復雜地質條件下軌道交通長大隧道設計技術分析

施尚宏

摘要：文章以工程實例為背景，針對城市軌道交通長大越嶺隧道設計中使用的新技術以及存在的主要難點與重點問題，對隧道穿越復雜地質體過程中的處理方法與應對措施進行了深入的分析與探討。以期為未來復雜地質條件下軌道交通隧道設計中遇到問題的解決提供一些思路和參考。

關鍵詞：越嶺隧道；煤系地層；地表水體

近年來我國社會經濟已經取得了突飛猛進的發展，軌道交通建設也隨之得到了空前的發展，現在我國已經對將近30個城市進行了軌道建設。本文以工程實際為背景，針對復雜地質條件下軌道交通長大隧道設計技術展開了一系列的分析。

1.工程概況

某軌道交通一號線是我國現階段軌道交通領域中最長，同時也是地質條件最復雜的一條長大越嶺隧道，隧道全長為4.50km，隧道的最大埋深大約是270m，按照奧法原理進行設計，同時采用復合式襯砌結構，隧道沿線共穿越了侏羅系中的新田溝組、珍珠沖組以及飛仙關組等地層。隧址區巖層主體為碳酸鹽巖石，在巖層中約占60%，砂巖與泥質巖其次，在隧道所遇巖層中占到了40%左右。

地層富水性受到巖性、地形地貌以及巖溶等因素的控制，須家河組與珍珠沖組地層中富含一定量的地下水，碳酸巖鹽類巖石主要包括嘉陵江組、雷口坡組等，其地層巖溶發育中含有非常豐富的地下水，飛仙關組中發育著灰巖以及泥灰巖等內巖，含有非常豐富的巖溶水。

2.隧道穿越含瓦斯地層和煤層采空區應該如何應對

隧道的施工過程中極有可能會遇到一些有害氣體或者有毒氣體，同時也會遇到一些采空區和洞頂薄煤層失穩的現象。在隧道設計過程中，針對有關穿煤過程中最大瓦斯涌出量不能0.5m?/min以上的判斷，結合隧道埋深實際情況，并經過仔細分析之后，才得出這樣的結論：穿越煤層不能超過200m同時煤層應該露出地表以上，因為瓦斯露出地表時間一長變會受到溢出的作用，瓦斯溢出的可能性會比較小，但是對煤層受擠壓過程中可能會出現的瓦斯聚集情況進行綜合考慮，可能會出現高瓦斯段，這時應該充分重視對瓦斯的防治，盡量避免意外情況的發生。

站在節約投資以及工程安全的角度進行考慮，應對瓦斯監測體系進行提高，并嚴格按照高瓦斯隧道對其進行監測，在工程施工過程中采取相應的工程措施通過相關煤系地層。結合瓦斯監控結果可以看出，如果有高瓦斯再動態問題出現，應對工程措施進行調整，最終對工程施工安全進行保證。另外，因為充分考慮到隧道穿越煤層可能會碰到采空區，在設計過程中應該結合采空區的規模大小采取相應的解決辦法。如果采空區的規模相對較大，可以通過超前預報、采空區積水排放、采空區的加固與揭開、采空區的加固與回填、施作隧道襯砌等相關方式進行處理；如果采空區的規模比較小，可以通過超前預報、對采空區進行超前的預注漿回填、開挖通過采空區以及施作隧道襯砌等相關方式進行處理。

因為隧道穿越煤系的巖層存在比較大的傾角，巖層的走向為92° 57°，與隧道相接近的方向為正西，掌子面穿越煤層之后，拱頂砂巖將會受到煤層切割的影響，進而形成一種楔形體，在開挖的過程中很容易會使拱頂出現垮塌等現象，進而對隧道的施工安全帶來嚴重影響，這時應該使開挖進尺得到適當的減小，同時增加超前預支護、減小爆破擾動等因素帶來的損失，最終對隧道圍巖整體的穩定性進行保證。

3.隧道穿越巖溶富水區段應該如何應對

3.1巖溶富水區段的分布和主要特點

本工程隧道穿越地層之中的巖溶富水區在整個隧道中占到60%以上的比重，其總長度在2600m以上，隧道工程設計的難點與重點都集中在了本區段中，同時這也正是隧道建設成功與失敗的關鍵。巖溶富水區的主要分布區域是背斜核部的嘉陵江組、雷口坡組等區段，尤其是不同地質分段的接觸帶發育的最好，經常可以遇到破碎帶和巖溶等現象的出現。

本區段中的圍巖主要是碳酸巖，在地下水的環境下，主要成分為巖溶裂隙水合巖溶管道水，巖溶發育具有壓力高、水量大等一系列特點，最大地下水靜水壓力可以達到1.8MPa，在這種情況下，地表水和地下水之間的水力聯系十分緊密。站在工程安全的角度來看，隧道設計應該對隧道掘進的安全性以及隧道投入運營之后襯砌結構的安全性與排水的可靠性等問題進行綜合分析。此外，應與巖溶富水區段的具體工程特點相結合，同時應該從上述幾個問題的角度對地下水進行控制與疏導。

3.2隧道穿越巖溶富水區段地下水治理

本隧道在穿越巖溶富水區段的時候需要對地下水進行綜合治理，在這里應該圍繞疏導和控制兩個方向相結合，對隧道施工以及運營過程中出現的生態環境破壞和工程安全等方面問題進行綜合考慮，并采用相應的技術措施對地下水進行處理，在治理的過程中應該對以下幾方面因素進行分析：1）隧道的社會景象和隧道的地理位置；2）適應城市軌道交通功能以及實際運營期間的維護方式；3）使隧道建設過程中的地面建筑以及生態環境等方面需求得到滿足；4）保證工程施工的順利進行，同時不能出現突泥突水以及高壓涌水等事故；5）隧道上作用的水壓力不能超過襯砌的正常承受值。與相關工程經驗相結合，主要將高水壓隧道集中在鐵路與公路等工程之中，現階段我國隧道耐水壓隧道襯砌的成功案例并不多見，從這些成功案例中可以看出，襯砌承受水壓力不會在1.0MPa，這主要是因為受到防水材料、混凝土抗滲性能以及施工水平等方面因素的制約和影響；6）處理方案一定要保證經濟合理與技術先進。

從以上闡述中可以看出，在對地下水進行處理的時候應該將以下工作做好：首先，將超前地質預報作為治理地下水的基礎，在以超前堵水為主進行隧道施工，在施工過程中不能出現瞬間大量涌水以及地下水自由排放等現象；其次，將“堵”和“排”的問題處理好，同時對“控制”與“疏導”二者之間的關系進行理順，盡量做到防排結合，在此基礎上對地下水展開綜合處理；第三，一定要選擇穩定性高、耐久性好的水泥漿液作為注漿材料，使用這樣的工程材料對地下水進行治理。

4. 結語

綜上所述，本文中提到的隧道設計是一個十分成功的案例，由此工程施工案例中可以看出，在復雜地質條件下，軌道交通越嶺隧道設計過程中關鍵應該對以下幾點進行充分的認識：首先，應該對隧道穿越的不良地質條件進行充分的認識，并在此基礎上與軌道交通功能、環境、工程安全等方面要求相結合，對應對措施進行有針對性的制定，其次，一定要引起對超前地質預報的重視，同時與信息化施工數據的反饋相結合，及時修正與調整設計的動態。筆者結合自己多年來的實際工作經驗，從多個方面對復雜地質條件下軌道交通長大隧道設計技術進行了相應的分析，供大家參考。

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