碎屑流地層大斷面鐵路隧道施工技術(shù)研究

鄭海全

（中鐵十八局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，廣西 南寧 530021）

碎屑流地層大斷面鐵路隧道施工技術(shù)研究

鄭海全

（中鐵十八局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，廣西 南寧 530021）

以蘭新鐵路祁連山第二雙線段為例，通過(guò)對(duì)碎屑流地層特殊地質(zhì)的分析研究，積極探索了碎屑流地層鐵路隧道的施工技術(shù)，找到了解決方法，并且對(duì)這種特殊地質(zhì)下的鐵路隧道施工有了一套相對(duì)完善的施工技巧和方法，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在碎屑流地層中大斷面鐵路施工時(shí)的技術(shù)空白。

碎屑流；大斷面；鐵路建設(shè)；隧道施工

1 工程背景

蘭新高鐵是國(guó)鐵1級(jí)雙線鐵路，全長(zhǎng)1776公里，東起蘭州，途徑西寧直至新疆烏魯木齊。蘭新高鐵是連接新疆與內(nèi)地的大動(dòng)脈，而蘭新高鐵祁連山段開(kāi)掘難度極大，可謂難于上青天。祁連山脈地段全年荒無(wú)人煙，氣候寒冷，海拔極高，自然環(huán)境是施工人員根本想不到的惡劣，在這種極差環(huán)境下施工，必須面對(duì)很多技術(shù)難題，大多都是凍土隧道，掘進(jìn)困難，又有復(fù)雜成分的巖層分布，穿越F5，F(xiàn)6，F(xiàn)7斷層，地下地質(zhì)環(huán)境相互交錯(cuò)，復(fù)雜多變，這給施工人員帶來(lái)了很多前所未有的困難[1]。

由于地質(zhì)環(huán)境險(xiǎn)惡，開(kāi)采前根本不能預(yù)知前面要面對(duì)的是什么環(huán)境什么巖層，有些災(zāi)難性的地質(zhì)段也就難以避免，施工人員的選擇空間少之又少。在面對(duì)如此復(fù)雜多變的環(huán)境下，施工人員還要要求挖掘方式得當(dāng)，工藝難度要求高，支護(hù)措施到位等高標(biāo)準(zhǔn)。這也對(duì)整個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，施工團(tuán)隊(duì)提出了更加苛刻，更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

2 碎屑流地層施工特點(diǎn)

2.1 碎屑流很難預(yù)知

碎屑流又叫地下泥石流，其深藏于地表以下處于砂巖灰?guī)r之間地層，在地下的分布很不規(guī)律，這使得沒(méi)有施工技術(shù)人員在挖掘前絲毫沒(méi)有預(yù)知性。特別是在設(shè)計(jì)規(guī)劃前，幾乎沒(méi)有判斷的依據(jù)，無(wú)從知曉碎屑流腔體的位置所在，更不知道腔體的形狀及大小，只有當(dāng)施工人員正式挖掘到碎屑流附近時(shí)，才能相對(duì)準(zhǔn)確的預(yù)判。

2.2 碎屑流突發(fā)性高

由于碎屑流本身就具有很大的壓力的剪切變形力，且狀態(tài)大多為粘稠狀帶有角礫的石塊，當(dāng)施工人員在事先不知道其保護(hù)腔體形狀，位置，大小的情況下，一不小心打開(kāi)它原有的固有腔體，碎屑流就是一股威力極大的泥石流，突然噴發(fā)而出的粘稠帶石塊液體一下子造成的損失是我們根本想象不到的。

2.3 碎屑流超前支護(hù)困難大

施工技術(shù)人員面對(duì)的超前支護(hù)困難有四點(diǎn)：第一是碎屑流沒(méi)有很好地封閉方法，碎屑流是一種帶有很高壓力的流體，在巖層中，可謂見(jiàn)縫插針，遇到巖石縫隙就會(huì)超縫隙流動(dòng)，人工很難控制其流動(dòng)，沒(méi)有完全封閉的方法。第二是碎屑流不能固定，碎屑流中含有大量角礫巖，如果加固漿液，固漿液會(huì)隨著其中的角礫巖和碎屑一同流動(dòng)，最后都從巖石縫隙中流出。第三個(gè)是注漿壓力難以控制。由于碎屑流本身含有壓力和剪切力，因此在加固漿液必須要讓注漿壓力等于碎屑流壓力，才能抵消碎屑流的固有壓力使得注漿能正常注入，這就造成了注漿難度大的苦難。四是立體加固的難度，由于幾乎不能進(jìn)行液體固定碎屑流，也幾乎不能注漿抵消壓力，所以只能立體加固，不同于一般流體，碎屑流都必須有非常強(qiáng)大的徑向超前支護(hù)，并且掌子面也需要超前加護(hù)，這是為了預(yù)防碎屑流從加固的正面縱向涌出而造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。

2.4 鐵路本身的高標(biāo)準(zhǔn)困難

蘭新高鐵是國(guó)鐵1級(jí)鐵路，時(shí)速高，技術(shù)新，對(duì)施工技術(shù)人員的要求也高。施工的曲線半徑相比一般鐵路大了很多，選線空間相比較卻小了很多，提別是在蘭新高鐵祁連山段，地質(zhì)環(huán)境差，災(zāi)害性地質(zhì)現(xiàn)象一處接一處。蘭新高鐵又是雙線鐵路，所以隧道開(kāi)發(fā)的斷面巨大，隧道成洞難度上升了不少，在施工的技術(shù)要求，工藝標(biāo)準(zhǔn)，掘進(jìn)方法上提出了更高更嚴(yán)格更苛刻的標(biāo)準(zhǔn)。

3 碎屑流地層開(kāi)采技術(shù)要求

3.1 掌子面封堵開(kāi)挖

隧道掘進(jìn)時(shí)，根據(jù)施工人員的施工經(jīng)驗(yàn)在探明碎屑流固定腔體的位置，大小，形狀以后，就可以先開(kāi)挖到安全巖盤(pán)邊沿，這是開(kāi)挖最理想的位置，當(dāng)掘進(jìn)到此位置時(shí)，就可以停下進(jìn)行超前支護(hù)加固。超前支護(hù)加固時(shí)應(yīng)該萬(wàn)分小心，因?yàn)樗樾剂餍螒B(tài)極不穩(wěn)定，很容易發(fā)生垮塌噴出。因此，掌子面加固時(shí)進(jìn)行超前加固的重要工序也是必不可少的一道工序。開(kāi)挖工法要分三個(gè)臺(tái)階，首先處于最底層的是下臺(tái)階，處于中間的是中臺(tái)階，做上面是上臺(tái)階（如圖2），掘進(jìn)時(shí)必須按照山嶺隧道的不同變形量要求和三臺(tái)階的臨時(shí)供仰法，然后使用大型機(jī)械對(duì)隧道進(jìn)一步掘進(jìn)開(kāi)發(fā)，且上臺(tái)階為了保證其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，要以CD法為主，在充分利用大型機(jī)械的前提下，良好的利用人力觀察和經(jīng)驗(yàn)開(kāi)采，取得最大程度的優(yōu)化。

3.2 高位泄水

高位泄水是碎屑流地層大斷面解決超前支護(hù)困難的最有效方法，高位是將排水系統(tǒng)管道安防于超前支護(hù)圈位置上面，講碎屑流里面表面壓力排泄出來(lái)，這是在壓力源處將其消滅，形成低壓區(qū)，碎屑流也不會(huì)因?yàn)楣逃星惑w被破壞而噴出，這大大的減少了超前支護(hù)的實(shí)施，高位泄水管講水從高位置上排出以后，就會(huì)在排水管出口處形成低壓區(qū)域，這有利于注漿固結(jié)。

3.3 實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋

可在掘進(jìn)時(shí)增加實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋一項(xiàng)，反饋的數(shù)據(jù)就是當(dāng)前掘進(jìn)的科學(xué)預(yù)測(cè)和判斷，當(dāng)關(guān)系曲線不穩(wěn)定時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前巖層和腔體是不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)，應(yīng)該馬上停止掘進(jìn)，分析數(shù)據(jù)異常的原因，采取對(duì)應(yīng)的處理辦法，多以徑向注漿加固，縱向仰拱，擴(kuò)大套供加固等方法，同時(shí)繼續(xù)加強(qiáng)數(shù)據(jù)觀測(cè)反饋，這將很有效的預(yù)防塌方，地下泥石流等危險(xiǎn)地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。

4 總結(jié)

蘭新高鐵祁連山段的成功掘進(jìn)填補(bǔ)了我國(guó)碎屑流地層挖掘的技術(shù)空白，也為以后的施工挖掘提供了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]張志強(qiáng)，何本國(guó).祁連山越嶺段碎屑流地層隧道支護(hù)參數(shù)及施工工法研究[R].成都：西南交通大學(xué).2012(11):11-12.

Research on construction technology of Large Section Railway Tunnel with classic flow

ZHENG Hai-quan

(China Railway 18th bureau group track traffic engineering, co.,LTD, Nanning Guangxi 530021)

Lan Xin railway Qilian Mountain, the second pair of line segments, for example by of debris flow formation special geological analysis and research, actively explore the debris flow formation of railway tunnel construction technology, found a solution, and a relatively perfect construction technique and method of this special geological railway tunnel construction, to fill the domestic in the debris flow formation in large section railway construction technology gaps.

Debris flow; Large section; Railway construction; Tunnel construction

U459.2

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.007

1672–7304(2016)05–0015–02

（責(zé)任編輯：張時(shí)瑋）

鄭海全（1982-），男，黑龍江嫩江人，工程師，研究方向：鐵路施工。