复杂地质条件下铁路隧道施工技术研究毛仲举

复杂地质条件下铁路隧道施工技术研究毛仲举

毛仲举

中铁十七局集团第四工程有限公司重庆401120

摘要：近年来，我国的铁路隧道工程越来越多，但是在复杂地质条件下我国的铁路隧道施工技术还存在一些问题。如何在复杂的地质条件下建设高质量的铁路隧道，是现代铁路建设重点关注的问题之一。本文针对复杂地质条件下，铁路隧道建设的施工技术进行研究，并提出相应的参考建议。

关键词：复杂地质；铁路隧道；施工技术

引言：隧道开挖过程中，岩体原有的三维应力在施工过程中均会受到破坏，并且在该空间上的建筑物及岩层中的水体都会受到不同程度的影响。由于弱质的岩层结构松散且自我稳定能力差，因此，这种影响在岩层中的表现更为明显。由于岩层结构千差万别，有些岩层吸水后会产生很大的压力，对隧道施工技术具有较高的要求。

1.影响铁路隧道建设的主要地质因素

1.1不良地质因素

任何地面建筑都需要地基，其主要目的是通过土壤或岩石的应力，加强建筑的稳定性，铁路隧道的建设也一样。但在实际施工过程中，往往会因为不良的地质条件，使工程难以开展，其主要形成原因是地球的外动力、太阳能等不可控力的影响。常见的不良地质包括云母片岩、泥石流、滑坡、岩溶等，此类地质具有一定的松散性和危险性，未经过处理不能直接进行工程建设。

1.2特殊地质环境

除了天然形成的不良地质，还有部分不良地质被称为特殊地质，其主要形成原因在于人类的行为，例如，矿物采集的空洞区域等。在此类地质条件下进行铁路隧道建设，很容易引发坍塌、变形、下沉等安全事故，并且一旦发生事故，很可能是大型的、大规模的安全事故，严重威胁着列车运行的安全性以及人们的生命安全。

2.复杂地质条件下的几种地质问题

2.1软弱围岩问题

软弱围岩的特点是破碎松散、裂痕明显、抗压性能很差。软弱围岩的抗风化能力、自稳能力以及抗水软化能力都是比较弱的。根据资料显示，之前在对具有此问题的隧道进行施工时，洞室出现了很大的塑性变形，这种变形情况一般在浅埋地段都会出现，在施工过程中，使用了6t炸药，爆破30次，爆破总体积达12500m³。

2.2岩溶问题

在灰岩地区中，最常见的地质问题是岩溶，岩溶会造成突泥、突水。在某地的二级隧道修建过程中，就遇到过岩溶问题，出现了突泥、突水情况，修建时间延长了1年。

2.3大断层带问题

在地质问题中，危害性最大的是大断层带，该问题比较常见，是造成突涌水、塌方、断层破碎以及高外水压力的重要原因。在深埋长铁路隧道的施工过程中，很容易出现区域性断层，一旦出现这种现象，就得停止施工。大断层带的特点为:突发涌泥、涌水;高富水性;大规模断层;地下水加剧活动。这种问题严重影响了施工进度。

3.复杂地质条件下铁路隧道施工技术

3.1综合治水技术

工程建设中，无论是在一般地质条件还是特殊地质条件下，地下水的治理都是一项难题。地下水会降低掌子面的强度，也会影响法线方向的应力，这会对支护结构所承受的压力带来巨大改变，容易造成隧道坍塌、洞顶掉块等，影响结构物安全。复杂地质条件下隧道施工要以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。隧道施工治水要遵循“防、排、堵、截，因地制宜，综合治理”的原则，主要采用井点降水、超前钻孔、辅助导坑排水、小导管注浆等技术处理。目前，小导管注浆技术应用较为广泛，采用φ38～50mm的无缝钢管，管壁每隔10～20cm交错布眼，孔径φ6～8mm，沿掌子面向外以10°～30°的外插角钻孔打插小导管。注浆浆液主要有水泥浆、改性水玻璃浆和水泥-水玻璃双浆液。根据不同地层条件选择浆液进行注浆。注浆量的计算：Q=πR2Lnαβ（式中：R为浆液扩散半径；L为注浆管长；n为地层孔隙率；α为地层填充系数，一般取0.8；β为浆液消耗系数，一般取1.1～1.2）。注浆过程中严格控制注浆压力，达到设计80%的注浆量以上方可结束注浆。隧道开挖完成后，必须尽快完善纵横向排水系统，同时，对废水进行处理和有效排除。为了保障隧道顺利进行及后期安全，需要综合考虑各施工阶段所涉及的水的治理问题。

3.2隧道施工过程中的通风管理

隧道开挖常用钻爆法施工，炸药爆炸后产生大量粉尘及有毒有害气体，为了保障施工安全及施工人员身心健康，隧道通风尤为关键。当隧道穿越煤层、瓦斯地段时，只有及时通风使洞内有毒有害气体和氧气浓度达到要求，才能确保施工安全，避免造成安全事故。隧道通风方式有自然通风和机械通风2种，机械通风又分为压入式通风、巷道式通风和混合式通风。根据隧道长度、施工方式来具体选择采用哪种通风方式。隧道通风机主要根据风量需求的大小来选择，风量的计算（同一时间洞内工作最大人数）：Q1=KMQn（K为风量系数取1.2；M为同时在洞内工作人数取60人；Qn为每人所需新鲜空气，取4m3/min）

3.3洞外加固处理技术

为了保证隧道施工过程中周边岩层的稳定性，对洞外自然环境进行有效加固尤为重要。在实际工程中，会将地表注浆和底层暗挖结合起来进行加固。隧道建设的后期运行会受很多因素的影响，比如，隧道附近的岩层在施工过程中很容易受到破坏等现象。为了保证隧道施工期稳定，可以采用加固塌陷体、填充踩空部位等措施。同时，地表注浆技术也在近几年得到发展，技术处于不断的优化中，以1.2m为直径的钢花管压入效果是目前最好的技术，应用也最为广泛。

3.4洞内加固处理技术

洞内加固是指在施工过程中采用一系列的共同支护措施对洞体进行加固，主要方法有管棚、喷混凝土、锚杆注浆、钢拱架、格栅钢架等。这些措施可以提高隧道工程的抗压效果，保证隧道长期的正常运行。在施工过程中，需要技术人员明确岩体加固思路与方式，采用相应的措施进行全面加固后，再进行实时监控来确保正常运行。复杂地质隧道施工采用模筑衬砌，还应注意当拱脚、墙基松软时，灌注混凝土前应加固基底。衬砌混凝土应采用高标号或早强水泥，提高混凝土等级，或采用掺早强剂、速凝剂等措施，提高混凝土早期承载力。仰拱施工，应在边墙完成后紧跟进行，使衬砌结构尽早封闭成环，确保衬砌结构稳定。此外，由于隧道的施工区域经常发生内部塌陷的情况，所以要求技术人员加强支护能力，同时来降低洞内加固的难度。

3.5监控量测

隧道施工过程中，做好监控量测是确保隧道质量、安全的关键。通过监控量测，及时掌握地层和支护结构的动态变化，判断围岩、支护结构的强度和稳定性。分析监控量测结果用以指导施工。主要采用精密水准仪、全站仪、收敛仪等设备对隧道地表沉降、拱顶下沉、围岩收敛等监控项目进行量测。不同地质条件下，选择不同项目作为隧道监控量测的重点。例如：隧道穿越断层、岩溶、涌水突泥地段，要把地表沉降和围岩收敛作为观测重点，其他选测项目根据实际情况进行量测。

结束语

综上所述，在复杂地质条件下修建铁路隧道时，要对周围环境进行详细的、专业的分析，制定合理的施工计划，应用科学的施工技术，降低各类地质问题给施工过程带来的困难，确保建筑工作的顺利进行，缩短建筑隧道所用的时间，提高施工队的工作质量，加强隧道的安全性，促使我国铁路建设技术更加成熟。

参考文献：

[1]汪德志．复杂地质环境下隧道施工技术［D］．成都:西南交通大学，2011．

[2]王晓佳．复杂地质条件下铁路隧道施工关键技术分析［J］．工程建设与设计，2017，65(6):146－147．