護(hù)能力強(qiáng)化，以進(jìn)一步降低隧道加固的難度。

3.6 臺(tái)階開挖法

臺(tái)階開挖法也是建造鐵路隧道的常用技術(shù)，即根據(jù)水平角度，將掌子面分為2～3個(gè)部分并按部分開挖。該技術(shù)的特點(diǎn)是應(yīng)用范圍較廣，施工操作對(duì)專業(yè)知識(shí)要求不高，但容易受到外界環(huán)境因素的影響，并且難以在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下順利開展施工作業(yè)。

4 結(jié)束語

結(jié)合目前施工技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，在現(xiàn)階段，為了提高復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道的建設(shè)水平，施工單位必須重視施工技術(shù)和各種地質(zhì)環(huán)境的研究，采用優(yōu)良的施工技術(shù)解決復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境引起的施工問題。只有這樣，才能真正避免復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境帶來的負(fù)面影響，為鐵路建設(shè)提供技術(shù)支持，為我國交通運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。