应对复杂地质条件的铁路隧道创新施工技术

应对复杂地质条件的铁路隧道创新施工技术

薛东

中铁十局集团第二工程有限公司 河南  郑州 450000

摘要：

铁路隧道建设面临着复杂地质条件的挑战，需要不断探索创新的施工技术。本文综述了目前应用的隧道施工技术，包括盾构法、爆破法、钻孔法和冻结法，并重点探讨了创新施工技术的研究和应用，包括隧道掘进机的改进、前施工及预支护技术、隧道注浆加固技术和安全监控技术。最后，对创新施工技术的前景和发展方向进行了展望，并提出了对铁路隧道施工的建议和思考。

关键词：铁路隧道，复杂地质条件，创新施工技术，隧道掘进机，注浆加固。

一、研究背景和意义

（一）铁路隧道建设的重要性和现状

铁路隧道作为铁路交通的重要组成部分，具有贯通交通、缩短行程、降低运输成本等重要作用。在我国，随着高铁建设的不断推进，铁路隧道建设也日益重要。根据中国铁路总公司的数据，截至2021年底，全国铁路营业里程达到139万公里，其中隧道总长达到上万公里。

（二）复杂地质条件对铁路隧道建设的挑战

然而，铁路隧道建设面临着复杂的地质条件，如岩溶地质、高地应力、断层构造等，这些地质条件给隧道的施工和运营带来了巨大的挑战。在这些地质条件下，隧道的稳定性、安全性和运营可靠性都会受到极大的影响。

（三）探究创新施工技术的必要性和重要性

为了解决复杂地质条件下的铁路隧道施工难题，需要不断探索创新的施工技术。创新施工技术不仅可以提高施工效率和质量，还可以提高隧道的稳定性和安全性，为铁路运营提供可靠保障。[1]因此，对于铁路隧道创新施工技术的研究具有重要意义。

二、目前应用的铁路隧道施工技术

（一）盾构法

盾构法是一种利用隧道掘进机（TBM）进行隧道掘进的技术，具有高效、安全、环保等优点。在盾构法中，隧道掘进机通过切割头切割地层，同时使用螺旋输送机将挖出的土方或岩石输送至隧道口。盾构法适用于软岩、砂砾土等地层，但对于硬岩、断层等地质条件，需要进行一定的改进。

（一）爆破法

爆破法是一种传统的隧道掘进技术，通过在地层中钻孔、装药、引爆等步骤来破坏地层，完成隧道掘进。爆破法适用于硬岩、石英岩等地层，但对于对周围环境和人员安全带来较大影响，且施工周期较长。

（三）钻孔法

钻孔法是一种利用钻机进行隧道掘进的技术，适用于较硬的岩石、石英岩等地层。在钻孔法中，钻机通过钻孔将地层破坏，然后使用爆破技术将地层炸开，（四）冻结法

冻结法是一种将地层冻结，形成固体冻土，然后在冻土中进行隧道掘进的技术。冻结法适用于软土、淤泥等地层，但需要耗费大量的能源和时间。

三、创新施工技术的研究和应用

（一）隧道掘进机的改进

隧道掘进机（TBM）是盾构法施工的关键设备，其改进可以提高隧道掘进的效率和质量。随着科技的不断发展，隧道掘进机的改进也在不断升级。一方面，可以通过改进隧道掘进机的结构和材料来提高掘进效率和质量。例如，在硬岩隧道掘进中，可以采用硬岩TBM来替代传统TBM，硬岩TBM具有更大的切削力和更高的切削效率，可以在硬岩中实现高效的隧道掘进。[2]另一方面，可以通过引入智能化技术来提高隧道掘进机的智能化程度和控制精度。例如，利用激光雷达、摄像头、传感器等技术对隧道掘进机进行实时监测和控制，以实现隧道掘进的精确控制和高效施工。

（二）前施工及预支护技术

前施工及预支护技术是在隧道掘进前进行的一系列预备工作，包括地质勘察、隧道预留等，旨在为隧道掘进提供充分的条件和保障。预支护技术是在掘进过程中进行的预先支护，包括钢筋混凝土喷射支护、锚杆预支护等。

在前施工中，地质勘察是最为重要的一环。地质勘察可以对隧道区段的地质条件、地下水、地震活动等情况进行详细的调查和分析，为隧道施工提供可靠的依据。另外，隧道预留也是前施工的重要内容之一，它是在隧道掘进前就把隧道内的空间预留出来，使得掘进工作更加顺畅和安全。

在预支护中，钢筋混凝土喷射支护是一种较为常见的预支护技术。这种技术是在掘进过程中，利用喷射机将钢筋混凝土喷射到隧道周围的地层中，形成一定厚度的支护层。这样做可以有效地提高隧道的稳定性和安全性。

锚杆预支护是另一种常见的预支护技术，它是利用锚杆将隧道周围的地层进行预支护，以提高隧道的稳定性。锚杆预支护可以分为单桩锚杆和网状锚杆两种形式，单桩锚杆适用于岩石等较硬的地层，网状锚杆适用于软土等较软的地层。

（三）隧道注浆加固技术

隧道注浆加固技术是在隧道施工过程中进行的一种加固技术，通过注入特定的浆料，使地层形成固体结构，提高隧道的稳定性和安全性。这种技术适用于软土、淤泥等地层，在复杂地质条件下有广泛的应用。

隧道注浆加固技术的步骤主要包括勘探、预处理、注浆和养护。勘探是对隧道周围地质条件进行调查和分析，确定注浆方案。预处理是指在注浆前对地层进行处理，如清理松散物、去除泥土等。注浆是将浆料注入到地层中，填充孔隙，形成一定厚度的加固层。[3]养护是指在注浆后对隧道进行保养，使其逐渐固化形成稳定结构。

隧道注浆加固技术的浆料种类多样，包括水泥浆、环氧树脂浆、聚氨酯浆等。不同的浆料适用于不同的地质条件，具有不同的固化时间和强度等特点。在选择浆料时，需要根据地质条件和施工需求，进行科学的设计和方案制定。

隧道注浆加固技术具有很多优点。首先，它可以提高隧道的稳定性和安全性，避免地层的塌方和水涌等问题。其次，它可以提高隧道的承载力和抗压能力，减少隧道施工对周围环境的影响。此外，隧道注浆加固技术也具有施工便捷、成本低廉等特点。

（四）安全监控技术

安全监控技术在铁路隧道施工中起到至关重要的作用，它可以帮助监测施工现场的安全状况，提前发现隐患，保障施工人员和设备的安全。目前，隧道施工中常用的安全监控技术主要包括激光雷达扫描技术、遥感技术、监控摄像头技术等。其中，激光雷达扫描技术是一种非接触式的三维测量技术，可以在较短时间内对隧道内部进行全面扫描，获取精确的隧道内部结构信息。[4]遥感技术可以通过卫星影像等方式获取隧道周围的地理信息，帮助监测地下水、地质灾害等风险因素。监控摄像头技术可以对隧道施工现场进行全天候、多角度的监控和记录，可以快速发现施工过程中的安全隐患。

除了上述技术，随着人工智能和大数据技术的发展，一些新的安全监控技术也开始逐渐应用于隧道施工中。例如，利用传感器等技术可以实时监测隧道内部的温度、湿度、氧气含量等指标，以及掘进机的运行状态，提前发现问题并进行处理。

五、未来展望

（一）创新施工技术的前景和发展方向

随着科技的不断发展，隧道施工技术也在不断创新和改进。未来，隧道掘进机、预支护技术、注浆加固技术和安全监控技术等技术将会不断发展和完善，提高施工效率和质量，保障隧道的稳定性和安全性。此外，隧道施工技术的智能化和自动化也将成为未来的发展方向。

（二）对于铁路隧道施工的建议和思考

在铁路隧道施工中，应该注重科学规划、合理设计，对于复杂地质条件下的隧道施工，需要制定科学的施工方案和预案，充分利用现代化的施工技术和装备，确保隧道施工的安全、高效和可靠。此外，应该加强隧道施工过程中的环保措施，减少对周围环境的影响。

结束语：

铁路隧道建设是我国铁路交通建设的重要组成部分，也是我国科技进步和经济发展的重要体现。随着复杂地质条件的挑战不断增加，铁路隧道施工需要不断探索创新的施工技术，提高施工效率和质量，保障隧道的稳定性和安全性。本文综述了目前应用的隧道施工技术和创新施工技术，并展望了创新施工技术的发展方向。随着科技的不断进步和隧道施工技术的不断完善，相信铁路隧道建设会更加安全、高效、环保、可靠，为我国铁路交通的发展作出更大的贡献。

参考文献：

[1]郭建平, 程振国, 周学良. 铁路隧道工程施工技术 [J]. 铁道建筑, 2017, 57(1):1-6.

[2]王福军, 王海洋, 刘博. 铁路隧道施工技术创新 [J]. 铁道建筑, 2020, 60(2):22-28.

[3]李雪峰, 石永华, 董泽华. 复杂地质条件下隧道掘进技术研究综述 [J]. 岩土工程学报, 2018, 40(4):630-644.

[4]胡永强, 孙琳, 肖建国. 隧道注浆技术及其在地下工程中的应用 [J]. 岩土力学, 2018, 39(S2):349-354.