復雜地質條件下單線鐵路隧道施工技術分析

中鐵二十一局集團軌道交通工程有限公司，山東 濟南 250000

復雜地質條件下展開鐵路隧道施工的難度較大，易出現質量問題，甚至引發安全事故。因此，在鐵路隧道工程建設過程中，施工單位必須全面掌握現場地質情況，并匹配相適應的施工技術，同時依據規范將各項工作落實到位，從而切實保證鐵路隧道的施工質量。

1 工程概況

于都二號隧道起訖里程為DK35+138～DK39+680，全長為4542m，為單線隧道，最大埋深約為270m。隧道出口端241.36m位于R=5000的左偏曲線上，除此之外的其他部分均設置于直線段。隧道進口設置耳墻式洞門，出口為臺階式洞門。

2 隧址區地質條件概述

根據現場勘察結果可知，隧址區地面高程為175～605m，自然橫坡集中在15°～45°，進口處分布有大厚度的土層及全風化層，斜坡丘陵區域植被茂盛。正洞部分地質條件主要為Ⅲ級圍巖990m、Ⅳ級圍巖2230m、Ⅴ級圍巖1322m。DK36+70～DK36+120段穿越斷層，其兩側片理化程度嚴重，存在寬度約100m的破碎帶，不利于正常施工。此外，DK36+75～DK36+200段巖體破碎，DK39+050～DK39+680段穿越含煤層。可見，隧道沿線施工地質條件復雜，遇多類特殊地質，在此條件下開展隧道施工作業的難度較大，對施工技術提出了較高的要求。

3 單線鐵路隧道施工技術

3.1 隧道穿越破碎帶的施工技術

在破碎帶施工時應遵循“短開挖、弱爆破、強支護、勤測量”的基本原則。施工期間應注重如下幾項技術要點：（1）組織超前地質預報探測工作以方便掌握圍巖、斷層的實際情況，從而讓施工單位將此作為后續施工的依據，從而保證技術的可行性、材料及設備的可靠性。（2）通過超前管棚注漿支護的方式營造安全穩定的施工環境，并合理爆破，以最大限度地減小對周邊圍巖的擾動性影響；開挖后加強支護，盡可能在短時間內實現二次襯砌封閉成環[1]。（3）考慮到斷層破碎帶開挖過程中易發生失穩等異常狀況，宜采取弱爆破開挖的方式；爆破時，需縮短循環進尺，加強對裝藥量的控制；視破碎帶的實際情況合理調整裝藥結構及參數，保證在爆破過程中周邊圍巖依然可維持在穩定的狀態。

3.2 隧道穿越淺埋段的施工技術

隧道進出口處的圍巖較為軟弱，而施工的擾動性較強，因此該處在施工時易出現質量問題。支護是施工前的重要準備工作，以超前大管棚超前支護較為合適，必要時可輔以地表注漿處理措施。（1）進洞區域設置長管棚，組織注漿作業。（2）洞口段二次襯砌應盡早施工成型，以便與支護結構構成完整的整體，共同發揮出強支撐的作用，以免發生坍塌事故。（3）進出口淺埋段施工過程中及時施作初期支護，在完成爆破作業后需初噴4cm厚混凝土，再將鋼架、錨桿及鋼筋網有序安裝到位，組織進一步的復噴作業，直至混凝土厚度滿足要求。值得注意的是，要以不影響正常施工為前提，盡可能地縮短初期支護與二次襯砌的距離。（4）在初期支護施工期間，需加強鋼架基底，以保證其具有穩定性，并設置墊板。另外，為確保鋼架可正常使用，可配置鎖腳鋼管，以構成穩定的受力體系。（5）根據施工要求配制性能達標的漿液，及時用于注漿施工，以免因間隔時間過長而出現漿液性能下降的情況。（6）錨桿注漿過程中及時排氣，小導管注漿孔口處需要得到有效的封堵處理，并加強對孔口巖面的防護，全程注漿壓力穩定在0.2～0.3MPa，使漿液充分注入。

3.3 涌突水、突泥預防及處理施工技術

超前地質預報是掌握前方隧道施工條件的重要方式，具體采用地質調查法、物探法及超前鉆探法，從而準確分析前方地質情況，給施工提供參考。

（1）超前鉆探法。超前鉆探期間遇巖溶富水地段時，易發生突水現象，需通過注漿堵水的方式加以處理。根據突水的發生特點，可配置RPD-150C鉆機（此設備帶有止水閥），遇高壓水時可通過鉆桿注漿的方式來達到有效的止水效果。突水的處理方法主要有兩種，即原孔注漿封堵法和引水分流封堵法，具體視實際情況而定。

（2）地質調查法。原孔注漿封堵法主要的應用思路在于確定突水的具體發生區域，啟用鉆機，并通過該設備將高壓注漿塞穩定設置在孔口處，若無誤則組織注漿作業，在漿液凝結后，可達到堵漏的效果。

（3）物探法。遇突水、突泥現象時，需按特定的流程有序完成堵漏注漿作業，具體如下：鉆適量注漿孔（應保證鉆孔與裂隙相交），設置好孔口管；確定漏水裂隙后，對其進行鑿槽作業，利用棉紗等物質有效填塞，以保證滲水均能夠從管中流出，在此基礎上利用快凝砂漿填槽；組織壓力注漿，加強對注漿壓力的檢測與控制，保證注漿效果的合理性。

（4）其他施工方法。遇異常嚴重的突水、突泥現象時，上述所提的常規方法缺乏可行性，此時應設置混凝土止水墻。具體施工要點如下：①利用砂袋設置圍堰，待圍堰成型后，在其外側以混凝土為材料設置止水墻，在鋼管的作用下將圍堰內的水導出，為切實提高排水效率，可配置移動泵站排水系統。②在確保圍巖和混凝土止水墻不受擾的前提下，應向圍堰中拋填片石。③止水墻成型且強度滿足設計要求后，可及時關閉導水管，分析止水墻的實際情況，應保證其維持穩定的狀態。若止水墻失穩或不具備足夠的止水能力，則需要適時開啟導水管，對止水墻外側采取加固處理措施[2]。④在保證止水墻具有穩定性后，需對導水管組織頂水注漿作業。注漿期間應加強對現場情況的檢查，及時發現異常狀況或是干擾因素，根據實際情況采取合適的處理措施，以免止水墻失穩。

3.4 瓦斯專項施工方案

DK39+050～DK39+680段穿越含煤層，為低瓦斯地段，在施工過程中，可根據實際瓦斯檢測結果動態調整瓦斯地段施工管理等級。成立專門的瓦斯監控小組，由分部隧道隊承擔監測任務，配置專職瓦斯檢測員，隨時監測隧道開挖面是否有瓦斯逸出。從事隧道施工的所有人員全部要經過瓦斯隧道安全技術培訓，經考核合格后方可允許上崗。具體的總施工方案如下：

（1）瓦斯段水氣分離裝置及排放管施工工藝。瓦斯段落需安裝瓦斯分離裝置且沿隧道兩側縱向布置，而瓦斯分離裝置采用φ80mmPVC管，水氣分離裝置用PVC直彎頭、三通管連接，洞內設于瓦斯地段兩端。其中，高洞口端水氣分離裝置如圖1所示。①瓦斯氣體排放路徑：縱向盲溝→水氣分離裝置→縱向盲溝→瓦斯排放管。②地下水排放路徑：縱向盲溝→水氣分離裝置→洞內側溝。

圖1 高洞口端水氣分離裝置（單位：cm）

（2）瓦斯段監測。瓦斯段落需安裝瓦斯分離裝置，沿隧道兩側要注意的點如下：①對瓦斯段加深炮眼并加強瓦斯探測、監測和施工通風，洞內人員配備瓦檢儀，專職瓦檢員配備光感式瓦檢儀，低瓦斯采用人工檢測，施工機械可使用非防爆型，電氣設備采用防爆型。②加強超前地質預報工作，逐段核實地質信息，開展施工瓦斯、煤與瓦斯突出危險性評估，若與設計不符，及時向業主、設計、監理單位提出，采取相應的處理措施。③加強隧道通風，隧道通風采用壓入式的通風方式，對塌腔、模板臺車、加寬段、綜合洞室等處增加局扇進行解決。瓦斯隧道施工通風尤為重要。確定掌子面需風量，滿足洞內最小風速，洞內工作人員呼吸、稀釋炮煙、排放瓦斯所需空氣量，取最大值為壓入式通風系統出風口的風量[3]。隧道通風采用壓入式的通風方式，風管采用φ1.8mm軟風管，風機設在隧道洞口右側，選用1臺1×185kW型軸流風機通過1道管路供風，每臺最小排風量為2578m3/min，保險起見，擬采用2×185kW軸流式風機2臺，1臺常用，1臺備用。掌子面及局部瓦斯易聚集區設置16kW局扇進行排風。通風機設在洞外右側距洞口30m處，風管最前端距掌子面5m，并且前55m采用可折疊風管，以便放炮時將此55m迅速縮至炮煙拋擲區以外。④二次襯砌在開挖、初期支護完成并滿足有關要求后立即施工，盡快封閉，減少瓦斯溢出量。根據要求，結合該隧道工區特點，采用自動與人工監控相結合的方式，洞內安裝瓦斯自動檢測儀，工班長及領班人員配備便攜式瓦斯檢測報警儀，瓦斯濃度＞0.5%時報警，瓦斯濃度＞1%時立即停機。

4 結束語

綜上所述，復雜地質條件下展開鐵路隧道施工時難度較大，期間易出現質量問題，甚至引發安全事故。為創造安全的施工環境，施工人員必須做好超前地質勘探工作，準確掌握現場的地質情況，明確破碎帶、煤層等區域的具體分布位置，以此為依據制訂科學的隧道施工方案，加強對各道工序施工質量的控制，順利完成鐵路隧道建設工作。