復雜地質條件下鐵路隧道施工技術探析

甄相國 賈瑞晨

（湖南高速鐵路職業(yè)技術學院， 湖南 衡陽 421000）

0 引言

我國鐵路工程建設發(fā)展迅速，在發(fā)展過程中，不可避免的要面臨在復雜地質條件下進行施工作業(yè)的問題。因此，如何在復雜地質條件下保證施工質量和施工過程的安全成為必須要研究和解決的問題。復雜的地質條件主要是指在施工范圍內存在巖溶、高地溫情形，施工環(huán)境存在放射性氣體、軟弱破碎帶等情況。各種復雜且具備危險性的地質環(huán)境一方面會對施工效率造成影響，另一方面也可能導致施工過程中出現(xiàn)危險情況，危及施工主體財產(chǎn)安全和生命安全。在本文中，筆者以國內某工程標段為例，進行了復雜地質條件下的施工技術探討。

1 工程概述及特征

1.1 工程概述

筆者選取了該項工程中的某標段建設過程面臨復雜地質條件的具體情況作為研究情景從而進行技術分析。選取標段總長40km，該線路上的主要建設結構如下：路基長度為445m，共設有3 座車站，5 座橋梁，橋梁總設計長度為1258m，包含隧道4 座,4 座隧道總長為35847m。在施工范圍內存在元古界沉積巖、巖漿巖等巖層，工程施工區(qū)域地處高海拔地區(qū)，該地區(qū)氧氣稀薄，平均氣溫較低。該地區(qū)巖層發(fā)育較為強烈，經(jīng)常發(fā)生泥石流、地震等災害，給工程施工帶來了較大的風險和難度。

1.2 工程環(huán)境特征

1.2.1 施工地區(qū)高寒缺氧

本工程施工區(qū)域海拔較高，且位于山谷地帶，因此整個施工過程中氣溫都處于較低水平，對于施工人員而言氣候環(huán)境較為惡劣。施工區(qū)域內地勢起伏較大，山峰高程大多均在5000m 以上，空氣中的氧氣含量較低，施工人員常出現(xiàn)缺氧情況。因此，在該種施工條件下，工作人員施工效率和機器設備運轉效率都較低。施工過程中甚至出現(xiàn)施工人員由于極度缺氧而產(chǎn)生生命危險的情況。

1.2.2 施工區(qū)域屬于生態(tài)脆弱區(qū)域，面臨較高的環(huán)保要求

該工程施工建設區(qū)域屬于我國生態(tài)保護的重點區(qū)域，因此在環(huán)保方面要求較高。如果在施工過程中對生態(tài)環(huán)境造成破壞，恢復時間長，將會造成較大的生態(tài)損失。在生態(tài)脆弱地區(qū)進行施工，在施工方案設計方面將會增加諸多考量因素，生態(tài)環(huán)境保護的高要求也給施工方案的設計帶來了一定的困難。

1.2.3 位置偏僻，交通條件差，電力供應無法得到保障

在該工程施工區(qū)域內，道路崎嶇，交通條件較差。施工過程中施工物料運輸需要便捷的交通條件支持，在交通條件較差的情況下，許多大型運輸車輛無法順利通行，因此給施工效率帶來了一定程度的不利影響。除此之外，施工區(qū)域電力供應無法得到保障，時長出現(xiàn)斷電情況，斷電后工程無法繼續(xù)開展，導致了施工進度減緩。

2 復雜地質條件下的鐵路隧道施工技術

2.1 洞口工程施工技術

在進行鐵路隧道施工的過程中，在隧道的進出口明洞的施工技術選擇上應當采用明挖法進行作業(yè)。土方開挖作業(yè)中，應當利用挖掘機械等進行的挖裝，運輸環(huán)節(jié)宜采用自卸卡車。針對不集中的土方作業(yè)時，可以先利用推土機將的集料進行運送，再利用挖掘機或其他類似設備裝載至自卸卡車中，而后進行運輸。對于整個工程而言，洞口開挖作業(yè)的重要性十分顯著，洞口開挖作業(yè)質量將直接影響到整個工程的整體進展。在洞口開挖的過程中，如果遇到周圍土質較為松散的情況，要注意由于雨水沖淋導致的大面積坍塌情況。因此，在施工時間選擇時要盡可能選擇降水量較少的時間段，且需要利用全球定位工具進行測量，保證開挖范圍的科學性。

2.2 洞身開挖施工技術

在針對Ⅱ級和Ⅲ級圍巖進行開挖作業(yè)時應當運用全斷面開挖技術進行施工。運用該方法進行施工可以從整體上提升開挖作業(yè)的效率，同時也可以增強施工過程的安全性。在Ⅳ級和Ⅴ級圍巖進行開挖作業(yè)時，應當采用臺階開挖法進行。在對斷層破碎地帶進行施工時，可以應用帶臨時仰拱或者橫撐的臺階法進行作業(yè)。對雙線車站隧道Ⅱ級和Ⅲ級圍巖進行施工時，采用全斷面法較為適宜（如圖1），Ⅳ級圍巖則需要采用臺階法進行施工。施工過程中，需要結合圍巖的實際情況，對上臺階領進長度進行確定。在臺階長度的控制方面，可以將其控制在10m 至50m的范圍之內。當遇到穩(wěn)定性較差的圍巖狀況時，可以將臺階長度進行適當減少，筆者認為限定在3m 至8m 的范圍內較為適宜。針對下段臺階進行作業(yè)時，使用兩側交替進行開挖的方式較為適宜。在開挖作業(yè)完畢后，需要及時開展仰拱作業(yè)。在提升工程施工效率方面，可以先行在開挖開始前解決相關施工干擾問題，最大限度避免開挖作業(yè)對附近巖層產(chǎn)生干擾，避免出現(xiàn)塌方。

2.3 隧道支護施工技術

在隧道支護施工的過程中，可以使用管棚鉆機鉆進并頂進管棚，而后使用高壓泵進行注漿作業(yè)。具體操作步驟如下：首先，需要頂進有孔鋼管，并進行注漿作業(yè)。其次，需要頂進無孔鋼管，通過注水的方式檢測注漿質量是否達到標準。而后需要對偏斜度進行測試，該過程一般情況下采用光耙測斜儀進行。長管棚鋼管在選擇時宜采用無縫鋼管，節(jié)長為4m 至6m。棚管接長需要先行把上根鋼管頂入孔內再操作連接，采絲扣連接法，絲扣長為15cm。最后，為使支護效果達到最優(yōu)，可采用超前小導管注漿加固技術進行結構的進一步加固。該技術的具體流程如下：第一，進行施工前準備工作。具體包含設備準備、管材加工、相關材料的準備以及機械準備等。第二，開始作業(yè)。噴混凝土將掌子面進行封閉，后鉆孔打小導管，安孔口止?jié){塞，連接止?jié){管。第三，進行漿液的配置，而后進行注漿。第四，進行開挖作業(yè)。

2.4 防排水施工技術

在復雜地質條件下進行施工，需要避免工程項目建設活動對施工范圍內的地下水資源和生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。特別是在生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)較為脆弱的區(qū)域進行施工，更需要關注該問題。為最大限度避免工程活動對生態(tài)環(huán)境的破壞，可采用多種手段進行綜合防控。具體而言，在地下水較為豐富的區(qū)域進行施工，可以采用排水為主的處理方法，以此降低對地下水資源的不利影響。與此同時，需要根據(jù)現(xiàn)場施工情況設置帷幕對注漿進行攔截，最大限度保障地下水資源不受影響?？傮w來看，在防排水施工技術方面需要根據(jù)工程實際情況的不同采用防、排、攔、堵等方式進行處理。

3 結論

經(jīng)過以上技術分析，結合類似工程施工實際，筆者得出了以下兩點結論：第一，在復雜地質條件下進行鐵路隧道的施工，工程效率將在多個方面受到影響。因此，為了使工程順利進行，可以在工程開展以前充分做好調研和分析，為工程順利開展提供數(shù)據(jù)參考。第二，在我國大量類似工程中，出現(xiàn)的各類問題和困難除天然地質條件帶來的不利影響外，還有相應技術不成熟帶來的影響。因此，需要不斷完善在復雜地質條件下的施工技術，推動鐵路建設事業(yè)發(fā)展。