高原鐵路隧道施工中穿越富水?dāng)鄬悠扑閹陂g的技術(shù)要點(diǎn)研究

張亮

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西太原 030024）

0.引言

我國鐵路的長度和數(shù)量已居世界前列，成為一個(gè)隧道大國，但鐵路隧道在修建的過程中難度巨大，在施工前不僅要對地質(zhì)進(jìn)行勘探，要具有較強(qiáng)的施工技術(shù)。在鐵路隧道的施工中，很容易遇見復(fù)雜度地質(zhì)、環(huán)境難題，比如高壓富水巖溶、高壓富水?dāng)鄬悠扑閹?、高原、高寒、高低溫等，鐵路隧道的施工工程量大、難度大[1]。斷層破碎帶是指巖體中具有一定寬度和相當(dāng)延伸長度的非單一裂縫組成的破碎條帶地段，使巖體喪失其連續(xù)性和完整性。由斷層所生成的破碎帶含有斷層角礫巖、碎裂巖、糜棱巖或斷層泥等，其中由斜坡破壞生成的破碎帶也可含有角礫、碎裂塊石和糜棱狀粘土等，在鐵路隧道的施工中比較常見，特別在高原鐵路隧道的施工中，以某高原鐵路隧道施工為例，具有高海拔、高地應(yīng)力、斷裂帶、圍巖破碎、地下水豐富等特點(diǎn)，同時(shí)鐵路隧道的長度較長，使施工的周期得到了延長，不僅增加了施工的難度，同時(shí)也增加了施工的風(fēng)險(xiǎn)。在高原隧道的施工中不可避免的要通過斷層破碎帶，在斷層破碎帶中，巖體松散，自穩(wěn)能力差，若施工組織不當(dāng)或過程不規(guī)范，很容易引起坍塌、冒頂?shù)任：?。在鐵路隧道施工中，若需穿越富水?dāng)鄬悠扑閹В杓訌?qiáng)對地質(zhì)的的勘探工作，本文針對在高原鐵路的施工中對穿越富水?dāng)鄬悠扑閹陂g進(jìn)行了其要點(diǎn)技術(shù)以及施工方式的研究，具體內(nèi)容如下。

1.高原鐵路隧道施工中穿越富水?dāng)鄬悠扑閹陂g的技術(shù)要點(diǎn)

1.1 做好地質(zhì)勘探工作，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

高原鐵路隧道的施工面臨著復(fù)雜環(huán)境以及復(fù)雜地質(zhì)的雙重影響，在施工中為更好地保障施工的進(jìn)程以及施工的安全性，在高原鐵路隧道的施工中，應(yīng)做好地質(zhì)勘探工作，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)或隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，是指在隧道開挖時(shí)，對掌子面前方及其周邊（主要是鐵路隧道）的圍巖與地層情況做出超前預(yù)報(bào)。在高原鐵路隧道的施工中常采用的方法有地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆探法、物探法，充分利用TSP、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法、超前鉆探法等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段對高原鐵路隧道施工中的地質(zhì)、巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘探，高原鐵路隧道的施工環(huán)境較為特殊，在施工的過程中常會(huì)遇見斷裂帶、圍巖破碎、地下水等復(fù)雜地質(zhì)，所以在進(jìn)行勘探的過程中，可以采用多種勘探方式相結(jié)合的方式，提高勘探的準(zhǔn)確率[1]。在對地質(zhì)進(jìn)行勘探中，掌握施工周圍斷層的具體情況，注意探測儀獲知圍巖情況的具體范圍，減少勘探誤差，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙采用水平地質(zhì)鉆機(jī)對地層進(jìn)行超前鉆探，確定巖層的含水量以及破碎的程度，同時(shí)在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的過程中采用地質(zhì)素描等輔助預(yù)報(bào)措施進(jìn)行預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)TSP、地質(zhì)雷達(dá)、水平地質(zhì)鉆機(jī)以及地質(zhì)素描設(shè)備的結(jié)合，增加對地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，提高施工的效果。

1.2 施工過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測

為更好地了解正在施工或已運(yùn)營的隧道圍巖的巖石力學(xué)性質(zhì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，保證施工安全和工程安全，采用各種量測儀器對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的量測工作，監(jiān)控測量包括對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、變形和彈性波參數(shù)的監(jiān)測[2]。監(jiān)控測量的工作應(yīng)伴隨在施工中的全部過程中，并根據(jù)實(shí)際的開挖支護(hù)情況合理布置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)對于監(jiān)測的范圍有一定的限制，所以在監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)立上，應(yīng)更具實(shí)際開挖的情況開設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，必要時(shí)也可在已有的基礎(chǔ)上增加監(jiān)測點(diǎn)。特別在高原鐵路隧道施工穿越富水?dāng)鄬悠扑閹r(shí)，高原地質(zhì)本就復(fù)雜多變，同時(shí)施工中再遇富水?dāng)鄬悠扑閹В黾恿耸┕るy度，所以應(yīng)在原有的基礎(chǔ)上增加監(jiān)測點(diǎn)，確保每個(gè)量測斷面至少各布置一個(gè)拱頂下沉測點(diǎn)和兩條水平凈空收斂量測基線。同時(shí)為了進(jìn)一步保障施工的安全性，應(yīng)完整記錄各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)，通常來講，進(jìn)行監(jiān)測大約時(shí)每天一次，但在高原鐵路隧道施工穿越富水?dāng)鄬悠扑閹е袘?yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，不僅要增加監(jiān)測的點(diǎn)，同時(shí)在具體的情況下，應(yīng)做好全天監(jiān)控量測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合圍巖、支護(hù)受力及變形情況，進(jìn)行分析判斷，將實(shí)測值與允許值進(jìn)行比較，及時(shí)繪制各種變形或應(yīng)力～時(shí)間關(guān)系曲線，預(yù)測變形發(fā)展趨向及圍巖和隧道結(jié)構(gòu)的安全狀況，觀察及量測發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)修改支護(hù)參數(shù)。

2.高原鐵路隧道施工中穿越富水?dāng)鄬悠扑閹陂g施工方法

2.1 斷面徑向注漿

在高原隧道施工中穿越富水?dāng)鄬悠扑閹┕て陂g，應(yīng)采用斷面徑向注漿的方式，在隧道開挖后，沿隧道徑向進(jìn)行鉆孔注漿，徑向注漿材料具有較好的粘結(jié)力，與隧道軟弱巖體粘合后抗壓、抗剪強(qiáng)度高，耐沖擊、耐酸、耐堿性好。材料選取純水泥，純水泥有較高的滲透性，流動(dòng)性好，遇水不發(fā)泡，能很好地滲入巖體細(xì)小的裂隙中[3]。在隧道初期支護(hù)背后進(jìn)行徑向注漿不僅能增強(qiáng)與圍巖的密貼程度，提高圍巖的承載力和自穩(wěn)力，同時(shí)能有效控制隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降和變形。在施工的過程中，針對全斷面徑向注漿需先對其進(jìn)行開孔，在高原隧道的施工中，孔徑約控制在為φ52mm，孔口管選擇長度為1m的φ50mm熱軋無縫鋼管[4]。

2.2 超前帷幕注漿

超前帷幕注漿是指在隧道的施工過程中對隧道前方一定范圍的土體進(jìn)行全面加固，在開挖區(qū)域周邊形成隔水帷幕，以防止地下水滲流給隧道施工帶來較大風(fēng)險(xiǎn)。富水?dāng)鄬悠扑閹Ь哂泻纳皩樱谑┕ぶ腥菀讘?yīng)地下水位的變化造成地層的變形，不僅增加施工的難度，還會(huì)影響到周邊重要構(gòu)筑物安全的地段。所以在高原隧道施工中穿越富水?dāng)鄬悠扑閹┕て陂g可以采用超前帷幕注漿的方式來對隧道前方一定范圍的土體進(jìn)行全面加固，減少地下滲水給隧道施工帶來的風(fēng)險(xiǎn)。注漿所用的材料最好選用水泥漿或者水泥水玻璃，在施工中，先制作止?jié){墻，再測量布孔，將測量好的布孔大小進(jìn)行實(shí)際的鉆孔處理，鉆孔之后，清理孔口并安裝孔口管，通過孔口管對其進(jìn)行注漿，注漿中注意循環(huán)長度，大約以30m為標(biāo)準(zhǔn)，在開挖中，預(yù)留5m的距離作為止?jié){巖盤，開挖距離保持在25m，注漿結(jié)束后進(jìn)行洞身開挖及支護(hù)[5]。

2.3 超前管棚支護(hù)

超前管棚支護(hù)是超前支護(hù)方式中的一種，超前支護(hù)是保證隧道工程開挖工作面穩(wěn)定二采取的超前于掌子面開挖的一種輔助措施，采用管棚的超前支護(hù)方式能有效抑制軟弱破碎圍巖的變形，改善隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力，避免施工過程中產(chǎn)生塌方。管棚具有大小之分，一般有φ108大管棚、φ89大管棚、φ60中管棚，在實(shí)際的施工中，針對具體的情況選擇不同大小的管棚，同時(shí)在施工過程中為提高施工的效率，圍巖較好地段可采用三臂鑿巖臺(tái)車鉆孔施做，圍巖較差地段可使用超長距離取芯鉆機(jī)鉆孔施做。當(dāng)管棚支護(hù)成型且具有足夠的穩(wěn)定性后，可對隧道進(jìn)行開挖，在高原隧道施工中穿越富水?dāng)鄬悠扑閹┕て陂g采用超前管棚支護(hù)不僅能保障施工的效率，同時(shí)能有效抑制軟弱破碎圍巖的變形，保證隧道開挖的安全性。在鐵路隧道的施工中，超前支護(hù)已成為隧道穿越軟弱破碎帶的關(guān)鍵措施，在隧道的施工中可進(jìn)行管棚支護(hù)的循環(huán)作業(yè)，直至通過破碎帶之后[6]。

2.4 開挖及支護(hù)

在高原隧道的開挖中，通常采用局部范圍內(nèi)的控制爆破技術(shù)，必要時(shí)采用機(jī)械開挖，減少對圍巖的擾動(dòng)。開挖之后，采用多種方式對巖層進(jìn)行支護(hù)工作，加固巖層，同時(shí)利用監(jiān)測技術(shù)對巖層的加固情況進(jìn)行測量，確保支護(hù)的穩(wěn)定性以及安全性[7]。在高原鐵路隧道的施工中，要嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測量”的施工方針，綜合選用快挖、快支、快封閉措施，必要時(shí)進(jìn)行超前注漿固結(jié)圍巖，盡早進(jìn)行仰拱落底施工，及時(shí)使支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)，以減少圍巖變形，并嚴(yán)格控制仰拱開挖進(jìn)尺。針對圍巖實(shí)際破碎情況采用小間距周邊眼進(jìn)行施工，同時(shí)控制周邊炮眼外插角6°～8°，同時(shí)需調(diào)整單孔裝藥量，最大程度降低圍巖擾動(dòng)，控制爆破輪廓面圓順，避免局部大凸大凹造成圍巖局部應(yīng)力集中。在高原鐵路隧道的施工中地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是在遇見富水?dāng)鄬悠扑閹У忍厥獾牡刭|(zhì)條件更應(yīng)選強(qiáng)支護(hù)方式，加大預(yù)留變形量，采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，必要時(shí)采用雙層初期支護(hù)，減少初支拆換，嚴(yán)重段落采用加強(qiáng)超前支護(hù)、縮短循環(huán)進(jìn)尺，確保施工安全。

3.總結(jié)

隧道建設(shè)是鐵路建設(shè)中的重要組成部分，在鐵路選線設(shè)計(jì)中，便不可避免地會(huì)遇到隧道穿越斷層破碎帶的情況。對于穿越斷層破碎帶的隧道，在施工中經(jīng)常出現(xiàn)施工斷面及鋼拱架變形過大，初支及二襯開裂剝落等現(xiàn)象。富水?dāng)鄬悠扑閹歉咴F路隧道施工中較為特殊的地質(zhì)，在施工的過程中為了確保施工的安全性，提高施工的效率，應(yīng)做好對地質(zhì)勘探工作，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，同時(shí)在施工的過程中，進(jìn)行全天多點(diǎn)的監(jiān)測，準(zhǔn)確掌握施工現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境以及施工的條件，同時(shí)在施工的過程中，采用斷面徑向注漿、超前帷幕注漿、超前支護(hù)等方式構(gòu)建更加可靠的支護(hù)體系，保障施工的安全，不僅能使高原鐵路隧道在施工中順利通過富水?dāng)鄬悠扑閹?，同時(shí)也推動(dòng)了我國高原鐵路隧道工程項(xiàng)目的發(fā)展，為順利通過富水?dāng)鄬悠扑閹峁┝朔椒ㄖ笇?dǎo)。