复杂地质条件下铁路隧道施工技术的研究

2019-03-08崔叶

太原城市职业技术学院学报 2019年1期

崔叶

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350)

我国铁路隧道施工中面临的地质问题比较多，而克服复杂地质条件的过程，也是铁路隧道施工技术发展的主要过程。隧道施工中经常遇到复杂地质条件有：岩溶、高地温、发射性气体、软弱破碎带、特殊岩层等，对铁路隧道施工进度有很大影响。如果不能有效解决这些问题，则势必会引发突泥、突水、岩爆、高地温灾害等众多灾害事故，不但会影响施工进度，造成人力、物力、材料的损失，而且不利于施工单位经济效益的提升。在这样的基础上，开展复杂地质条件下铁路隧道施工技术研究，就显得尤为重要。

一、工程概述

本工程为新建川藏铁路拉萨至林芝段站前工程某标段，线路长39km；主要结构有：路基445m，车站3座，桥梁5座，桥梁共长1258.45m，隧道4座，隧道共长35813m。其沿线分布着元古界沉积岩、岩浆岩等岩层，工程位于青藏高原南侧的谷地中，属于典型高寒缺氧区域，岩层在内部地质作用下发育比较强烈，受到地质作用的影响，经常发生地震、岩石脱硫、泥石流等自然灾害，对铁路隧道施工技术有极高的要求。

二、工程特性

（一）处于高寒缺氧地区

本工程位于藏南谷地高山区，气候比较寒冷，温度比较低，施工条件比较恶劣。地势起伏跌宕，区内山势雄伟。山峰高程多在5000m以上，河谷地带高程3000-3500m，空气中氧含量较低，属于高原缺氧地区。人员设备施工效率将会大大降低，同时还会因为缺氧对施工人员生命安全构成威胁。

（二）生态环境脆弱环保要求高

该工程是东南亚地区很多河流的发源地，在施工中如何有效保护周围的整体环境也是重点考虑的对象。因为很多生态环境一旦被破坏就很难恢复到原始状态，因此在铁路隧道施工技术中需要制定一系列科学合理的措施来保护周围的生态环境。

（三）交通条件差，地材匮乏，电力供应不足

沿线地势样崎岖险峻，地震频仍，道路状况很差，时有地质灾害发生，交通不便。沿线砂石料资源分布不均，线路起点拉萨至加查段砂石料供应条件相对较好，郎县至林芝端材料匮乏，需到较远料场进行采购。

三、复杂地质条件下铁路隧道施工技术

（一）洞口工程施工技术

隧道进出口明洞采用明挖法施工，土方开挖采用挖掘机挖装，自卸汽车运输；比较分散的土方，先用推土机推送集料，再采用挖掘机或装载机装车，自卸汽车运输。洞口开挖是整个工程的关键环节，而周围土质比较松软，一旦受到雨水浸湿，就会发生大范围坍塌。因此，在洞口开挖时要尽量避开雨季，并用全球定位系统进行测量，以确定开挖范围，设置坡顶顶天沟和截水沟，以免淤积。

（二）洞身开挖施工技术

在进行Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖时要采用全断面开挖的方法，以提升开挖的效率和安全性，而在进行Ⅳ、Ⅴ级围岩开挖时，则可以采用台阶开挖法。断层破碎带地段可采用带临时仰拱或横撑的台阶法施工；双线车站隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法施工，Ⅳ级围岩采用台阶法施工。全断面法施工程序及步骤如图1所示：

图1 全断面法施工程序及步骤图

根据围岩状况，确定上台阶领进长度L。台阶法施工程序如图2所示：

台阶长度宜控制在10m～50m之内；而如果围岩稳定性比较差，则要适当缩减台阶长度，控制在3m～8m即可。在进行下部分台阶开挖时，要尽量采用两侧交错开挖的方法，开挖完成后要立即进行仰拱施工，为提升开挖效率，在开挖前要先解决周围施工干扰问题，以免在开挖时对周围的围岩造成干扰，而发生塌方现象。

（三）隧道支护施工技术

采用管棚钻机钻进并顶进管棚，利用高压注浆泵注浆。首先顶进有孔钢管，注浆；再顶进无孔钢管，注水检查注浆质量。利用光耙测斜仪检测偏斜度。长管棚钢管采用热轧无缝钢管，钢管节长4～6m。棚管接长时先将前一根钢管顶入钻好的孔内再联结，丝扣连接，丝扣长15cm。为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用4m钢管，偶数的第一节管采用6m钢管，接长均采用6m钢管。为保证支护效果，并用超前小导管注浆加固支护施工技术进行加固处理。具体施工工艺如图3所示：

图2 台阶法施工程序图

图3 超前小导管施工工艺流程图

为提升施工效率，小钢管可在现场完成加工，通过喷射混凝土的方法封闭岩面，通过风动钻岩机把小导管送入孔洞中，同时采用测斜仪来控制钻孔角度，避免发生较大误差，影响后期施工进度，当小导管输送到指定位置以后，就可以进行水泥浆液注浆施工，通过多次试验配比的方法确定水泥浆液的配合比。

（四）喷射混凝土施工技术

喷射混凝土施工示意图如图4所示：

图4 湿式喷射混凝土作业程序示意图

在进行混凝土喷射时，要尽量选择普通硅酸盐水泥，以降低水化热对喷射效果的影响，水泥细度控制在2.5以下，选择粒径在5mm～10mm的连续级配碎石。在实际喷射过程中，控制喷嘴和岩面的距离在50cm～100cm之间，喷头要尽量垂直于喷面子，在进行支护钢筋喷射时，喷头要倾斜20°～30°避免直喷。按照先边墙后拱部的原则进行喷射。

（五）防、排水施工技术

为避免铁路隧道施工对周围地下水和自然生态环境造成污染，可采用防、排、截、堵相互结合的方法综合质量。比如：在地下水发育良好的阶段，要以排水为主，而降低对周围生态环境的影响，还要根据现场实际情况设置相应的帷幕对注浆水进行堵截，以便最大限度地降低渗水量，避免污染地下水。

（六）二次衬砌施工技术

在二次衬砌时，可采用12m液压钢模整体衬砌车进行衬砌，采用集中拌和的方式为二次衬砌供应混凝土，选择专业的混凝土运输车来运输拌制好的混凝土，通过泵送的方法送入模灌中完成浇筑，并进行全面振捣，提升二次衬砌效果。在结构钢筋段衬砌时，需要严格按照相应的尺寸和规范进行衬砌，通过焊接的方法将钢筋绑扎成形。在钢筋运输时，要尽量避免水资源和油污污染，如果发现锈蚀处要及时处理，确认到达设计要求后才能投入使用。

（七）回填压浆技术

为防止初期支护与二次衬砌之间出现空洞或不密实，隧道二次衬砌施工完成并达到70%强度后，全隧道衬砌背后进行充填压浆。施工中采用在衬砌顶部混凝土内预埋φ20镀锌注浆钢管。注浆钢管纵向间隔2m～3m一处，注浆材料采用M10水泥砂浆，其配合比根据现场试验确定，回填注浆压力：初压0.1MPa～0.15MPa，终压0.2MPa。

四、效果分析

从施工效果来看，案例工程改进了预加固技术，实现了对脆弱岩层和易破碎岩层的注浆处理，大大提升了受力能力和稳定性，从而加强了铁路隧道工程施工的安全性。通过超前支护技术，有效加固了施工设备，保障工作人员的生命安全。对各项施工技术都进行了全过程监督控制，发现问题及时提出，有效保证各个施工环节的质量和安全性。