復(fù)雜地質(zhì)條件下鐵路隧道施工技術(shù)研究

姜志亮

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710038）

1 工程概況

本隧道施工項(xiàng)目的具體位置處于巴谷站—瀾滄匯站區(qū)間內(nèi)，總施工線路全長 12332m，隧道坡段類型為縱向下坡和平坡，除進(jìn)口端，其余都是直線段。隧道最大埋深 1070m，最小埋深 30m，同時(shí)進(jìn)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(xiàn)場的物資供應(yīng)充足以及排水通風(fēng)等需求能夠得到滿足，本工程還設(shè)立了“一橫洞+兩斜井+出口平導(dǎo)”的風(fēng)險(xiǎn)保障措施，在距離隧道進(jìn)口端 388m 處單設(shè)了緊急救援站來保障現(xiàn)場施工人員的安全。

隧道施工區(qū)位于橫斷山地帶，地形復(fù)雜，地勢起伏較大。同時(shí)，該地區(qū)基巖裸露現(xiàn)象非常嚴(yán)重，“V”形沖溝的發(fā)育也較為深切。通過地質(zhì)勘測的結(jié)果反饋，該施工區(qū)的泥石流堆積層和滑坡堆積層中，包含有大量的細(xì)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(zhì)砂巖、板巖、灰?guī)r石英巖以及其他巖石結(jié)構(gòu)組成。復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)在環(huán)境外力的作用下，形成了6條滑坡、3 個(gè)地質(zhì)斷裂層以及其他不良地質(zhì)條件，要求現(xiàn)場施工人員需要熟練掌握復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工技術(shù)，因此，大幅度提高了隧道工程的施工難度。

2 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工的常見問題及施工技術(shù)分析

2.1 巖爆問題及施工技術(shù)分析

巖爆問題屬于鐵路隧道施工過程中危險(xiǎn)等級很高的一種動力破壞現(xiàn)象，其破壞強(qiáng)度相當(dāng)于 4～6 級的地震，對現(xiàn)場工作人員會產(chǎn)生致命的傷害和嚴(yán)重的打擊。而通常巖石的脆性、強(qiáng)度以及對于巖層內(nèi)部應(yīng)力的抵御效果等因素，都是會導(dǎo)致巖爆現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因[1]。本隧道施工項(xiàng)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?guī)r和變質(zhì)砂巖等硬質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)，因此，引發(fā)巖爆現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)可能性很大。

建設(shè)單位應(yīng)在隧道施工前期對該段所處的巖層結(jié)構(gòu)、成分、強(qiáng)度和應(yīng)力集中情況進(jìn)行全面的考察和分析，并且根據(jù)分析結(jié)果制訂針對巖爆現(xiàn)象的現(xiàn)場施工應(yīng)急預(yù)案。而在施工過程中，應(yīng)采用短進(jìn)尺掘進(jìn)和超前鉆孔應(yīng)力釋放的方式，盡可能緩解隧道周圍巖層應(yīng)力過于集中的不良現(xiàn)象，同時(shí)還要及時(shí)對隧道內(nèi)壁進(jìn)行灑水并控制光爆效果，這樣才能大幅度降低巖爆風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 大斷層帶問題及施工技術(shù)分析

大斷層帶是一種鐵路隧道施工過程中較為常見的復(fù)雜地質(zhì)類型，同時(shí)也是引發(fā)鐵路建設(shè)過程中出現(xiàn)巷道涌水、隧道塌方等現(xiàn)象的主要原因之一。尤其對于埋深較深、隧道較長的施工項(xiàng)目，一旦施工人員沒有對區(qū)域性斷層中所蘊(yùn)含的大量水分進(jìn)行有效的處理，極易引發(fā)涌水和涌泥現(xiàn)象，給現(xiàn)場施工帶來困難。

本隧道施工項(xiàng)目中包含了蓋底巴細(xì)斷層、老家?guī)鞌鄬雍蜑憸娼髷嗔褏^(qū)段等幾個(gè)重要的地質(zhì)斷層，因此，施工單位要重點(diǎn)對斷層區(qū)域的隧道做好內(nèi)壁的加固和排水處理，避免對整個(gè)工程項(xiàng)目的施工效果造成不良影響?？梢酝ㄟ^應(yīng)用超前預(yù)注漿、小導(dǎo)管注漿和斜井注漿等方式對圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固以及做好隧道的防水。施工人員應(yīng)按照規(guī)范的施工步驟進(jìn)行工作，完成開挖后徑向注漿，這樣能夠有效防止發(fā)生斷層破碎帶地下水滲透的問題。另外，鋼筋網(wǎng)支護(hù)施工以及圍巖的變形監(jiān)測等工作內(nèi)容，同樣是鐵路隧道穿越斷層帶施工過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，施工人員應(yīng)充分掌握斷層帶地質(zhì)穩(wěn)定性的變化規(guī)律，并對圍巖狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和測量。

2.3 淺埋偏壓問題及施工技術(shù)分析

為了盡可能地避免在復(fù)雜地質(zhì)條件下發(fā)生淺埋偏壓問題，施工單位需要做好充分的施工準(zhǔn)備工作，全面了解隧道施工現(xiàn)場各段線路周圍巖層結(jié)構(gòu)的分布特點(diǎn)，制訂有針對性的預(yù)處理方案以及施工風(fēng)險(xiǎn)防范措施。

一般情況下，淺埋偏壓地質(zhì)現(xiàn)象大多發(fā)生在部分鐵路隧道施工項(xiàng)目中巖層覆蓋結(jié)構(gòu)較為薄弱的區(qū)段，同時(shí)，對于埋深較深的工程項(xiàng)目影響更為嚴(yán)重。淺埋偏壓地質(zhì)條件會給施工單位造成很大的困難，施工人員需要做好結(jié)構(gòu)加固和支護(hù)工作，這樣才能避免隧道掘進(jìn)過程中發(fā)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(jìn)的監(jiān)測技術(shù)對周圍巖層結(jié)構(gòu)的變化狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)要掌握好周圍地質(zhì)運(yùn)動的規(guī)律、幅度和持續(xù)時(shí)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(diǎn)防護(hù)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(xiàn)場中甲烷的濃度達(dá)到 7%～8%及以上，在有火源的情況下極易引發(fā)爆炸。而硫化氫作為一種有毒物質(zhì)可以溶于水，對現(xiàn)場施工人員產(chǎn)生毒害作用，甚至對金屬材料以及混凝土結(jié)構(gòu)也會造成腐蝕。硫化氫的濃度達(dá)到 4.3%～46%時(shí)，會有發(fā)生爆炸的隱患。在本工程項(xiàng)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(xiàn)場的實(shí)際情況，項(xiàng)目管理人員首先采取的措施是加強(qiáng)了對有毒氣體的檢測力度，提高監(jiān)測精度，并根據(jù)有毒氣體的分布狀況和濃度指標(biāo)制定了相應(yīng)的防治措施，為現(xiàn)場施工提供了一定的安全保障；其次，施工單位在隧道內(nèi)按照一定的距離間隔進(jìn)行了通風(fēng)孔道的建設(shè)，并重點(diǎn)根據(jù)地質(zhì)勘測信息給出的高濃度瓦斯和氯化氫氣體位置擴(kuò)大了隧道通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，有效降低了隧道內(nèi)瓦斯與硫化氫的濃度預(yù)防爆炸；最后，本工程項(xiàng)目施工單位本著安全第一的施工原則，嚴(yán)格要求施工人員配備防爆設(shè)備以及穿戴防護(hù)服，積極構(gòu)建文明、科學(xué)的施工環(huán)境。

3 優(yōu)化復(fù)雜地質(zhì)條件鐵路隧道施工的措施

3.1 加強(qiáng)地質(zhì)勘察的力度

通過全面有效的地質(zhì)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(jié)構(gòu)和應(yīng)力分布信息了解不全面從而引發(fā)不必要的施工風(fēng)險(xiǎn)和安全問題。在本隧道施工項(xiàng)目施工階段中，廣泛應(yīng)用了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)對前方圍巖做進(jìn)一步的預(yù)判，通過對隧道全線進(jìn)行 TSP 超前探測，實(shí)現(xiàn)了對斷層破碎帶、裂縫發(fā)育帶等不良地質(zhì)狀況的信息及時(shí)掌握和提前預(yù)判[2]。由此可見，這種技術(shù)的應(yīng)用不但能達(dá)到較好的探測效果，對現(xiàn)場施工的干擾也較小。而施工單位應(yīng)盡可能地請專業(yè)的地質(zhì)勘測人員，利用儀器設(shè)備對施工現(xiàn)場周圍的地質(zhì)條件和環(huán)境信息進(jìn)行全面的探測和分析，針對部分常見的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，應(yīng)充分結(jié)合地質(zhì)勘測結(jié)果進(jìn)行預(yù)測和防治。

3.2 提高施工技術(shù)水平和規(guī)范化施工管理效果

在本工程項(xiàng)目中，管理部門制定了合理的工作人員行為規(guī)范準(zhǔn)則，并通過對施工現(xiàn)場各級管理人員進(jìn)行集中培訓(xùn)，有效提高了施工單位管理組織的水平。同時(shí)，施工單位還積極落實(shí)“提高技術(shù)和加強(qiáng)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(zhì)量控制意識與管理責(zé)任意識，確保了施工現(xiàn)場各環(huán)節(jié)施工安全、有序地開展。

4 結(jié)語

綜上所述，復(fù)雜的地質(zhì)條件加大了鐵路隧道建設(shè)施工的難度，為進(jìn)一步提高我國鐵路建設(shè)工程項(xiàng)目的質(zhì)量和安全性，施工單位應(yīng)重點(diǎn)掌握好隧道地面加固和地下施工的關(guān)鍵技術(shù)，利用規(guī)范和科學(xué)的施工方法來克服復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境帶來的工作困難。