復雜地質條件下鐵路隧道施工技術

王繼剛

（濟青高速鐵路有限公司，山東 濟南250014）

我國擁有十分多樣的地形類型，地質條件較為復雜，存在顯著的多元性與差異性，極易對鐵路隧道施工造成很大的負面影響，主要影響因素為施工現場地質條件的脆弱性（巖石硬度過低、地質運動頻繁且活躍等）與地質條件的特殊性（存在暗河、地下洞穴等地質結構）。基于此，為能夠有效降低復雜地質條件對鐵路隧道施工的負面影響，相關參建各方必須充分明確鐵路隧道施工現場的地質條件，采取對應的施工技術，并加強相關的施工管理，從而確保整個工程施工的安全性與有效性。

1 巖溶地質條件下的鐵路隧道施工技術

在我國眾多復雜地質條件中，巖溶作為較為典型的地質條件之一，廣泛存在于全國各地，其中以西南地區最為發育。對于這類復雜地質條件區域中的鐵路隧道施工而言，往往會出現突水、滲漏等問題，這就大大影響到總體鐵路工程的質量，故而需要加強巖溶地質條件下鐵路隧道施工技術的探究，不斷提高相關施工技術水平，具體做到以下幾點：（1）做好工程現場的勘察工作，通過對施工現場的自然地理環境、地質環境進行充分勘察，從而全方位了解整個施工現場的環境狀況，即可借助先進的3S技術，來對該區域的地形條件與地質水文狀況加以全方位勘察，做到具體問題具體分析，編制出更為科學有效的地鐵路隧道施工計劃[1]；（2）做好施工前的準備工作，即借助3S技術來對所編制出的施工計劃加以數字模擬，以此來對具體施工中可能出現的圍巖、土質等問題較好的加以預防與管控。一旦施工現場出現大規模的圍巖變動問題，必須馬上與施工單位、建設單位等部門進行溝通，盡快評估施工現狀，做好風險評估工作，進而提出切實可行的解決措施，盡量避免安全事故的發生；（3）做好躲避溶洞施工工作，在鐵路隧道施工中遇到溶洞問題時，需要選擇最為合適的開挖方式，借助施工現場的地質條件、氣候條件等，科學規劃施工路線來避開溶洞，盡量提高鐵路隧道施工的伸縮性，還應結合鐵路隧道施工中遇到的溶洞具體情況來加以科學合理地分割，選用對應的躲避技術，確保充分了解溶洞四周地質環境，從而提高鐵路隧道的安全性與可靠性[2]。

2 淺埋偏壓地質條件下鐵路隧道施工技術

在實際的鐵路隧道施工過程中，淺埋偏壓地質是導致工程施工困難的關鍵因素之一。當遇到淺埋偏壓地質情況時，為了可以更好地改善鐵路隧道的安全性與可靠性，在極大程度上消除由于掩埋而產生的潛在安全風險，施工人員在施工過程中應做到以下幾點：（1）全面掌握淺埋偏壓地質條件的具體特點，有針對性地提出鐵路隧道施工方案；（2）科學整合特定的結構系統與施工過程，對淺埋偏壓地質結構的變形進行有效監測，且對地質變形程度與速度進行充分評估，從而盡最大可能降低安全施工造成的不良影響[3]；（3）由于淺埋偏壓隧道施工中存在較為淺薄的覆蓋層，這就很難獨立成拱，也會出現地表沉陷、滑坡、地表失穩等問題，大大降低了總體鐵路隧道工程的質量，影響周圍環境，故而施工單位需要結合淺埋變形隧道的具體情況，構建科學合理的管理機制，建立完善的施工監督與技術控制機制，并結合具體的地質條件來編制出切實有效的施工方案，還應結合施工現場土壤含水率建設完整性的排水工程，保證巖層的可靠性，對發生的裂縫與塌陷區進行及時填補，從而確保地基的穩定性。

3 膨脹性地質條件下鐵路隧道施工技術

膨脹性地質條件具體指膨脹土質，屬于一種不良地質。當外部環境條件出現變化時，將會導致膨脹土的土體強度出現較大改變，這就增加了鐵路隧道支護結構承受的壓力。基于這一情況，施工單位必須做好鐵路隧道施工區域的膨脹土地質條件的調研，采取最為適宜的隧道施工技術來盡最大可能減少斷面，并避免隧底下沉問題的發生。通常膨脹土對溫濕度較為敏感，施工單位應提出科學合理的鐵路隧道施工次序，以此來有效確保施工的速度，將各施工環節有效銜接，待完成工程施工后，應做好相應的加固處理。同時，施工單位應加強水化與地分化對巖石結構的影響，盡量避免土地的收縮與膨脹。在膨脹地質條件下開展鐵路隧道施工時，可通過搭建臨時支撐結構，或是選用分部開挖方式，以此來加快施工速度；一定情況下可選擇換土法來對土體進行更換，也就是更換具有更高強度的土體。另外，在鐵路隧道施工前應對圍巖進行超長錨索加固，借助超前預處理方式來提高圍巖的強度。

4 軟弱圍巖地質條件下鐵路隧道施工技術

在工程地質學層面上，在修建比較弱的圍巖隧道過程中，極易受到各種外部因素的影響。因為各地區的地質條件存在一定的差異，不同因素影響也不同。對于圍巖隧道的構造，施工單位應充分明確影響鐵路隧道施工的各項因素，對已有的隧道開挖方法進行不斷優化，這樣能夠避免隧道施工期間軟弱圍巖發生變形。在軟弱圍巖的施工過程中，無法選用全斷面的開挖方法，需要選用分部開挖法，其中分部開挖技術主要包括：（1）環形導坑預留核心土開挖法，可提高結構的安全性與工作面的穩定性；（2）雙側壁導坑開挖方法，既能夠確保結構的安全性，又能夠在很大程度上緩解皺紋軟弱圍巖的壓力，防止過大地面沉降問題的發生；（3）中隔壁法，即通過左右分部自上而下的開挖，待完成開挖后，進行錨噴處理，實現中隔墻的連接。

同時，在具體軟弱圍巖地質條件下鐵路隧道施工過程中，施工單位應積極做好檢測與測量工作，確保施工工作有序開展，具體內容為：（1）基于圍巖的穩定性，依據相關施工順序開展施工工作，確保圍巖具有較高的可靠性；（2）在開挖時，應盡可能降低對圍巖的影響，保證隧道開挖的輪廓較為規則；（3）待圍巖變形與初始支護穩定后，才能夠進行二襯施工工作；（4）在開挖與施工中，應預先保留變形量，結合測量結果隨時間加以恰當調整，從而保證襯砌的合理厚度，且在一定程度上提高襯砌結構的穩定性。

此外，由于軟弱圍巖地質條件下鐵路隧道施工過程中時常會遇到隧道裂縫問題，這就影響到工程的質量。基于此，施工單位需要全面分析造成隧道裂縫問題發生的原因，即環境溫濕度或是鋼筋使用不合理，然后采取切實有效的施工技術措施來有效預防隧道裂縫的發生，具體措施為：（1）采用合適的施工原材料，確保其滿足工程施工的具體情況，防止施工變形問題的發生，待明確施工原材料后，應依據相關要求和標準進行混凝土配比試驗，借助配比試驗，在很大程度上減少襯砌收縮性變量問題；以硅酸鹽水泥為例，應避免這類材料與其他類型水泥的混用，確保材料的質量，防止襯砌裂縫問題的發生；（2）確保混凝土施工質量滿足相關規范，施工單位需加強混凝土施工的監管，選擇機械搗固法來防止襯砌搗固問題；還應對混凝土施工的溫濕度進行有效控制，在很大程度上降低收縮性病害的出現；（3）加強對地下水的綜合整治，選擇復合防水板，有效防治各種水源，避免局部滲流問題的發生，從而確保整個隧道施工質量。

5 復雜地質條件下鐵路隧道新奧法施工

新奧法全稱為新奧地利隧道施工方法，相關施工流程見圖1，該方法可應對巖體復雜條件和地質作用、施工條件的復雜性，更好地滿足工程設計參數的精確要求，借助更多的量測手段來監測施工現場的圍巖動態、支護結構工作狀態。當地質條件比較差時，應選用分塊多次開挖，結合巖質條件與開挖方式來對一次開挖長度進行明確。當巖質條件比較好時，可適當增大開挖長度，而巖質條件比較差時，在同等地質條件下可適當增大分塊多次開挖長度，而減少全斷面開挖長度。通常中硬巖中長度在2-2.5m左右，膨脹性地層中長度在0.8-1.0m左右。第一次支護作業主要涉及到一次噴射混凝土、打錨桿、立鋼拱架、復噴混凝土等，其中待完成隧道開挖后，需要及時噴一層薄層混凝土，然后在開挖的渣堆上開展第一次支護作業，在沒有被渣堆覆蓋的開挖面進行一次噴射混凝土，然后再出渣。依據相關規范來對錨桿進行布置，加固深度圍巖，于圍巖內形成承載拱，通過巖面承載拱、噴層及錨桿來形成外拱，從而進行臨時支護，也能夠作為永久支護的一部分。接下來，需進行第二次混凝土噴射，厚度應控制在10-30cm，且必須把鋼拱架、金屬網、錨桿等覆裹在混凝土之內。施工過程應注意在開挖后圍巖自穩時間的一半時間內完成第一次支護。對于第二次支護作業中，若出現底板不穩或是變形嚴重問題時，將會影響到側墻與頂部支護的穩定性，故而必須盡快封底，形成封閉式的支護，從而確保圍巖的穩定性。此外，在鐵路隧道的施工過程中，施工單位應根據施工現場的具體情況，對施工技術應用方案內容進行不斷補充，并將這一方案落到實處，對各個施工環節進行精細化管理，從而有效提升整個鐵路隧道施工的質量，縮短施工周期。

圖1 新奧法施工流程示意圖

6 復雜地質條件下鐵路隧道的其他施工方法

一是錨桿技術。該技術可對復雜地質條件下圍巖的位移問題進行較好地處理；當鐵路隧道施工中遇到位移問題時，圍巖會造成掌子面的相對運動，針對這一問題，施工單位需要加強錨桿設置，借助錨桿來對橫截面位移進行控制，盡量避免圍巖、掌子面、支護結構發生變形問題。超前預加固中應選擇容易切割和施工簡便的玻璃纖維錨桿，把其切成長度為20m的錨桿件，從而提高工程施工的可靠性。

二是洞內加固處理技術。該技術可借助有效的支撐措施來促使洞內具備較高的穩定性，該技術的主要運用措施為：混凝土噴射法與鋼拱架法，通過這些措施的應用，能夠有效提高隧道結構主體的抗壓性，確保隧道的長期可靠運行。同時，針對特定的施工工作，施工人員可選擇最為適宜的施工方法和施工思路來有效加固巖石，且配合其他施工技術來對施工中的內部程序進行科學合理地監控。此外，施工單位可選擇模板襯砌技術來開展復雜的地質隧道的建造，從而確保基礎的可靠性。針對仰拱結構而言，施工單位需要從側壁后開展相應的施工工作，讓整個結構形成閉環路，以此來提高主體結構的穩定性。針對鐵路隧道施工中常發生的坍塌問題，施工單位需要對支護技術進行恰當運用，從而可有效降低加固難度。

三是臺階法開挖技術。該技術作為一種最為多見的隧道施工方法，可提高隧道施工的穩定性與安全性。在鐵路隧道開挖前，施工單位應全面考察施工現場周圍的地質環境，結合巖體的具體特征開展開挖施工工作。臺階法開挖技術在軟弱圍巖地質的鐵路隧道施工中具有良好的適應性，且對施工設備的要求較低。經過該技術開挖后，可以得到較大的隧道內部施工空間。同時，施工單位應在起拱線周圍進行臺階的劃分，以此來確保開挖后的圍巖自穩時間可以符合隧道施工標準，確保施工的可靠性與安全性；當圍巖的巖石條件較好時，能夠提高臺階的高度，以便后續大型設備的順利運用。此外，對于工程斷面欠缺可靠性的隧道環境，也可選用臺階法開挖技術，該技術在應用過程中應把隧道分成3部分進行開挖，施工單位只有加強整個施工過程的監督與評估，才能夠降低開挖對隧道工程上部空間和中下部空間之間造成的干擾。

7 結束語

綜上所述，鐵路隧道施工關系著我國社會經濟的發展，近年來我國鐵路工程項目的建設規模不斷擴大，數量也不斷增多，且更多的鐵路線路逐漸延伸到山區或是偏遠地區。為確保總體鐵路隧道施工的質量，確保鐵路隧道施工活動能夠在復雜地質條件下順利安全的開展，施工人員在施工過程中必須結合施工現場的實際地質情況來選擇最為適宜的施工技術，并編制出切實有效的施工方案，從而盡最大可能降低施工活動受到復雜地質條件的侵擾，確保各項技術能夠落實到位。