復雜地質條件下鐵路隧道施工技術的研究

崔 葉

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350)

我國鐵路隧道施工中面臨的地質問題比較多，而克服復雜地質條件的過程，也是鐵路隧道施工技術發展的主要過程。隧道施工中經常遇到復雜地質條件有：巖溶、高地溫、發射性氣體、軟弱破碎帶、特殊巖層等，對鐵路隧道施工進度有很大影響。如果不能有效解決這些問題，則勢必會引發突泥、突水、巖爆、高地溫災害等眾多災害事故，不但會影響施工進度，造成人力、物力、材料的損失，而且不利于施工單位經濟效益的提升。在這樣的基礎上，開展復雜地質條件下鐵路隧道施工技術研究，就顯得尤為重要。

一、工程概述

本工程為新建川藏鐵路拉薩至林芝段站前工程某標段，線路長39km；主要結構有：路基445m，車站3座，橋梁5座，橋梁共長1258.45m，隧道4座，隧道共長35813m。其沿線分布著元古界沉積巖、巖漿巖等巖層，工程位于青藏高原南側的谷地中，屬于典型高寒缺氧區域，巖層在內部地質作用下發育比較強烈，受到地質作用的影響，經常發生地震、巖石脫硫、泥石流等自然災害，對鐵路隧道施工技術有極高的要求。

二、工程特性

（一）處于高寒缺氧地區

本工程位于藏南谷地高山區，氣候比較寒冷，溫度比較低，施工條件比較惡劣。地勢起伏跌宕，區內山勢雄偉。山峰高程多在5000m以上，河谷地帶高程3000-3500m，空氣中氧含量較低，屬于高原缺氧地區。人員設備施工效率將會大大降低，同時還會因為缺氧對施工人員生命安全構成威脅。

（二）生態環境脆弱環保要求高

該工程是東南亞地區很多河流的發源地，在施工中如何有效保護周圍的整體環境也是重點考慮的對象。因為很多生態環境一旦被破壞就很難恢復到原始狀態，因此在鐵路隧道施工技術中需要制定一系列科學合理的措施來保護周圍的生態環境。

（三）交通條件差，地材匱乏，電力供應不足

沿線地勢樣崎嶇險峻，地震頻仍，道路狀況很差，時有地質災害發生，交通不便。沿線砂石料資源分布不均，線路起點拉薩至加查段砂石料供應條件相對較好，郎縣至林芝端材料匱乏，需到較遠料場進行采購。

三、復雜地質條件下鐵路隧道施工技術

（一）洞口工程施工技術

隧道進出口明洞采用明挖法施工，土方開挖采用挖掘機挖裝，自卸汽車運輸；比較分散的土方，先用推土機推送集料，再采用挖掘機或裝載機裝車，自卸汽車運輸。洞口開挖是整個工程的關鍵環節，而周圍土質比較松軟，一旦受到雨水浸濕，就會發生大范圍坍塌。因此，在洞口開挖時要盡量避開雨季，并用全球定位系統進行測量，以確定開挖范圍，設置坡頂頂天溝和截水溝，以免淤積。

（二）洞身開挖施工技術

在進行Ⅱ、Ⅲ級圍巖開挖時要采用全斷面開挖的方法，以提升開挖的效率和安全性，而在進行Ⅳ、Ⅴ級圍巖開挖時，則可以采用臺階開挖法。斷層破碎帶地段可采用帶臨時仰拱或橫撐的臺階法施工；雙線車站隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面法施工，Ⅳ級圍巖采用臺階法施工。全斷面法施工程序及步驟如圖1所示：

圖1 全斷面法施工程序及步驟圖

根據圍巖狀況，確定上臺階領進長度L。臺階法施工程序如圖2所示：

臺階長度宜控制在10m～50m之內；而如果圍巖穩定性比較差，則要適當縮減臺階長度，控制在3m～8m即可。在進行下部分臺階開挖時，要盡量采用兩側交錯開挖的方法，開挖完成后要立即進行仰拱施工，為提升開挖效率，在開挖前要先解決周圍施工干擾問題，以免在開挖時對周圍的圍巖造成干擾，而發生塌方現象。

（三）隧道支護施工技術

采用管棚鉆機鉆進并頂進管棚，利用高壓注漿泵注漿。首先頂進有孔鋼管，注漿；再頂進無孔鋼管，注水檢查注漿質量。利用光耙測斜儀檢測偏斜度。長管棚鋼管采用熱軋無縫鋼管，鋼管節長4～6m。棚管接長時先將前一根鋼管頂入鉆好的孔內再聯結，絲扣連接，絲扣長15cm。為使鋼管接頭錯開，編號為奇數的第一節管采用4m鋼管，偶數的第一節管采用6m鋼管，接長均采用6m鋼管。為保證支護效果，并用超前小導管注漿加固支護施工技術進行加固處理。具體施工工藝如圖3所示：

圖2 臺階法施工程序圖

圖3 超前小導管施工工藝流程圖

為提升施工效率，小鋼管可在現場完成加工，通過噴射混凝土的方法封閉巖面，通過風動鉆巖機把小導管送入孔洞中，同時采用測斜儀來控制鉆孔角度，避免發生較大誤差，影響后期施工進度，當小導管輸送到指定位置以后，就可以進行水泥漿液注漿施工，通過多次試驗配比的方法確定水泥漿液的配合比。

（四）噴射混凝土施工技術

噴射混凝土施工示意圖如圖4所示：

圖4 濕式噴射混凝土作業程序示意圖

在進行混凝土噴射時，要盡量選擇普通硅酸鹽水泥，以降低水化熱對噴射效果的影響，水泥細度控制在2.5以下，選擇粒徑在5mm～10mm的連續級配碎石。在實際噴射過程中，控制噴嘴和巖面的距離在50cm～100cm之間，噴頭要盡量垂直于噴面子，在進行支護鋼筋噴射時，噴頭要傾斜20°～30°避免直噴。按照先邊墻后拱部的原則進行噴射。

（五）防、排水施工技術

為避免鐵路隧道施工對周圍地下水和自然生態環境造成污染，可采用防、排、截、堵相互結合的方法綜合質量。比如：在地下水發育良好的階段，要以排水為主，而降低對周圍生態環境的影響，還要根據現場實際情況設置相應的帷幕對注漿水進行堵截，以便最大限度地降低滲水量，避免污染地下水。

（六）二次襯砌施工技術

在二次襯砌時，可采用12m液壓鋼模整體襯砌車進行襯砌，采用集中拌和的方式為二次襯砌供應混凝土，選擇專業的混凝土運輸車來運輸拌制好的混凝土，通過泵送的方法送入模灌中完成澆筑，并進行全面振搗，提升二次襯砌效果。在結構鋼筋段襯砌時，需要嚴格按照相應的尺寸和規范進行襯砌，通過焊接的方法將鋼筋綁扎成形。在鋼筋運輸時，要盡量避免水資源和油污污染，如果發現銹蝕處要及時處理，確認到達設計要求后才能投入使用。

（七）回填壓漿技術

為防止初期支護與二次襯砌之間出現空洞或不密實，隧道二次襯砌施工完成并達到70%強度后，全隧道襯砌背后進行充填壓漿。施工中采用在襯砌頂部混凝土內預埋φ20鍍鋅注漿鋼管。注漿鋼管縱向間隔2m～3m一處，注漿材料采用M10水泥砂漿，其配合比根據現場試驗確定，回填注漿壓力：初壓0.1MPa～0.15MPa，終壓0.2MPa。

四、效果分析

從施工效果來看，案例工程改進了預加固技術，實現了對脆弱巖層和易破碎巖層的注漿處理，大大提升了受力能力和穩定性，從而加強了鐵路隧道工程施工的安全性。通過超前支護技術，有效加固了施工設備，保障工作人員的生命安全。對各項施工技術都進行了全過程監督控制，發現問題及時提出，有效保證各個施工環節的質量和安全性。

五、結束語

綜上所述，本文結合工程實例案例，研究了復雜地質條件下鐵路隧道施工技術，得出以下幾點結論：

（1）復雜地質條件對鐵路隧道施工效益和施工進度有很大影響，為確保各項工作得以順利開展，項目施工前需要對周圍的地質條件進行全面勘探，以便為施工技術的確定提供真實有效的數據支持。

（2）現階段鐵路隧道施工問題，不僅由地質條件復雜引起，更多的是施工技術不匹配造成的。因此應用隧道施工技術，不能照搬經驗,必須加大對工程實際情況的動態關注，提升勘探的全面性，時時調整施工方法，才能確保施工的安全性和效率，推動我國鐵路事業快速發展。