復雜地質環境下的鐵路隧道施工技術分析

何喜湘

摘 要：隨著社會經濟與科技的發展，我國現代交通輸業得到較大的發展，公路鐵路等建設項目不斷增多?，F代鐵路隧道的建設中，復雜地質環境成為影響施工的關鍵因素之一，系統分析復雜地質環境下的鐵路隧道施工技術，具有強烈的現實意義。文章以鐵路隧道工程為研究對象，通過復雜地質條件下的具體施工技術，對隧道復雜地質環境下鐵路隧道施工技術進行研究分析說明。

關鍵詞：復雜地質；鐵路隧道；施工技術；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.112

0 前言

在鐵路建設中，隧道工程是施工中必須面臨的問題，通過鐵路隧道的建設，可以有效縮短施工路線，優化鐵路線路，提高鐵路線路標準。在現代社會，隨著鐵路等施工項目工程的增多，特別是山嶺、高原地區鐵路網的覆蓋，鐵路隧道的施工量也不斷增加，因此復雜地質環境下的鐵路隧道施工項目也急劇增加。針對復雜地質條件下隧道施工，地質環境預測和對不良地質處置施工技術是兩大重要因素，通過復雜地質環境下隧道圍巖的預測和不良地質的處置分析研究，采用綜合圍巖探測，形成有效處置措施，確保隧道不良地質段施工安全，同時提高鐵路的建設質量。

1 復雜地質環境對隧道施工的影響

我國南北跨度大，地質條件復雜，多種地形、地貌共存，而復雜的地質環境往往會對鐵路施工工程帶來較大的困難，不僅會增加施工難度，還會增加施工成本，為了縮短施工路線，提高線路標準，鐵路工程存在很多隧道施工。同時我國經濟發展迅速，交通運輸業發展較快，現代鐵路網基本成熟，在這種情況下要求建設四通八達、縱橫交錯的鐵路網。但鐵路隧道一般建立在高山、河谷附近，地質條件復雜，導致隧道施工難度不斷增加。

鐵路隧道施工中，經常出現多種地質問題，如喀斯卡特地質隧道施工中，出現巖溶、突泥涌水問題，活動斷裂層區域隧道施工出現高地溫災害、斷層破碎帶等情況，還有國內的很多隧道建設中，出現偏壓、巖爆、瓦斯爆炸等地質原因導致的施工問題，如不能有效處理這些地質問題，很容易造成不同程度地人員傷亡、機械設備損壞以及人力資源浪費，另外，也會帶來較大的社會經濟損失，由此可見在鐵路隧道中，復雜地質環境會對施工建設帶來高難度性，要想解決隧道施工中的問題，就要對復雜地質環境進行分析，提高施工技術水平。

2 復雜地質環境下的鐵路隧道施工技術

隧道施工中，首先要進行地質勘測，了解地質情況，考慮實際施工的可行性，根據當地的實際地貌進行具體施工。而后在隧道施工中必須開展綜合的地質預報措施，準確了解隧道線路地質狀況，通過TSP，超前探孔，紅外探水，炮眼加深，地質素描等地質預報措施，分析并掌握施工地質狀況，對不良地質做出預判。在開挖支護成形后，必須進行圍巖量測工作，以便掌握支護后的圍巖變形情況，防止掌子面后塌方關門，同時確定二次襯砌開始的時間。下面就復雜不良地質狀況下隧道施工各階段技術措施進行說明。

2.1 地質勘測

復雜的地質環境會對隧道施工質量產生直接影響，因此做好地質勘測工作極為必要。一般情況下，鐵路隧道的地質勘測由設計單位專業人員負責，主要從以下幾方面開展地質勘測工作：

首先，根據中國地貌圖對當地的施工地質進行預測，并著重分析可能出現的相關地質災害或意外事故，事先準備測量儀器，制定簡略方案，對當地隧道建設的實際情況進行可行性分析；其次根據區域地形地貌進行地質探孔布置并打設地質探孔，通過直觀的地質探孔芯樣進行判斷隧道線形范圍內地質狀況；最后根據綜合分析，先確定隧道施工范圍內的破碎帶、巖溶、涌水量、軟弱圍巖等不良地質范圍，確定隧道涌水量，而后綜合確定隧道里程范圍內的圍巖級別，形成設計地質資料。

2.2 超前地質預報

2.2.1超前地質預報的目的

主要是為了探明地質問題，為隧道施工或者施工設計變更提供參考數據；降低地質災害發生率，提高施工安全性；為編制竣工文件提供地質資料。

2.2.2 超前地質預報工作內容

主要預報斷層界面和的基本情況、山體巖溶的發育情況、地質災害的發展詳情以及含稅構造層的情況，具體包括位置、規模以及性質。

2.2.3 超前地質預報方案

在超前地質預報方案的設計上，綜合應用長短結合、上下對照、定性與定量相結合方法，依據多方法、多頻次相互印證的原則，以此來提高預報方案的精確度。在方案設計上，要考慮隧道施工當地的地層巖性和水文地質，并給分析隧道設計方案的可行性，完善預報方案。超前地質預報方案的設計要堅持因地制宜的原則，隨時根據異常段落進行動態調整。

以地質調查法為基礎，以宏觀預報指導微觀預報，長距離預報指導中短距離預報。針對隧道內部可穿越型的的溶巖地層段，依據當地地質條件以及施工方案進行合理處理。

2.2.4 地質預報關鍵技術

（1）斷層破碎帶及巖石接觸帶預報。根據地質調查與地質素描，確定斷層破碎帶的大致范圍，以公里作為里程單位。實際上，隧道施工中，很多斷層破碎帶隱于地表下，因此其實際數量遠遠多于預期，所以在實際隧道施工中，要輔助于TSP和時域瞬變電磁法，依據預報內容，來觀察掌子面前方圍巖的強度、完整性、富水性以及形態變化，判斷隧道施工中可能出現斷層的位置，應用超前鉆孔法進行猜想驗證，若符合則要依據斷裂詳情制定處理措施。

（2）巖溶預報。巖溶預報方法與超前地質預報方法一致。

①以國家已有本地區的地質和工程地質資料為基礎，然后輔助于工程地質補充調繪，將隧道施工地帶的地質條件、水文條件進行歸納整理，在此基礎上判斷該區域巖溶發育的規律，從而開展超前地質預報工作。

在巖溶地質的預報上，還可以根據褶皺、斷層破碎帶、節理密集帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶、陡傾角可溶性巖、質純層厚可溶性巖層等位置與形狀，應用地表與地下相關性進行分析，判斷山體中溶洞、暗河的具體位置。

②根據該區域的地質條件，應用彈性波反射法完成區域的長、中長距離探測，根據探測數據分析巖層斷裂帶的位置、規模，以及巖溶層的基本形態；其次，在定性探測巖溶水的預報上，可以應用時域瞬變電磁探測、紅外探測方法進行探測工作；最后，在巖溶詳情的探測上，可以利用地質雷達完成短距離的地質勘測。

（3）涌水、突泥預報。以地質調查法為基礎，結合超前鉆孔法和多種物探手段綜合分析預報隧道施工地段的涌水、突泥情況，主要預報其位置、規模、物質組成、水量、水壓以及危害程度；根據預報結果在可能發生涌水、突泥的地段進行超前鉆探，設置防突裝置，降低地質事故的發生率，提高隧道施工的安全性。

（4）高地應力預報。確定隧道高地應力地段，應用TSP探測技術預報該地段圍巖的強度，依據掌子面地質素描來確定山體圍巖的級別、硬度及變化趨勢，在此基礎上進一步確定容易發生“巖爆”的軟巖地段，在這一過程中，可以通過超前鉆孔來探測驗證。

2.3 施工技術

在鐵路隧道施工中，還要重視施工技術的應用，要根據不同的地質環境或地質要求，選擇合適的隧道施工技術，做到因地制宜，提高隧道施工的質量與工作效率，減少地質災害的發生，提高隧道施工的經濟效益。不同地質條件下的隧道施工都有不同的注意事項，綜合來看，隧道施工技術主要表現以以下幾方面。

2.3.1 預加固處理技術

加固處理技術包括洞內加固和洞外加固，兩種加固技術的要求以及具體施工都存在較大的不同。預加固處理一般采用注漿進行加固，在實際施工中，要確定合適的加固處理方案。

在隧道挖掘中，可以實施地表注漿加固暗挖方案，可以對地質較軟或者是上體破壞嚴重的隧道地表進行注漿固結，爾后進行隧道暗挖，這種預加固化處理方式可以提高隧道外圍的自身承載力，改善巖體的物理性質，提高開挖的安全性，并且也可以防止地表水滲透到軟圍巖中，提高施工的安全性。

注漿加固處理包括鋼管樁注漿以及帷幕注漿等注漿方式，每一種注漿的時間、注漿順序等都存在差異，在注漿過程中要關注注漿要點，及時做好注漿準備工作。

注漿需要設計注漿孔，注漿操作的過程中要嚴格按照操作工藝要求進行注漿，確保各種物質（水泥：水玻璃：水：緩凝劑=1：1：2：0.02）的比例正常，提高注漿質量，縮短注漿時間。

2.3.2 超前支護技術

超前支護技術主要是發揮超前注漿導管以及懸臂支護能力，通過控制小導管來進行支護準備工作，完成支護防加固的要求，并且在在隧道拱形開挖過程中，超前支護技術以外廓襯砌，減少對后續施工的影響；超前支護包含超前小管棚、超前大管棚，施工中應控制管棚的外插角，注漿量，確保超前支護效果。

3 應用實例

以青藏鐵路西格二線關角隧道為應用實例，該隧道全長32.645公里，位居我國已運營鐵路隧道的第一位。設計為單線雙洞，線間距40米，采用鉆爆法施工，共有10座輔助施工斜井。隧道地處青藏高原東北緣，洞（井）口海拔在3400～3800米之間，自然環境極為惡劣，高寒、干旱、缺氧、常冬無夏，極端最低氣溫-36℃。關角隧道地層包含有沉積巖、巖漿巖、變質巖三種，各巖層之間的構造比較復雜，出現不同的斷層共計17條，特別是二郎洞斷裂帶（F3）為區域性深大斷裂，長達2355米，施工難度大，存在軟弱圍巖大變形、突水涌水、圍巖失穩等風險。隧道主要不良地質有洞口淺埋和基底細砂土，斷層及其破碎帶、巖溶、突涌水、高地應力等。

關角隧道施工中通過綜合地質預報，查明隧道地質情況，不良地質段施工采用注漿和超前加固等措施，圓滿完成了施工任務。

4 結束語

為了實現我國經濟的快速發展，滿足現代運輸業的發展需求，要重視現代鐵路隧道的建設。在復雜地質條件下進行的隧道施工工程，要根據地質要求選擇合適的施工技術，相關人員要嚴格按照隧道施工要求靈活運用施工技術，從多方面、多層次的分析復雜地質因素，以此來提高隧道施工的質量和施工安全性，實現完善我國的交通網結構的發展目標。

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