復(fù)雜地質(zhì)條件下單線鐵路隧道施工技術(shù)分析

中鐵二十一局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000

復(fù)雜地質(zhì)條件下展開(kāi)鐵路隧道施工的難度較大，易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，甚至引發(fā)安全事故。因此，在鐵路隧道工程建設(shè)過(guò)程中，施工單位必須全面掌握現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，并匹配相適應(yīng)的施工技術(shù)，同時(shí)依據(jù)規(guī)范將各項(xiàng)工作落實(shí)到位，從而切實(shí)保證鐵路隧道的施工質(zhì)量。

1 工程概況

于都二號(hào)隧道起訖里程為DK35+138～DK39+680，全長(zhǎng)為4542m，為單線隧道，最大埋深約為270m。隧道出口端241.36m位于R=5000的左偏曲線上，除此之外的其他部分均設(shè)置于直線段。隧道進(jìn)口設(shè)置耳墻式洞門(mén)，出口為臺(tái)階式洞門(mén)。

2 隧址區(qū)地質(zhì)條件概述

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果可知，隧址區(qū)地面高程為175～605m，自然橫坡集中在15°～45°，進(jìn)口處分布有大厚度的土層及全風(fēng)化層，斜坡丘陵區(qū)域植被茂盛。正洞部分地質(zhì)條件主要為Ⅲ級(jí)圍巖990m、Ⅳ級(jí)圍巖2230m、Ⅴ級(jí)圍巖1322m。DK36+70～DK36+120段穿越斷層，其兩側(cè)片理化程度嚴(yán)重，存在寬度約100m的破碎帶，不利于正常施工。此外，DK36+75～DK36+200段巖體破碎，DK39+050～DK39+680段穿越含煤層。可見(jiàn)，隧道沿線施工地質(zhì)條件復(fù)雜，遇多類(lèi)特殊地質(zhì)，在此條件下開(kāi)展隧道施工作業(yè)的難度較大，對(duì)施工技術(shù)提出了較高的要求。

3 單線鐵路隧道施工技術(shù)

3.1 隧道穿越破碎帶的施工技術(shù)

在破碎帶施工時(shí)應(yīng)遵循“短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤測(cè)量”的基本原則。施工期間應(yīng)注重如下幾項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)：（1）組織超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)工作以方便掌握圍巖、斷層的實(shí)際情況，從而讓施工單位將此作為后續(xù)施工的依據(jù)，從而保證技術(shù)的可行性、材料及設(shè)備的可靠性。（2）通過(guò)超前管棚注漿支護(hù)的方式營(yíng)造安全穩(wěn)定的施工環(huán)境，并合理爆破，以最大限度地減小對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)性影響；開(kāi)挖后加強(qiáng)支護(hù)，盡可能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)二次襯砌封閉成環(huán)[1]。（3）考慮到斷層破碎帶開(kāi)挖過(guò)程中易發(fā)生失穩(wěn)等異常狀況，宜采取弱爆破開(kāi)挖的方式；爆破時(shí)，需縮短循環(huán)進(jìn)尺，加強(qiáng)對(duì)裝藥量的控制；視破碎帶的實(shí)際情況合理調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)及參數(shù)，保證在爆破過(guò)程中周邊圍巖依然可維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.2 隧道穿越淺埋段的施工技術(shù)

隧道進(jìn)出口處的圍巖較為軟弱，而施工的擾動(dòng)性較強(qiáng)，因此該處在施工時(shí)易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。支護(hù)是施工前的重要準(zhǔn)備工作，以超前大管棚超前支護(hù)較為合適，必要時(shí)可輔以地表注漿處理措施。（1）進(jìn)洞區(qū)域設(shè)置長(zhǎng)管棚，組織注漿作業(yè)。（2）洞口段二次襯砌應(yīng)盡早施工成型，以便與支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成完整的整體，共同發(fā)揮出強(qiáng)支撐的作用，以免發(fā)生坍塌事故。（3）進(jìn)出口淺埋段施工過(guò)程中及時(shí)施作初期支護(hù)，在完成爆破作業(yè)后需初噴4cm厚混凝土，再將鋼架、錨桿及鋼筋網(wǎng)有序安裝到位，組織進(jìn)一步的復(fù)噴作業(yè)，直至混凝土厚度滿足要求。值得注意的是，要以不影響正常施工為前提，盡可能地縮短初期支護(hù)與二次襯砌的距離。（4）在初期支護(hù)施工期間，需加強(qiáng)鋼架基底，以保證其具有穩(wěn)定性，并設(shè)置墊板。另外，為確保鋼架可正常使用，可配置鎖腳鋼管，以構(gòu)成穩(wěn)定的受力體系。（5）根據(jù)施工要求配制性能達(dá)標(biāo)的漿液，及時(shí)用于注漿施工，以免因間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)漿液性能下降的情況。（6）錨桿注漿過(guò)程中及時(shí)排氣，小導(dǎo)管注漿孔口處需要得到有效的封堵處理，并加強(qiáng)對(duì)孔口巖面的防護(hù)，全程注漿壓力穩(wěn)定在0.2～0.3MPa，使?jié){液充分注入。

3.3 涌突水、突泥預(yù)防及處理施工技術(shù)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是掌握前方隧道施工條件的重要方式，具體采用地質(zhì)調(diào)查法、物探法及超前鉆探法，從而準(zhǔn)確分析前方地質(zhì)情況，給施工提供參考。

（1）超前鉆探法。超前鉆探期間遇巖溶富水地段時(shí)，易發(fā)生突水現(xiàn)象，需通過(guò)注漿堵水的方式加以處理。根據(jù)突水的發(fā)生特點(diǎn)，可配置RPD-150C鉆機(jī)（此設(shè)備帶有止水閥），遇高壓水時(shí)可通過(guò)鉆桿注漿的方式來(lái)達(dá)到有效的止水效果。突水的處理方法主要有兩種，即原孔注漿封堵法和引水分流封堵法，具體視實(shí)際情況而定。

（2）地質(zhì)調(diào)查法。原孔注漿封堵法主要的應(yīng)用思路在于確定突水的具體發(fā)生區(qū)域，啟用鉆機(jī)，并通過(guò)該設(shè)備將高壓注漿塞穩(wěn)定設(shè)置在孔口處，若無(wú)誤則組織注漿作業(yè)，在漿液凝結(jié)后，可達(dá)到堵漏的效果。

（3）物探法。遇突水、突泥現(xiàn)象時(shí)，需按特定的流程有序完成堵漏注漿作業(yè)，具體如下：鉆適量注漿孔（應(yīng)保證鉆孔與裂隙相交），設(shè)置好孔口管；確定漏水裂隙后，對(duì)其進(jìn)行鑿槽作業(yè)，利用棉紗等物質(zhì)有效填塞，以保證滲水均能夠從管中流出，在此基礎(chǔ)上利用快凝砂漿填槽；組織壓力注漿，加強(qiáng)對(duì)注漿壓力的檢測(cè)與控制，保證注漿效果的合理性。

（4）其他施工方法。遇異常嚴(yán)重的突水、突泥現(xiàn)象時(shí)，上述所提的常規(guī)方法缺乏可行性，此時(shí)應(yīng)設(shè)置混凝土止水墻。具體施工要點(diǎn)如下：①利用砂袋設(shè)置圍堰，待圍堰成型后，在其外側(cè)以混凝土為材料設(shè)置止水墻，在鋼管的作用下將圍堰內(nèi)的水導(dǎo)出，為切實(shí)提高排水效率，可配置移動(dòng)泵站排水系統(tǒng)。②在確保圍巖和混凝土止水墻不受擾的前提下，應(yīng)向圍堰中拋填片石。③止水墻成型且強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，可及時(shí)關(guān)閉導(dǎo)水管，分析止水墻的實(shí)際情況，應(yīng)保證其維持穩(wěn)定的狀態(tài)。若止水墻失穩(wěn)或不具備足夠的止水能力，則需要適時(shí)開(kāi)啟導(dǎo)水管，對(duì)止水墻外側(cè)采取加固處理措施[2]。④在保證止水墻具有穩(wěn)定性后，需對(duì)導(dǎo)水管組織頂水注漿作業(yè)。注漿期間應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況或是干擾因素，根據(jù)實(shí)際情況采取合適的處理措施，以免止水墻失穩(wěn)。

3.4 瓦斯專(zhuān)項(xiàng)施工方案

DK39+050～DK39+680段穿越含煤層，為低瓦斯地段，在施工過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際瓦斯檢測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整瓦斯地段施工管理等級(jí)。成立專(zhuān)門(mén)的瓦斯監(jiān)控小組，由分部隧道隊(duì)承擔(dān)監(jiān)測(cè)任務(wù)，配置專(zhuān)職瓦斯檢測(cè)員，隨時(shí)監(jiān)測(cè)隧道開(kāi)挖面是否有瓦斯逸出。從事隧道施工的所有人員全部要經(jīng)過(guò)瓦斯隧道安全技術(shù)培訓(xùn)，經(jīng)考核合格后方可允許上崗。具體的總施工方案如下：

（1）瓦斯段水氣分離裝置及排放管施工工藝。瓦斯段落需安裝瓦斯分離裝置且沿隧道兩側(cè)縱向布置，而瓦斯分離裝置采用φ80mmPVC管，水氣分離裝置用PVC直彎頭、三通管連接，洞內(nèi)設(shè)于瓦斯地段兩端。其中，高洞口端水氣分離裝置如圖1所示。①瓦斯氣體排放路徑：縱向盲溝→水氣分離裝置→縱向盲溝→瓦斯排放管。②地下水排放路徑：縱向盲溝→水氣分離裝置→洞內(nèi)側(cè)溝。

圖1 高洞口端水氣分離裝置（單位：cm）

（2）瓦斯段監(jiān)測(cè)。瓦斯段落需安裝瓦斯分離裝置，沿隧道兩側(cè)要注意的點(diǎn)如下：①對(duì)瓦斯段加深炮眼并加強(qiáng)瓦斯探測(cè)、監(jiān)測(cè)和施工通風(fēng)，洞內(nèi)人員配備瓦檢儀，專(zhuān)職瓦檢員配備光感式瓦檢儀，低瓦斯采用人工檢測(cè)，施工機(jī)械可使用非防爆型，電氣設(shè)備采用防爆型。②加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，逐段核實(shí)地質(zhì)信息，開(kāi)展施工瓦斯、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)估，若與設(shè)計(jì)不符，及時(shí)向業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位提出，采取相應(yīng)的處理措施。③加強(qiáng)隧道通風(fēng)，隧道通風(fēng)采用壓入式的通風(fēng)方式，對(duì)塌腔、模板臺(tái)車(chē)、加寬段、綜合洞室等處增加局扇進(jìn)行解決。瓦斯隧道施工通風(fēng)尤為重要。確定掌子面需風(fēng)量，滿足洞內(nèi)最小風(fēng)速，洞內(nèi)工作人員呼吸、稀釋炮煙、排放瓦斯所需空氣量，取最大值為壓入式通風(fēng)系統(tǒng)出風(fēng)口的風(fēng)量[3]。隧道通風(fēng)采用壓入式的通風(fēng)方式，風(fēng)管采用φ1.8mm軟風(fēng)管，風(fēng)機(jī)設(shè)在隧道洞口右側(cè)，選用1臺(tái)1×185kW型軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)1道管路供風(fēng)，每臺(tái)最小排風(fēng)量為2578m3/min，保險(xiǎn)起見(jiàn)，擬采用2×185kW軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1臺(tái)常用，1臺(tái)備用。掌子面及局部瓦斯易聚集區(qū)設(shè)置16kW局扇進(jìn)行排風(fēng)。通風(fēng)機(jī)設(shè)在洞外右側(cè)距洞口30m處，風(fēng)管最前端距掌子面5m，并且前55m采用可折疊風(fēng)管，以便放炮時(shí)將此55m迅速縮至炮煙拋擲區(qū)以外。④二次襯砌在開(kāi)挖、初期支護(hù)完成并滿足有關(guān)要求后立即施工，盡快封閉，減少瓦斯溢出量。根據(jù)要求，結(jié)合該隧道工區(qū)特點(diǎn)，采用自動(dòng)與人工監(jiān)控相結(jié)合的方式，洞內(nèi)安裝瓦斯自動(dòng)檢測(cè)儀，工班長(zhǎng)及領(lǐng)班人員配備便攜式瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀，瓦斯?jié)舛龋?.5%時(shí)報(bào)警，瓦斯?jié)舛龋?%時(shí)立即停機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，復(fù)雜地質(zhì)條件下展開(kāi)鐵路隧道施工時(shí)難度較大，期間易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，甚至引發(fā)安全事故。為創(chuàng)造安全的施工環(huán)境，施工人員必須做好超前地質(zhì)勘探工作，準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況，明確破碎帶、煤層等區(qū)域的具體分布位置，以此為依據(jù)制訂科學(xué)的隧道施工方案，加強(qiáng)對(duì)各道工序施工質(zhì)量的控制，順利完成鐵路隧道建設(shè)工作。