复杂地质环境下的铁路隧道施工技术分析

何喜湘

摘 要：随着社会经济与科技的发展，我国现代交通输业得到较大的发展，公路铁路等建设项目不断增多。现代铁路隧道的建设中，复杂地质环境成为影响施工的关键因素之一，系统分析复杂地质环境下的铁路隧道施工技术，具有强烈的现实意义。文章以铁路隧道工程为研究对象，通过复杂地质条件下的具体施工技术，对隧道复杂地质环境下铁路隧道施工技术进行研究分析说明。

关键词：复杂地质；铁路隧道；施工技术；分析

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

0 前言

在铁路建设中，隧道工程是施工中必须面临的问题，通过铁路隧道的建设，可以有效缩短施工路线，优化铁路线路，提高铁路线路标准。在现代社会，随着铁路等施工项目工程的增多，特别是山岭、高原地区铁路网的覆盖，铁路隧道的施工量也不断增加，因此复杂地质环境下的铁路隧道施工项目也急剧增加。针对复杂地质条件下隧道施工，地质环境预测和对不良地质处置施工技术是两大重要因素，通过复杂地质环境下隧道围岩的预测和不良地质的处置分析研究，采用综合围岩探测，形成有效处置措施，确保隧道不良地质段施工安全，同时提高铁路的建设质量。

1 复杂地质环境对隧道施工的影响

我国南北跨度大，地质条件复杂，多种地形、地貌共存，而复杂的地质环境往往会对铁路施工工程带来较大的困难，不仅会增加施工难度，还会增加施工成本，为了缩短施工路线，提高线路标准，铁路工程存在很多隧道施工。同时我国经济发展迅速，交通运输业发展较快，现代铁路网基本成熟，在这种情况下要求建设四通八达、纵横交错的铁路网。但铁路隧道一般建立在高山、河谷附近，地质条件复杂，导致隧道施工难度不断增加。

铁路隧道施工中，经常出现多种地质问题，如喀斯卡特地质隧道施工中，出现岩溶、突泥涌水问题，活动断裂层区域隧道施工出现高地温灾害、断层破碎带等情况，还有国内的很多隧道建设中，出现偏压、岩爆、瓦斯爆炸等地质原因导致的施工问题，如不能有效处理这些地质问题，很容易造成不同程度地人员伤亡、机械设备损坏以及人力资源浪费，另外，也会带来较大的社会经济损失，由此可见在铁路隧道中，复杂地质环境会对施工建设带来高难度性，要想解决隧道施工中的问题，就要对复杂地质环境进行分析，提高施工技术水平。

2 复杂地质环境下的铁路隧道施工技术

隧道施工中，首先要进行地质勘测，了解地质情况，考虑实际施工的可行性，根据当地的实际地貌进行具体施工。而后在隧道施工中必须开展综合的地质预报措施，准确了解隧道线路地质状况，通过TSP，超前探孔，红外探水，炮眼加深，地质素描等地质预报措施，分析并掌握施工地质状况，对不良地质做出预判。在开挖支护成形后，必须进行围岩量测工作，以便掌握支护后的围岩变形情况，防止掌子面后塌方关门，同时确定二次衬砌开始的时间。下面就复杂不良地质状况下隧道施工各阶段技术措施进行说明。

2.1 地质勘测

复杂的地质环境会对隧道施工质量产生直接影响，因此做好地质勘测工作极为必要。一般情况下，铁路隧道的地质勘测由设计单位专业人员负责，主要从以下几方面开展地质勘测工作：

首先，根据中国地貌图对当地的施工地质进行预测，并着重分析可能出现的相关地质灾害或意外事故，事先准备测量仪器，制定简略方案，对当地隧道建设的实际情况进行可行性分析；其次根据区域地形地貌进行地质探孔布置并打设地质探孔，通过直观的地质探孔芯样进行判断隧道线形范围内地质状况；最后根据综合分析，先确定隧道施工范围内的破碎带、岩溶、涌水量、软弱围岩等不良地质范围，确定隧道涌水量，而后综合确定隧道里程范围内的围岩级别，形成设计地质资料。

2.2 超前地质预报

2.2.1超前地质预报的目的

主要是为了探明地质问题，为隧道施工或者施工设计变更提供参考数据；降低地质灾害发生率，提高施工安全性；为编制竣工文件提供地质资料。

2.2.2 超前地质预报工作内容

主要预报断层界面和的基本情况、山体岩溶的发育情况、地质灾害的发展详情以及含税构造层的情况，具体包括位置、规模以及性质。

2.2.3 超前地质预报方案

在超前地质预报方案的设计上，综合应用长短结合、上下对照、定性与定量相结合方法，依据多方法、多频次相互印证的原则，以此来提高预报方案的精确度。在方案设计上，要考虑隧道施工当地的地层岩性和水文地质，并给分析隧道设计方案的可行性，完善预报方案。超前地质预报方案的设计要坚持因地制宜的原则，随时根据异常段落进行动态调整。

以地質调查法为基础，以宏观预报指导微观预报，长距离预报指导中短距离预报。针对隧道内部可穿越型的的溶岩地层段，依据当地地质条件以及施工方案进行合理处理。

2.2.4 地质预报关键技术

（1）断层破碎带及岩石接触带预报。根据地质调查与地质素描，确定断层破碎带的大致范围，以公里作为里程单位。实际上，隧道施工中，很多断层破碎带隐于地表下，因此其实际数量远远多于预期，所以在实际隧道施工中，要辅助于TSP和时域瞬变电磁法，依据预报内容，来观察掌子面前方围岩的强度、完整性、富水性以及形态变化，判断隧道施工中可能出现断层的位置，应用超前钻孔法进行猜想验证，若符合则要依据断裂详情制定处理措施。

（2）岩溶预报。岩溶预报方法与超前地质预报方法一致。

①以国家已有本地区的地质和工程地质资料为基础，然后辅助于工程地质补充调绘，将隧道施工地带的地质条件、水文条件进行归纳整理，在此基础上判断该区域岩溶发育的规律，从而开展超前地质预报工作。

在岩溶地质的预报上，还可以根据褶皱、断层破碎带、节理密集带、可溶岩与非可溶岩接触带、陡倾角可溶性岩、质纯层厚可溶性岩层等位置与形状，应用地表与地下相关性进行分析，判断山体中溶洞、暗河的具体位置。

②根据该区域的地质条件，应用弹性波反射法完成区域的长、中长距离探测，根据探测数据分析岩层断裂带的位置、规模，以及岩溶层的基本形态；其次，在定性探测岩溶水的预报上，可以应用时域瞬变电磁探测、红外探测方法进行探测工作；最后，在岩溶详情的探测上，可以利用地质雷达完成短距离的地质勘测。

（3）涌水、突泥预报。以地质调查法为基础，结合超前钻孔法和多种物探手段综合分析预报隧道施工地段的涌水、突泥情况，主要预报其位置、规模、物质组成、水量、水压以及危害程度；根据预报结果在可能发生涌水、突泥的地段进行超前钻探，设置防突装置，降低地质事故的发生率，提高隧道施工的安全性。

（4）高地应力预报。确定隧道高地应力地段，应用TSP探测技术预报该地段围岩的强度，依据掌子面地质素描来确定山体围岩的级别、硬度及变化趋势，在此基础上进一步确定容易发生“岩爆”的软岩地段，在这一过程中，可以通过超前钻孔来探测验证。

2.3 施工技术

在铁路隧道施工中，还要重视施工技术的应用，要根据不同的地质环境或地质要求，选择合适的隧道施工技术，做到因地制宜，提高隧道施工的质量与工作效率，减少地质灾害的发生，提高隧道施工的经济效益。不同地质条件下的隧道施工都有不同的注意事项，综合来看，隧道施工技术主要表现以以下几方面。

2.3.1 预加固处理技术

加固处理技术包括洞内加固和洞外加固，两种加固技术的要求以及具體施工都存在较大的不同。预加固处理一般采用注浆进行加固，在实际施工中，要确定合适的加固处理方案。

在隧道挖掘中，可以实施地表注浆加固暗挖方案，可以对地质较软或者是上体破坏严重的隧道地表进行注浆固结，尔后进行隧道暗挖，这种预加固化处理方式可以提高隧道外围的自身承载力，改善岩体的物理性质，提高开挖的安全性，并且也可以防止地表水渗透到软围岩中，提高施工的安全性。

注浆加固处理包括钢管桩注浆以及帷幕注浆等注浆方式，每一种注浆的时间、注浆顺序等都存在差异，在注浆过程中要关注注浆要点，及时做好注浆准备工作。

注浆需要设计注浆孔，注浆操作的过程中要严格按照操作工艺要求进行注浆，确保各种物质（水泥：水玻璃：水：缓凝剂=1：1：2：0.02）的比例正常，提高注浆质量，缩短注浆时间。

2.3.2 超前支护技术

超前支护技术主要是发挥超前注浆导管以及悬臂支护能力，通过控制小导管来进行支护准备工作，完成支护防加固的要求，并且在在隧道拱形开挖过程中，超前支护技术以外廓衬砌，减少对后续施工的影响；超前支护包含超前小管棚、超前大管棚，施工中应控制管棚的外插角，注浆量，确保超前支护效果。

3 应用实例

以青藏铁路西格二线关角隧道为应用实例，该隧道全长32.645公里，位居我国已运营铁路隧道的第一位。设计为单线双洞，线间距40米，采用钻爆法施工，共有10座辅助施工斜井。隧道地处青藏高原东北缘，洞（井）口海拔在3400～3800米之间，自然环境极为恶劣，高寒、干旱、缺氧、常冬无夏，极端最低气温-36℃。关角隧道地层包含有沉积岩、岩浆岩、变质岩三种，各岩层之间的构造比较复杂，出现不同的断层共计17条，特别是二郎洞断裂带（F3）为区域性深大断裂，长达2355米，施工难度大，存在软弱围岩大变形、突水涌水、围岩失稳等风险。隧道主要不良地质有洞口浅埋和基底细砂土，断层及其破碎带、岩溶、突涌水、高地应力等。

关角隧道施工中通过综合地质预报，查明隧道地质情况，不良地质段施工采用注浆和超前加固等措施，圆满完成了施工任务。

4 结束语

为了实现我国经济的快速发展，满足现代运输业的发展需求，要重视现代铁路隧道的建设。在复杂地质条件下进行的隧道施工工程，要根据地质要求选择合适的施工技术，相关人员要严格按照隧道施工要求灵活运用施工技术，从多方面、多层次的分析复杂地质因素，以此来提高隧道施工的质量和施工安全性，实现完善我国的交通网结构的发展目标。

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