復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)研究

孫海洲

摘要： 在我國(guó)交通事業(yè)不斷發(fā)展的情況下，越來(lái)越多的鐵路隧道工程也得到了建設(shè)。在本文中，將就復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)進(jìn)行一定的研究。

Abstract： With the continuous development of transportation in China， more and more railway tunnels have been constructed. In this paper， the railway tunnel construction technology under complicated geological conditions will be studied.

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜地質(zhì)條件；鐵路隧道；施工技術(shù)

Key words： complicated geological conditions；railway tunnel；construction technology

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）01-0153-03

0 引言

我國(guó)大多數(shù)鐵路隧道都建在山川河流之間，復(fù)雜的地質(zhì)地貌增加了隧道施工難度，施工單位必須在施工前進(jìn)行系統(tǒng)的地質(zhì)勘探，并就復(fù)雜地質(zhì)條件下施工所面臨的各種突發(fā)問(wèn)題提前制定應(yīng)對(duì)策略。本文的研究對(duì)象是處于由軟弱圍巖構(gòu)成的復(fù)雜地質(zhì)條件下的某鐵路隧道工程，首先介紹軟弱圍巖地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，進(jìn)而根據(jù)地質(zhì)條件分析確定一套可行性工法和技術(shù)措施，再通過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收驗(yàn)證該工法的實(shí)效性。

1 工程概況

處于低山區(qū)當(dāng)中的某鐵路隧道工程，通過(guò)區(qū)域具有較大的地形起伏特征，其最大埋深為74m，圍巖級(jí)別在IV至VI之間，圍巖為強(qiáng)風(fēng)化石英云母片巖，系軟弱圍巖質(zhì)地。在該隧道中，其將分別通過(guò)6處淺埋段，其中A淺埋段最小埋深僅僅為5m，具有斷面跨度大、施工難度大以及地質(zhì)條件差的特征。由于隧道所處圍巖質(zhì)地軟弱、不穩(wěn)定，2014年3月施工期間，洞口洞頂位置發(fā)生滑塌情況，導(dǎo)致隧道洞口已經(jīng)完成初期支護(hù)的鋼架因此遭到破壞，并將處于正在施工當(dāng)中的隧道造成堵塞。全面停工后，施工單位重新組織各部門技術(shù)人員，對(duì)隧道所處地質(zhì)條件重新進(jìn)行分析判斷，并商定新的施工工法和技術(shù)措施。

2 隧道所處復(fù)雜地質(zhì)條件分析

該隧道工程穿越淺埋偏壓和軟弱圍巖，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，為了進(jìn)一步研究適合復(fù)雜地質(zhì)條件的隧道施工工法，首先針對(duì)該復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)隧道施工的影響進(jìn)行如下分析：

2.1 淺埋隧道

埋深淺是淺埋隧道的最大特征，由于具有較淺的覆蓋層，圍巖難以自行成拱，地表具有容易沉陷的情況。在實(shí)際工程建設(shè)中，很可能因地層損失情況的存在導(dǎo)致地面存在明顯的移動(dòng)，且將對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生非常大的影響。該種特征的存在，則對(duì)支護(hù)、注漿以及開挖等工作的開展具有更高的要求，并因此使施工具有更大的難度。

2.2 偏壓隧道

對(duì)于偏壓隧道來(lái)說(shuō)，其主要是指因不同原因存在使圍巖壓力存在較為不均勻的特征，并因此使支護(hù)受到偏壓荷載情況的隧道。造成該種情況出現(xiàn)的原因有很多，包括有地質(zhì)、施工以及地形方面的原因等。

2.3 軟弱圍巖

軟弱圍巖具有節(jié)理裂隙發(fā)育以及松散破碎的特征，在抗壓強(qiáng)度方面具有較低的特點(diǎn)，圍巖在自穩(wěn)以及完整性方面表現(xiàn)較差，甚至不存在自穩(wěn)能力，較為軟弱且強(qiáng)度低，在抗水軟化性以及抗風(fēng)化方面性能較差。在對(duì)洞室進(jìn)行開挖后，將表現(xiàn)出較大的塑性變形情況，一般分布在洞口以及淺埋地段。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工工法及技術(shù)措施

軟弱圍巖在自支護(hù)能力方面具有較弱的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查工作可以了解到，該隧道拱頂?shù)交缕瘘c(diǎn)為22m左右，厚度在9m左右。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的分析，首先要穩(wěn)定掌子面，其次施工時(shí)確保斷面及時(shí)閉合，就能有效提高圍巖穩(wěn)定性。制定了以下處理措施：①加強(qiáng)防排水工作，通過(guò)粘土的應(yīng)用將地表存在的陷穴以及裂縫進(jìn)行密實(shí)，避免地表水出現(xiàn)下滲情況。在坍塌范圍之外，對(duì)截水溝進(jìn)行了設(shè)置，以此實(shí)現(xiàn)地表水的攔截，避免坍塌面進(jìn)一步擴(kuò)展；②為了對(duì)整個(gè)山體的整體穩(wěn)定性進(jìn)行保證，在上塌方影響范圍以及塌方體坡面對(duì)R32N自進(jìn)式錨桿進(jìn)行注漿加固，整個(gè)錨桿長(zhǎng)度為8m，按照梅花型進(jìn)行布置，并按照從上到下的順序?qū)λ椒秶乃缮⒕植繀^(qū)域進(jìn)行清除，及時(shí)通過(guò)噴、錨以及網(wǎng)的方式進(jìn)行防護(hù)；③護(hù)拱施工。對(duì)對(duì)部分塌方體做好清理后，通過(guò)留核心土法進(jìn)行施工，以人工方式對(duì)遭到破壞的鋼架進(jìn)行拆除，并在其外露按照設(shè)計(jì)方案對(duì)格柵鋼架進(jìn)行架設(shè)，保證外露管棚同格柵鋼架能夠形成一個(gè)整體。在做好間距控制的同時(shí)通過(guò)縱向拉桿的應(yīng)用將其連接成一個(gè)整體，并結(jié)合鋼架對(duì)混凝土進(jìn)行噴射，而在噴射工作進(jìn)行之前，則需要在其管棚位置做好導(dǎo)向管的預(yù)埋，將環(huán)向間距孔控制為0.4m；④下臺(tái)階開挖。在該環(huán)節(jié)中，要使用風(fēng)鎬進(jìn)行挖掘，在硬巖位置在以小爆破方式進(jìn)行處理之后以人工方式進(jìn)行開挖，并在下半斷面以單側(cè)落底方式進(jìn)行開挖，保證其尺寸能夠同設(shè)計(jì)要求相符合。之后，則緊跟做好初期支護(hù)工作，每進(jìn)行一循環(huán)開挖，則需要及時(shí)做好拱架的假設(shè)以及混凝土掛網(wǎng)施工。在每次開挖完成后，要及時(shí)進(jìn)行混凝土材料的噴射，以此最大程度對(duì)圍巖的暴露時(shí)間進(jìn)行減少、將變形情況控制在最低。在完成下半斷面挖掘后，則需要及時(shí)進(jìn)行清底處理，并做好隧底初期支護(hù)，保證鋼架能夠閉合成環(huán)；⑤仰拱及二次襯砌。即在管棚支護(hù)情況下進(jìn)行2～3m的開挖，并及時(shí)施作仰拱。在進(jìn)洞約5m位置后，停止掘進(jìn)工作，在將襯砌臺(tái)車推到掌子面后對(duì)其掘進(jìn)施工進(jìn)行恢復(fù)。

4 重點(diǎn)加強(qiáng)地質(zhì)監(jiān)測(cè)

施工期間重點(diǎn)加強(qiáng)地質(zhì)監(jiān)測(cè)，以便實(shí)時(shí)掌握地質(zhì)變化情況，針對(duì)對(duì)施工不利的地質(zhì)情況進(jìn)行技術(shù)處理。

4.1 地質(zhì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容

本工程的地質(zhì)監(jiān)測(cè)主要包括地表沉降監(jiān)測(cè)、 周邊收斂監(jiān)測(cè)、 拱頂下沉監(jiān)測(cè)三個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

4.2 地質(zhì)監(jiān)測(cè)方法

4.2.1 周邊圍巖量測(cè)

量測(cè)方法：通過(guò)坑道收斂計(jì)對(duì)兩測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算其收斂值。

量測(cè)斷面計(jì)劃：沿隧道軸線每類圍巖應(yīng)該有監(jiān)測(cè)斷面（斷面數(shù)目不少于1個(gè)）。有些地段洞口段和埋深不足2D（D為隧道），可按照5～10m的間距設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，此外的地段按地質(zhì)情況，將監(jiān)測(cè)斷面的間距控制在 15～40m。

測(cè)線布置：當(dāng)采用短臺(tái)階半斷面或全斷面開法方法時(shí)采用三測(cè)線三角形布置形式，當(dāng)采用CRD工法時(shí)，采用六測(cè)線，上下三角形布置形式。

4.2.2 拱頂下沉量測(cè)

監(jiān)視隧道拱頂?shù)慕^對(duì)下沉量，根據(jù)斷面的變形趨勢(shì)判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。

量測(cè)方法采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)試其絕對(duì)高程值以此計(jì)算其下沉量。

4.2.3 地表沉降觀測(cè)

為確保邊坡穩(wěn)定，按照設(shè)計(jì)要求和相關(guān)技術(shù)規(guī)范在洞口淺埋段布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)觀測(cè)地表沉降情況。根據(jù)洞頂坡度地形變化趨勢(shì)，應(yīng)該分別在左右洞布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，左洞布置2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，右洞布置3個(gè)。詳細(xì)測(cè)點(diǎn)布置見圖1和圖2（地表沉降測(cè)點(diǎn)布置圖）。

各斷面洞室與覆土厚度關(guān)系埋深由外向內(nèi)逐漸增大。左洞Z01、Z02和右洞Y01、Y02為超淺埋段，埋深小于11 m，不足一倍開挖洞徑。左洞Z03～Z05和右洞Y03、Y04為淺埋洞段，埋深小于30m，不足二倍開挖洞徑。而自右洞Y05～Y07和右洞Z06、Z07開始埋深均大于38 m，進(jìn)入了深埋洞段。隧道左右側(cè)洞口埋深布置見圖3～圖4。

4.2.4 超前圍巖地質(zhì)情況探測(cè)

該項(xiàng)探測(cè)主要是為了對(duì)前方圍巖水文以及工程地質(zhì)情況的探測(cè)，如圍巖類別以及性質(zhì)、規(guī)模等等。在做好信息反饋的同時(shí)對(duì)探測(cè)獲得的情況進(jìn)行分析以及判斷，在對(duì)地質(zhì)預(yù)報(bào)成果進(jìn)行提出的同時(shí)將其作為圍巖類別變更以及施工指導(dǎo)的依據(jù)。

4.3 監(jiān)測(cè)頻率

量測(cè)頻率根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況而定。

5 工后地質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

5.1 地表監(jiān)測(cè)結(jié)果 地表監(jiān)測(cè)工作共歷時(shí)5個(gè)月。洞室監(jiān)測(cè)工作隨著隧道的開挖進(jìn)度共歷時(shí)6個(gè)月完成?，F(xiàn)將主要數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制成沉降曲線圖（見圖5）。

通過(guò)上述分析可知，地表沉降雖埋深增大而在合理的范圍內(nèi)減小?？梢?，洞內(nèi)變形造成地層損失，通常就會(huì)出現(xiàn)地表沉降現(xiàn)象。從另外的角度來(lái)看，隧道施工沒(méi)有引起邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，洞門以上山體邊坡是穩(wěn)定的。

5.2 拱頂下沉量監(jiān)測(cè)結(jié)果 根據(jù)拱頂下沉監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠掌握隧道支護(hù)體系與洞室的穩(wěn)定情況，若存在支護(hù)不穩(wěn)的問(wèn)題，也可以根據(jù)拱頂下沉監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。本文所研究的左右洞7組斷面拱頂下沉量和最大下沉速率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)詳見表2。

由表2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得知：拱頂下沉實(shí)測(cè)最終下沉量為左洞32.47mm，右洞34.85，均發(fā)生在進(jìn)洞洞口超淺埋段的Y01（YK11+347）斷面、Z01（ZK11+353）斷面。這主要因?yàn)槎纯诙螄鷰r破碎，且開挖斷面為埋深的2～8倍，洞室圍巖不能形成自然受力拱，覆土重力全部作用于支護(hù)系統(tǒng)上。

處理結(jié)果：鑒于總體變形值普遍較小的特點(diǎn)，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，同時(shí)為確保工期，加快開挖進(jìn)度，經(jīng)研究并與多方協(xié)商，將開挖方法由開始的眼鏡工法調(diào)整為上下臺(tái)階法開挖。

5.3 周邊收斂量測(cè) 整體監(jiān)測(cè)結(jié)果均小于設(shè)置的管理基準(zhǔn)值，只有極個(gè)別斷面的圍巖收斂結(jié)果略大于基準(zhǔn)值，但不會(huì)對(duì)整體施工造成明顯的影響，說(shuō)明設(shè)置的管理基準(zhǔn)值是合適的，支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理的，可以滿足設(shè)計(jì)的要求。

6 結(jié)論

在上文中，我們對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)進(jìn)行了一定的研究，需要在工作開展中能夠做好把握，通過(guò)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用保障施工質(zhì)量。

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