复杂地质条件下铁路隧道施工技术研究

孙海洲

摘要： 在我国交通事业不断发展的情况下，越来越多的铁路隧道工程也得到了建设。在本文中，将就复杂地质条件下铁路隧道施工技术进行一定的研究。

Abstract： With the continuous development of transportation in China， more and more railway tunnels have been constructed. In this paper， the railway tunnel construction technology under complicated geological conditions will be studied.

关键词： 复杂地质条件；铁路隧道；施工技术

Key words： complicated geological conditions；railway tunnel；construction technology

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0153-03

0 引言

我国大多数铁路隧道都建在山川河流之间，复杂的地质地貌增加了隧道施工难度，施工单位必须在施工前进行系统的地质勘探，并就复杂地质条件下施工所面临的各种突发问题提前制定应对策略。本文的研究对象是处于由软弱围岩构成的复杂地质条件下的某铁路隧道工程，首先介绍软弱围岩地质条件的复杂程度，进而根据地质条件分析确定一套可行性工法和技术措施，再通过质量验收验证该工法的实效性。

1 工程概况

处于低山区当中的某铁路隧道工程，通过区域具有较大的地形起伏特征，其最大埋深为74m，围岩级别在IV至VI之间，围岩为强风化石英云母片岩，系软弱围岩质地。在该隧道中，其将分别通过6处浅埋段，其中A浅埋段最小埋深仅仅为5m，具有断面跨度大、施工难度大以及地质条件差的特征。由于隧道所处围岩质地软弱、不稳定，2014年3月施工期间，洞口洞顶位置发生滑塌情况，导致隧道洞口已经完成初期支护的钢架因此遭到破坏，并将处于正在施工当中的隧道造成堵塞。全面停工后，施工单位重新组织各部门技术人员，对隧道所处地质条件重新进行分析判断，并商定新的施工工法和技术措施。

2 隧道所处复杂地质条件分析

该隧道工程穿越浅埋偏压和软弱围岩，地质构造十分复杂，为了进一步研究适合复杂地质条件的隧道施工工法，首先针对该复杂地质构造及其对隧道施工的影响进行如下分析：

2.1 浅埋隧道

埋深浅是浅埋隧道的最大特征，由于具有较浅的覆盖层，围岩难以自行成拱，地表具有容易沉陷的情况。在实际工程建设中，很可能因地层损失情况的存在导致地面存在明显的移动，且将对周边环境产生非常大的影响。该种特征的存在，则对支护、注浆以及开挖等工作的开展具有更高的要求，并因此使施工具有更大的难度。

2.2 偏压隧道

对于偏压隧道来说，其主要是指因不同原因存在使围岩压力存在较为不均匀的特征，并因此使支护受到偏压荷载情况的隧道。造成该种情况出现的原因有很多，包括有地质、施工以及地形方面的原因等。

2.3 软弱围岩

软弱围岩具有节理裂隙发育以及松散破碎的特征，在抗压强度方面具有较低的特点，围岩在自稳以及完整性方面表现较差，甚至不存在自稳能力，较为软弱且强度低，在抗水软化性以及抗风化方面性能较差。在对洞室进行开挖后，将表现出较大的塑性变形情况，一般分布在洞口以及浅埋地段。

3 复杂地质条件下的施工工法及技术措施

软弱围岩在自支护能力方面具有较弱的特点，经过现场勘查工作可以了解到，该隧道拱顶到滑坡起点为22m左右，厚度在9m左右。经过对现场问题的分析，首先要稳定掌子面，其次施工时确保断面及时闭合，就能有效提高围岩稳定性。制定了以下处理措施：①加强防排水工作，通过粘土的应用将地表存在的陷穴以及裂缝进行密实，避免地表水出现下渗情况。在坍塌范围之外，对截水沟进行了设置，以此实现地表水的拦截，避免坍塌面进一步扩展；②为了对整个山体的整体稳定性进行保证，在上塌方影响范围以及塌方体坡面对R32N自进式锚杆进行注浆加固，整个锚杆长度为8m，按照梅花型进行布置，并按照从上到下的顺序对塌方范围的松散局部区域进行清除，及时通过喷、锚以及网的方式进行防护；③护拱施工。对对部分塌方体做好清理后，通过留核心土法进行施工，以人工方式对遭到破坏的钢架进行拆除，并在其外露按照设计方案对格栅钢架进行架设，保证外露管棚同格栅钢架能够形成一个整体。在做好间距控制的同时通过纵向拉杆的应用将其连接成一个整体，并结合钢架对混凝土进行喷射，而在喷射工作进行之前，则需要在其管棚位置做好导向管的预埋，将环向间距孔控制为0.4m；④下台阶开挖。在该环节中，要使用风镐进行挖掘，在硬岩位置在以小爆破方式进行处理之后以人工方式进行开挖，并在下半断面以单侧落底方式进行开挖，保证其尺寸能够同设计要求相符合。之后，则紧跟做好初期支护工作，每进行一循环开挖，则需要及时做好拱架的假设以及混凝土挂网施工。在每次开挖完成后，要及时进行混凝土材料的喷射，以此最大程度对围岩的暴露时间进行减少、将变形情况控制在最低。在完成下半断面挖掘后，则需要及时进行清底处理，并做好隧底初期支护，保证钢架能够闭合成环；⑤仰拱及二次衬砌。即在管棚支护情况下进行2～3m的开挖，并及时施作仰拱。在进洞约5m位置后，停止掘进工作，在将衬砌台车推到掌子面后对其掘进施工进行恢复。

4 重点加强地质监测

施工期间重点加强地质监测，以便实时掌握地质变化情况，针对对施工不利的地质情况进行技术处理。

4.1 地质监测内容

本工程的地质监测主要包括地表沉降监测、 周边收敛监测、 拱顶下沉监测三个重点监测内容。

4.2 地质监测方法

4.2.1 周边围岩量测

量测方法：通过坑道收敛计对两测点之间的相对长度进行测量，根据测量数据计算其收敛值。

量测断面计划：沿隧道轴线每类围岩应该有监测断面（断面数目不少于1个）。有些地段洞口段和埋深不足2D（D为隧道），可按照5～10m的间距设置监测断面，此外的地段按地质情况，将监测断面的间距控制在 15～40m。

测线布置：当采用短台阶半断面或全断面开法方法时采用三测线三角形布置形式，当采用CRD工法时，采用六测线，上下三角形布置形式。

4.2.2 拱顶下沉量测

监视隧道拱顶的绝对下沉量，根据断面的变形趋势判断支护结构是否稳定。

量测方法采用精密水准仪测试其绝对高程值以此计算其下沉量。

4.2.3 地表沉降观测

为确保边坡稳定，按照设计要求和相关技术规范在洞口浅埋段布置监测点，实时观测地表沉降情况。根据洞顶坡度地形变化趋势，应该分别在左右洞布置沉降监测点，左洞布置2个监测断面，右洞布置3个。详细测点布置见图1和图2（地表沉降测点布置图）。

各断面洞室与覆土厚度关系埋深由外向内逐渐增大。左洞Z01、Z02和右洞Y01、Y02为超浅埋段，埋深小于11 m，不足一倍开挖洞径。左洞Z03～Z05和右洞Y03、Y04为浅埋洞段，埋深小于30m，不足二倍开挖洞径。而自右洞Y05～Y07和右洞Z06、Z07开始埋深均大于38 m，进入了深埋洞段。隧道左右侧洞口埋深布置见图3～图4。

4.2.4 超前围岩地质情况探测

该项探测主要是为了对前方围岩水文以及工程地质情况的探测，如围岩类别以及性质、规模等等。在做好信息反馈的同时对探测获得的情况进行分析以及判断，在对地质预报成果进行提出的同时将其作为围岩类别变更以及施工指导的依据。

4.3 监测频率

量测频率根据监测数据的变化情况而定。

5 工后地质监测结果

5.1 地表监测结果 地表监测工作共历时5个月。洞室监测工作随着隧道的开挖进度共历时6个月完成。现将主要数据汇总如表1。根据监测数据绘制成沉降曲线图（见图5）。

通过上述分析可知，地表沉降虽埋深增大而在合理的范围内减小。可见，洞内变形造成地层损失，通常就会出现地表沉降现象。从另外的角度来看，隧道施工没有引起边坡稳定问题，洞门以上山体边坡是稳定的。

5.2 拱顶下沉量监测结果 根据拱顶下沉监测结果能够掌握隧道支护体系与洞室的稳定情况，若存在支护不稳的问题，也可以根据拱顶下沉监测数据对支护结构进行加固。本文所研究的左右洞7组断面拱顶下沉量和最大下沉速率的实测数据详见表2。

由表2监测数据得知：拱顶下沉实测最终下沉量为左洞32.47mm，右洞34.85，均发生在进洞洞口超浅埋段的Y01（YK11+347）断面、Z01（ZK11+353）断面。这主要因为洞口段围岩破碎，且开挖断面为埋深的2～8倍，洞室围岩不能形成自然受力拱，覆土重力全部作用于支护系统上。

处理结果：鉴于总体变形值普遍较小的特点，支护结构稳定性较好，同时为确保工期，加快开挖进度，经研究并与多方协商，将开挖方法由开始的眼镜工法调整为上下台阶法开挖。

5.3 周边收敛量测 整体监测结果均小于设置的管理基准值，只有极个别断面的围岩收敛结果略大于基准值，但不会对整体施工造成明显的影响，说明设置的管理基准值是合适的，支护结构的合理的，可以满足设计的要求。

6 结论

在上文中，我们对复杂地质条件下铁路隧道施工技术进行了一定的研究，需要在工作开展中能够做好把握，通过科学技术的应用保障施工质量。

参考文献：

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