復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)的研究

崔 葉

(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350)

我國(guó)鐵路隧道施工中面臨的地質(zhì)問(wèn)題比較多，而克服復(fù)雜地質(zhì)條件的過(guò)程，也是鐵路隧道施工技術(shù)發(fā)展的主要過(guò)程。隧道施工中經(jīng)常遇到復(fù)雜地質(zhì)條件有：巖溶、高地溫、發(fā)射性氣體、軟弱破碎帶、特殊巖層等，對(duì)鐵路隧道施工進(jìn)度有很大影響。如果不能有效解決這些問(wèn)題，則勢(shì)必會(huì)引發(fā)突泥、突水、巖爆、高地溫災(zāi)害等眾多災(zāi)害事故，不但會(huì)影響施工進(jìn)度，造成人力、物力、材料的損失，而且不利于施工單位經(jīng)濟(jì)效益的提升。在這樣的基礎(chǔ)上，開(kāi)展復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)研究，就顯得尤為重要。

一、工程概述

本工程為新建川藏鐵路拉薩至林芝段站前工程某標(biāo)段，線(xiàn)路長(zhǎng)39km；主要結(jié)構(gòu)有：路基445m，車(chē)站3座，橋梁5座，橋梁共長(zhǎng)1258.45m，隧道4座，隧道共長(zhǎng)35813m。其沿線(xiàn)分布著元古界沉積巖、巖漿巖等巖層，工程位于青藏高原南側(cè)的谷地中，屬于典型高寒缺氧區(qū)域，巖層在內(nèi)部地質(zhì)作用下發(fā)育比較強(qiáng)烈，受到地質(zhì)作用的影響，經(jīng)常發(fā)生地震、巖石脫硫、泥石流等自然災(zāi)害，對(duì)鐵路隧道施工技術(shù)有極高的要求。

二、工程特性

（一）處于高寒缺氧地區(qū)

本工程位于藏南谷地高山區(qū)，氣候比較寒冷，溫度比較低，施工條件比較惡劣。地勢(shì)起伏跌宕，區(qū)內(nèi)山勢(shì)雄偉。山峰高程多在5000m以上，河谷地帶高程3000-3500m，空氣中氧含量較低，屬于高原缺氧地區(qū)。人員設(shè)備施工效率將會(huì)大大降低，同時(shí)還會(huì)因?yàn)槿毖鯇?duì)施工人員生命安全構(gòu)成威脅。

（二）生態(tài)環(huán)境脆弱環(huán)保要求高

該工程是東南亞地區(qū)很多河流的發(fā)源地，在施工中如何有效保護(hù)周?chē)恼w環(huán)境也是重點(diǎn)考慮的對(duì)象。因?yàn)楹芏嗌鷳B(tài)環(huán)境一旦被破壞就很難恢復(fù)到原始狀態(tài)，因此在鐵路隧道施工技術(shù)中需要制定一系列科學(xué)合理的措施來(lái)保護(hù)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境。

（三）交通條件差，地材匱乏，電力供應(yīng)不足

沿線(xiàn)地勢(shì)樣崎嶇險(xiǎn)峻，地震頻仍，道路狀況很差，時(shí)有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，交通不便。沿線(xiàn)砂石料資源分布不均，線(xiàn)路起點(diǎn)拉薩至加查段砂石料供應(yīng)條件相對(duì)較好，郎縣至林芝端材料匱乏，需到較遠(yuǎn)料場(chǎng)進(jìn)行采購(gòu)。

三、復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)

（一）洞口工程施工技術(shù)

隧道進(jìn)出口明洞采用明挖法施工，土方開(kāi)挖采用挖掘機(jī)挖裝，自卸汽車(chē)運(yùn)輸；比較分散的土方，先用推土機(jī)推送集料，再采用挖掘機(jī)或裝載機(jī)裝車(chē)，自卸汽車(chē)運(yùn)輸。洞口開(kāi)挖是整個(gè)工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而周?chē)临|(zhì)比較松軟，一旦受到雨水浸濕，就會(huì)發(fā)生大范圍坍塌。因此，在洞口開(kāi)挖時(shí)要盡量避開(kāi)雨季，并用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，以確定開(kāi)挖范圍，設(shè)置坡頂頂天溝和截水溝，以免淤積。

（二）洞身開(kāi)挖施工技術(shù)

在進(jìn)行Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖時(shí)要采用全斷面開(kāi)挖的方法，以提升開(kāi)挖的效率和安全性，而在進(jìn)行Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖開(kāi)挖時(shí)，則可以采用臺(tái)階開(kāi)挖法。斷層破碎帶地段可采用帶臨時(shí)仰拱或橫撐的臺(tái)階法施工；雙線(xiàn)車(chē)站隧道Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面法施工，Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工。全斷面法施工程序及步驟如圖1所示：

圖1 全斷面法施工程序及步驟圖

根據(jù)圍巖狀況，確定上臺(tái)階領(lǐng)進(jìn)長(zhǎng)度L。臺(tái)階法施工程序如圖2所示：

臺(tái)階長(zhǎng)度宜控制在10m～50m之內(nèi)；而如果圍巖穩(wěn)定性比較差，則要適當(dāng)縮減臺(tái)階長(zhǎng)度，控制在3m～8m即可。在進(jìn)行下部分臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，要盡量采用兩側(cè)交錯(cuò)開(kāi)挖的方法，開(kāi)挖完成后要立即進(jìn)行仰拱施工，為提升開(kāi)挖效率，在開(kāi)挖前要先解決周?chē)┕じ蓴_問(wèn)題，以免在開(kāi)挖時(shí)對(duì)周?chē)膰鷰r造成干擾，而發(fā)生塌方現(xiàn)象。

（三）隧道支護(hù)施工技術(shù)

采用管棚鉆機(jī)鉆進(jìn)并頂進(jìn)管棚，利用高壓注漿泵注漿。首先頂進(jìn)有孔鋼管，注漿；再頂進(jìn)無(wú)孔鋼管，注水檢查注漿質(zhì)量。利用光耙測(cè)斜儀檢測(cè)偏斜度。長(zhǎng)管棚鋼管采用熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管節(jié)長(zhǎng)4～6m。棚管接長(zhǎng)時(shí)先將前一根鋼管頂入鉆好的孔內(nèi)再聯(lián)結(jié)，絲扣連接，絲扣長(zhǎng)15cm。為使鋼管接頭錯(cuò)開(kāi)，編號(hào)為奇數(shù)的第一節(jié)管采用4m鋼管，偶數(shù)的第一節(jié)管采用6m鋼管，接長(zhǎng)均采用6m鋼管。為保證支護(hù)效果，并用超前小導(dǎo)管注漿加固支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行加固處理。具體施工工藝如圖3所示：

圖2 臺(tái)階法施工程序圖

圖3 超前小導(dǎo)管施工工藝流程圖

為提升施工效率，小鋼管可在現(xiàn)場(chǎng)完成加工，通過(guò)噴射混凝土的方法封閉巖面，通過(guò)風(fēng)動(dòng)鉆巖機(jī)把小導(dǎo)管送入孔洞中，同時(shí)采用測(cè)斜儀來(lái)控制鉆孔角度，避免發(fā)生較大誤差，影響后期施工進(jìn)度，當(dāng)小導(dǎo)管輸送到指定位置以后，就可以進(jìn)行水泥漿液注漿施工，通過(guò)多次試驗(yàn)配比的方法確定水泥漿液的配合比。

（四）噴射混凝土施工技術(shù)

噴射混凝土施工示意圖如圖4所示：

圖4 濕式噴射混凝土作業(yè)程序示意圖

在進(jìn)行混凝土噴射時(shí)，要盡量選擇普通硅酸鹽水泥，以降低水化熱對(duì)噴射效果的影響，水泥細(xì)度控制在2.5以下，選擇粒徑在5mm～10mm的連續(xù)級(jí)配碎石。在實(shí)際噴射過(guò)程中，控制噴嘴和巖面的距離在50cm～100cm之間，噴頭要盡量垂直于噴面子，在進(jìn)行支護(hù)鋼筋噴射時(shí)，噴頭要傾斜20°～30°避免直噴。按照先邊墻后拱部的原則進(jìn)行噴射。

（五）防、排水施工技術(shù)

為避免鐵路隧道施工對(duì)周?chē)叵滤妥匀簧鷳B(tài)環(huán)境造成污染，可采用防、排、截、堵相互結(jié)合的方法綜合質(zhì)量。比如：在地下水發(fā)育良好的階段，要以排水為主，而降低對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的影響，還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的帷幕對(duì)注漿水進(jìn)行堵截，以便最大限度地降低滲水量，避免污染地下水。

（六）二次襯砌施工技術(shù)

在二次襯砌時(shí)，可采用12m液壓鋼模整體襯砌車(chē)進(jìn)行襯砌，采用集中拌和的方式為二次襯砌供應(yīng)混凝土，選擇專(zhuān)業(yè)的混凝土運(yùn)輸車(chē)來(lái)運(yùn)輸拌制好的混凝土，通過(guò)泵送的方法送入模灌中完成澆筑，并進(jìn)行全面振搗，提升二次襯砌效果。在結(jié)構(gòu)鋼筋段襯砌時(shí)，需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的尺寸和規(guī)范進(jìn)行襯砌，通過(guò)焊接的方法將鋼筋綁扎成形。在鋼筋運(yùn)輸時(shí)，要盡量避免水資源和油污污染，如果發(fā)現(xiàn)銹蝕處要及時(shí)處理，確認(rèn)到達(dá)設(shè)計(jì)要求后才能投入使用。

（七）回填壓漿技術(shù)

為防止初期支護(hù)與二次襯砌之間出現(xiàn)空洞或不密實(shí)，隧道二次襯砌施工完成并達(dá)到70%強(qiáng)度后，全隧道襯砌背后進(jìn)行充填壓漿。施工中采用在襯砌頂部混凝土內(nèi)預(yù)埋φ20鍍鋅注漿鋼管。注漿鋼管縱向間隔2m～3m一處，注漿材料采用M10水泥砂漿，其配合比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，回填注漿壓力：初壓0.1MPa～0.15MPa，終壓0.2MPa。

四、效果分析

從施工效果來(lái)看，案例工程改進(jìn)了預(yù)加固技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脆弱巖層和易破碎巖層的注漿處理，大大提升了受力能力和穩(wěn)定性，從而加強(qiáng)了鐵路隧道工程施工的安全性。通過(guò)超前支護(hù)技術(shù)，有效加固了施工設(shè)備，保障工作人員的生命安全。對(duì)各項(xiàng)施工技術(shù)都進(jìn)行了全過(guò)程監(jiān)督控制，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)提出，有效保證各個(gè)施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量和安全性。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例案例，研究了復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)鐵路隧道施工效益和施工進(jìn)度有很大影響，為確保各項(xiàng)工作得以順利開(kāi)展，項(xiàng)目施工前需要對(duì)周?chē)牡刭|(zhì)條件進(jìn)行全面勘探，以便為施工技術(shù)的確定提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支持。

（2）現(xiàn)階段鐵路隧道施工問(wèn)題，不僅由地質(zhì)條件復(fù)雜引起，更多的是施工技術(shù)不匹配造成的。因此應(yīng)用隧道施工技術(shù)，不能照搬經(jīng)驗(yàn),必須加大對(duì)工程實(shí)際情況的動(dòng)態(tài)關(guān)注，提升勘探的全面性，時(shí)時(shí)調(diào)整施工方法，才能確保施工的安全性和效率，推動(dòng)我國(guó)鐵路事業(yè)快速發(fā)展。