復雜地質條件下鐵路隧道施工技術研究

姜志亮

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，西安 710038）

1 工程概況

本隧道施工項目的具體位置處于巴谷站—瀾滄匯站區間內，總施工線路全長 12332m，隧道坡段類型為縱向下坡和平坡，除進口端，其余都是直線段。隧道最大埋深 1070m，最小埋深 30m，同時進口端與巴谷車站距離較近，出口端位于緊鄰瀾滄江雙線大橋的橋臺。另外，為了保障鐵路隧道施工現場的物資供應充足以及排水通風等需求能夠得到滿足，本工程還設立了“一橫洞+兩斜井+出口平導”的風險保障措施，在距離隧道進口端 388m 處單設了緊急救援站來保障現場施工人員的安全。

隧道施工區位于橫斷山地帶，地形復雜，地勢起伏較大。同時，該地區基巖裸露現象非常嚴重，“V”形沖溝的發育也較為深切。通過地質勘測的結果反饋，該施工區的泥石流堆積層和滑坡堆積層中，包含有大量的細角礫土、粗角礫土、塊石土、碎石土等；而巖層的分布狀況，主要以變質砂巖、板巖、灰巖石英巖以及其他巖石結構組成。復雜的地質結構在環境外力的作用下，形成了6條滑坡、3 個地質斷裂層以及其他不良地質條件，要求現場施工人員需要熟練掌握復雜地質條件下的施工技術，因此，大幅度提高了隧道工程的施工難度。

2 復雜地質環境下隧道施工的常見問題及施工技術分析

2.1 巖爆問題及施工技術分析

巖爆問題屬于鐵路隧道施工過程中危險等級很高的一種動力破壞現象，其破壞強度相當于 4～6 級的地震，對現場工作人員會產生致命的傷害和嚴重的打擊。而通常巖石的脆性、強度以及對于巖層內部應力的抵御效果等因素，都是會導致巖爆現象產生的主要原因[1]。本隧道施工項目的最大埋深為 1070m，并且大部分埋深超過 500m 的地段中都包含板巖、灰巖和變質砂巖等硬質巖層結構，因此，引發巖爆現象的風險可能性很大。

建設單位應在隧道施工前期對該段所處的巖層結構、成分、強度和應力集中情況進行全面的考察和分析，并且根據分析結果制訂針對巖爆現象的現場施工應急預案。而在施工過程中，應采用短進尺掘進和超前鉆孔應力釋放的方式，盡可能緩解隧道周圍巖層應力過于集中的不良現象，同時還要及時對隧道內壁進行灑水并控制光爆效果，這樣才能大幅度降低巖爆風險。

2.2 大斷層帶問題及施工技術分析

大斷層帶是一種鐵路隧道施工過程中較為常見的復雜地質類型，同時也是引發鐵路建設過程中出現巷道涌水、隧道塌方等現象的主要原因之一。尤其對于埋深較深、隧道較長的施工項目，一旦施工人員沒有對區域性斷層中所蘊含的大量水分進行有效的處理，極易引發涌水和涌泥現象，給現場施工帶來困難。

本隧道施工項目中包含了蓋底巴細斷層、老家庫斷層和瀾滄江大斷裂區段等幾個重要的地質斷層，因此，施工單位要重點對斷層區域的隧道做好內壁的加固和排水處理，避免對整個工程項目的施工效果造成不良影響?？梢酝ㄟ^應用超前預注漿、小導管注漿和斜井注漿等方式對圍巖結構進行加固以及做好隧道的防水。施工人員應按照規范的施工步驟進行工作，完成開挖后徑向注漿，這樣能夠有效防止發生斷層破碎帶地下水滲透的問題。另外，鋼筋網支護施工以及圍巖的變形監測等工作內容，同樣是鐵路隧道穿越斷層帶施工過程中需要重點關注的問題，施工人員應充分掌握斷層帶地質穩定性的變化規律，并對圍巖狀況進行實時監控和測量。

2.3 淺埋偏壓問題及施工技術分析

為了盡可能地避免在復雜地質條件下發生淺埋偏壓問題，施工單位需要做好充分的施工準備工作，全面了解隧道施工現場各段線路周圍巖層結構的分布特點，制訂有針對性的預處理方案以及施工風險防范措施。

一般情況下，淺埋偏壓地質現象大多發生在部分鐵路隧道施工項目中巖層覆蓋結構較為薄弱的區段，同時，對于埋深較深的工程項目影響更為嚴重。淺埋偏壓地質條件會給施工單位造成很大的困難，施工人員需要做好結構加固和支護工作，這樣才能避免隧道掘進過程中發生塌陷等安全事故。在隧道開挖過程中，施工單位要利用先進的監測技術對周圍巖層結構的變化狀況進行實時監控，同時要掌握好周圍地質運動的規律、幅度和持續時間。

2.4 隧道穿越有害氣體段存在的問題及解決措施

在隧道施工過程中，需要重點防護和處理有毒氣體，主要有瓦斯和硫化氫，瓦斯是由甲醛、CO2、SO2和 NO 等氣體組成，一旦施工現場中甲烷的濃度達到 7%～8%及以上，在有火源的情況下極易引發爆炸。而硫化氫作為一種有毒物質可以溶于水，對現場施工人員產生毒害作用，甚至對金屬材料以及混凝土結構也會造成腐蝕。硫化氫的濃度達到 4.3%～46%時，會有發生爆炸的隱患。在本工程項目中主要存在的有毒有害氣體為瓦斯和硫化氫，針對施工現場的實際情況，項目管理人員首先采取的措施是加強了對有毒氣體的檢測力度，提高監測精度，并根據有毒氣體的分布狀況和濃度指標制定了相應的防治措施，為現場施工提供了一定的安全保障；其次，施工單位在隧道內按照一定的距離間隔進行了通風孔道的建設，并重點根據地質勘測信息給出的高濃度瓦斯和氯化氫氣體位置擴大了隧道通風技術的應用范圍，有效降低了隧道內瓦斯與硫化氫的濃度預防爆炸；最后，本工程項目施工單位本著安全第一的施工原則，嚴格要求施工人員配備防爆設備以及穿戴防護服，積極構建文明、科學的施工環境。

3 優化復雜地質條件鐵路隧道施工的措施

3.1 加強地質勘察的力度

通過全面有效的地質勘察，施工單位能夠在鐵路隧道施工的過程中，避免由于對周圍巖層結構和應力分布信息了解不全面從而引發不必要的施工風險和安全問題。在本隧道施工項目施工階段中，廣泛應用了超前地質預報技術對前方圍巖做進一步的預判，通過對隧道全線進行 TSP 超前探測，實現了對斷層破碎帶、裂縫發育帶等不良地質狀況的信息及時掌握和提前預判[2]。由此可見，這種技術的應用不但能達到較好的探測效果，對現場施工的干擾也較小。而施工單位應盡可能地請專業的地質勘測人員，利用儀器設備對施工現場周圍的地質條件和環境信息進行全面的探測和分析，針對部分常見的地質災害現象，應充分結合地質勘測結果進行預測和防治。

3.2 提高施工技術水平和規范化施工管理效果

在本工程項目中，管理部門制定了合理的工作人員行為規范準則，并通過對施工現場各級管理人員進行集中培訓，有效提高了施工單位管理組織的水平。同時，施工單位還積極落實“提高技術和加強管理兩手抓”的施工管理策略，在很大程度上提高了工作人員的質量控制意識與管理責任意識，確保了施工現場各環節施工安全、有序地開展。

4 結語

綜上所述，復雜的地質條件加大了鐵路隧道建設施工的難度，為進一步提高我國鐵路建設工程項目的質量和安全性，施工單位應重點掌握好隧道地面加固和地下施工的關鍵技術，利用規范和科學的施工方法來克服復雜地質環境帶來的工作困難。