復(fù)雜地質(zhì)條件下軌道交通長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)技術(shù)

王世純

（重慶英杰建設(shè)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，重慶 400000）

如今，軌道交通工程項(xiàng)目發(fā)展迅速，在軌道交通項(xiàng)目建設(shè)中，隧道工程是十分重要的內(nèi)容。部分隧道工程的施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，而隧道工程施工規(guī)模較大，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須綜合考慮隧道工程地質(zhì)條件以及項(xiàng)目建設(shè)要求，進(jìn)而制定科學(xué)合理的隧道工程設(shè)計(jì)方案。因此，亟需對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下軌道交通長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行深入研究。

1 軌道交通長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行軌道交通隧道工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)堅(jiān)持以下五個(gè)原則：（1）在隧道洞口設(shè)置洞門(mén)，洞門(mén)結(jié)構(gòu)形式較多，包括臺(tái)階式、端墻式以及柱式，要求根據(jù)隧道洞口地質(zhì)條件、隧道工程施工要求選擇適宜的洞口。（2）如果隧道工程中線以及隧道洞口地形的高等線斜角，則對(duì)于隧道洞門(mén)，可采用斜交式；另外，對(duì)于線路中線與端墻之間的交角，應(yīng)控制在45°以上。（3）在隧道工程內(nèi)部輪廓設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格依據(jù)隧道工程施工規(guī)范，保證洞內(nèi)設(shè)備完整性，合理設(shè)置隧道工程排水設(shè)施、照明設(shè)備、檢修通道、通風(fēng)設(shè)備等。（4）如果隧道工程周邊有車(chē)站、城鎮(zhèn)或者風(fēng)景區(qū)，則應(yīng)注意隧道洞門(mén)美觀性的設(shè)計(jì)，與城市規(guī)劃建設(shè)相適應(yīng)。（5）在隧道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，必須對(duì)施工區(qū)域做好量測(cè)管理，并做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作。

2 隧道工程概況

在某軌道交通長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)中，隧道工程左右洞長(zhǎng)度分別為8694m、8599m，該隧道工程行車(chē)速度為80km/h，對(duì)于左右線縱坡，均采用1.50%單向坡。在該隧道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要求綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域地形地貌、地質(zhì)條件、水文條件等，對(duì)隧道工程豎井以及斜井進(jìn)行技術(shù)分析。對(duì)于該隧道工程左右洞，可分為3段，均采用縱向分段送排式通風(fēng)。另外，在該隧道工程中，還需設(shè)置各類機(jī)電系統(tǒng)，包括通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。

3 隧道工程地質(zhì)概況

該軌道交通長(zhǎng)大隧道的整體走向?yàn)闁|西走向，對(duì)該隧道工程施工區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較高，地勢(shì)為向北傾斜50°左右，沒(méi)有明顯斷裂構(gòu)造。另外，局部有2條斷層，可能會(huì)造成深部巖溶發(fā)育。在該隧道工程進(jìn)口4580m地段，基巖類型為碎屑巖，裂隙水較少，在該隧道出口4090m地段，有巖溶水發(fā)育，可能會(huì)造成斷層破碎帶變形、圍巖失穩(wěn)或者突水涌泥等。通過(guò)對(duì)該隧道工程進(jìn)行地質(zhì)勘察和評(píng)價(jià)分析，該隧道工程圍巖類型主要為Ⅳ類，其次為Ⅲ類圍巖，另外還有少量Ⅴ類圍巖和Ⅱ類圍巖。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件下軌道交通長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)

4.1 加強(qiáng)隧道地質(zhì)工作

該隧道工程施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，在隧道設(shè)計(jì)前，首先需對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察，明確隧道巖溶地質(zhì)、水文條件等。在該隧道工程地質(zhì)勘察中，聯(lián)合應(yīng)用遙感測(cè)繪技術(shù)、綜合物探技術(shù)和鉆探技術(shù)。在隧道工程勘察設(shè)計(jì)階段，可查明施工區(qū)域巖溶水系統(tǒng)、巖溶水動(dòng)力分布情況，進(jìn)而對(duì)巖溶水涌水量、涌水狀態(tài)等進(jìn)行評(píng)估分析，查明隱伏巖溶分布形態(tài)，為隧道設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。另外，在隧道施工中，要求做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用TSP、紅外線以及超前鉆孔技術(shù)，查明隧道工程開(kāi)挖前方15～200m內(nèi)的地質(zhì)情況，據(jù)此調(diào)整施工方案。

4.2 隧道軸線選擇

在隧道工程軸線選擇方面，要求考慮隧道施工區(qū)域海拔高度、接線方案等，在對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行必選分析后，選擇高、中、低三個(gè)軸線方案。其中，在高線方案中，隧道工程左洞長(zhǎng)度為5810m，右洞長(zhǎng)度為5822m，縱坡1.8%；在中線方案中，隧道工程左洞長(zhǎng)度為8674m，右洞長(zhǎng)度為8670m，縱坡1.504%；在線線方案中，隧道工程左洞長(zhǎng)度為9970m，右洞長(zhǎng)度為9820m，縱坡1.0%。

對(duì)隧道工程進(jìn)行地質(zhì)勘察，兩端接線位置地質(zhì)條件復(fù)雜，高軸線方案適用性比較差，因此對(duì)中方案和低線方案進(jìn)行比較分析。其中，低線方案施工規(guī)模比較大，投資高，并且不利于通風(fēng)管理，行車(chē)條件比較差，中線方案行車(chē)條件更好，能夠有效滿足軌道交通運(yùn)行的需要。在經(jīng)過(guò)綜合比選后，采用中線方案，如圖1所示。

在對(duì)隧道工程施工圖進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要求綜合考慮地質(zhì)勘察結(jié)果、水文調(diào)查結(jié)果等因素，合理規(guī)避巖溶等復(fù)雜地質(zhì)條件的不良影響，同時(shí)還應(yīng)協(xié)調(diào)好機(jī)房、豎井、斜井等設(shè)置情況，保證隧道工程行車(chē)安全以及良好的通風(fēng)效果。

4.3 隧道通風(fēng)方案

在該隧道工程設(shè)計(jì)中，在各個(gè)設(shè)計(jì)階段，均需對(duì)兩段式通風(fēng)以及三段式通風(fēng)進(jìn)行比選，如果采用三段式通風(fēng)方式，則需增加斜井或者豎井，施工成本比較高，但是運(yùn)營(yíng)費(fèi)用比較低，能夠保證各個(gè)分段通風(fēng)良好，改善隧道工程行車(chē)條件，縮短防火分區(qū)長(zhǎng)度，提升隧道工程防災(zāi)能力。

圖1 隧道路線方案示意

在經(jīng)過(guò)多次比選后，對(duì)于隧道工程A端和B端，分別采用雙斜井方案以及雙豎井方案，并且均采用三段式通風(fēng)方式。該隧道工程為長(zhǎng)大隧道，長(zhǎng)度大，工作面少，工期緊張，在隧道規(guī)劃設(shè)計(jì)中，可設(shè)置輔助坑道，有利于進(jìn)行正洞施工。在隧道工程A端以及B端，通過(guò)設(shè)置2個(gè)斜井，采用2套獨(dú)立的提升系統(tǒng)，施工方式快速便捷，可提升隧道主洞施工速度，同時(shí)還可簡(jiǎn)化風(fēng)道布置形式，提升隧道通風(fēng)效率，降低施工難度，減少井口污染空氣，保證新鮮空氣流通。

4.4 消防與防災(zāi)救援系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在隧道工程防火防災(zāi)設(shè)計(jì)中，在項(xiàng)目立項(xiàng)階段就應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)考量。對(duì)此，在該隧道工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)，要求應(yīng)用耐火施工材料，同時(shí)還需配置報(bào)警設(shè)施、警報(bào)設(shè)施，規(guī)劃避難場(chǎng)所以及緊急疏散通道，保證隧道中有完善的防火防煙系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等，對(duì)隧道工程進(jìn)行監(jiān)控管理。在制定隧道工程救援計(jì)劃方案時(shí)，要求綜合考慮隧道工程通風(fēng)條件、信號(hào)等因素，并編制科學(xué)合理的控制程序。

4.5 隧道動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)

該隧道工程施工規(guī)模較大，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，在施工過(guò)程中需面臨各類風(fēng)險(xiǎn)因素，包括斷層、溶洞、涌水、硬巖巖爆、突泥、瓦斯以及軟巖大變形等。在該隧道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)前，首先對(duì)隧道工程施工區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察。在該工程勘察中，采用物探聯(lián)合鉆探勘察技術(shù)，并加強(qiáng)巖溶水文調(diào)查，同時(shí)進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)試，充分掌握隧道工程地質(zhì)條件，避免在進(jìn)行隧道工程支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，可能無(wú)法完全適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件情況的出現(xiàn)。

在隧道工程規(guī)劃建設(shè)中，可采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，對(duì)掌子面仔細(xì)觀察，同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，對(duì)各類信息進(jìn)行綜合整理以及分析；然后對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分析和穩(wěn)定分析，對(duì)隧道工程設(shè)計(jì)和施工提供參考，確定適宜的支護(hù)施工方案，并對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。另外，在此過(guò)程中，可利用動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)技術(shù)。

該隧道工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，為了保證隧道工程施工安全，通過(guò)應(yīng)用隧道動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)方式，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)以及有限元分析軟件進(jìn)行反演分析，即可制定完善的設(shè)計(jì)方案以及施工方案，隧道動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用流程如圖2所示。

圖2 動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)和信息化施工實(shí)施流程

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章主要對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下軌道交通長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)探究。該隧道工程施工地質(zhì)條件比較復(fù)雜，在隧道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要求確定隧道工程施工區(qū)域，對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察以及水文勘察，然后據(jù)此對(duì)隧道工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證分項(xiàng)設(shè)計(jì)界面科學(xué)合理，同時(shí)做好各個(gè)分項(xiàng)的協(xié)調(diào)管理。在對(duì)隧道工程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要求積極應(yīng)用新型材料和技術(shù)類型，同時(shí)兼顧傳統(tǒng)技術(shù)類型，將其應(yīng)用于隧道工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，合理規(guī)避各類風(fēng)險(xiǎn)因素，保證隧道工程設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性以及合理性。