复杂地质条件下单线铁路隧道施工技术分析

中铁二十一局集团轨道交通工程有限公司，山东 济南 250000

复杂地质条件下展开铁路隧道施工的难度较大，易出现质量问题，甚至引发安全事故。因此，在铁路隧道工程建设过程中，施工单位必须全面掌握现场地质情况，并匹配相适应的施工技术，同时依据规范将各项工作落实到位，从而切实保证铁路隧道的施工质量。

1 工程概况

于都二号隧道起讫里程为DK35+138～DK39+680，全长为4542m，为单线隧道，最大埋深约为270m。隧道出口端241.36m位于R=5000的左偏曲线上，除此之外的其他部分均设置于直线段。隧道进口设置耳墙式洞门，出口为台阶式洞门。

2 隧址区地质条件概述

根据现场勘察结果可知，隧址区地面高程为175～605m，自然横坡集中在15°～45°，进口处分布有大厚度的土层及全风化层，斜坡丘陵区域植被茂盛。正洞部分地质条件主要为Ⅲ级围岩990m、Ⅳ级围岩2230m、Ⅴ级围岩1322m。DK36+70～DK36+120段穿越断层，其两侧片理化程度严重，存在宽度约100m的破碎带，不利于正常施工。此外，DK36+75～DK36+200段岩体破碎，DK39+050～DK39+680段穿越含煤层。可见，隧道沿线施工地质条件复杂，遇多类特殊地质，在此条件下开展隧道施工作业的难度较大，对施工技术提出了较高的要求。

3 单线铁路隧道施工技术

3.1 隧道穿越破碎带的施工技术

在破碎带施工时应遵循“短开挖、弱爆破、强支护、勤测量”的基本原则。施工期间应注重如下几项技术要点：（1）组织超前地质预报探测工作以方便掌握围岩、断层的实际情况，从而让施工单位将此作为后续施工的依据，从而保证技术的可行性、材料及设备的可靠性。（2）通过超前管棚注浆支护的方式营造安全稳定的施工环境，并合理爆破，以最大限度地减小对周边围岩的扰动性影响；开挖后加强支护，尽可能在短时间内实现二次衬砌封闭成环[1]。（3）考虑到断层破碎带开挖过程中易发生失稳等异常状况，宜采取弱爆破开挖的方式；爆破时，需缩短循环进尺，加强对装药量的控制；视破碎带的实际情况合理调整装药结构及参数，保证在爆破过程中周边围岩依然可维持在稳定的状态。

3.2 隧道穿越浅埋段的施工技术

隧道进出口处的围岩较为软弱，而施工的扰动性较强，因此该处在施工时易出现质量问题。支护是施工前的重要准备工作，以超前大管棚超前支护较为合适，必要时可辅以地表注浆处理措施。（1）进洞区域设置长管棚，组织注浆作业。（2）洞口段二次衬砌应尽早施工成型，以便与支护结构构成完整的整体，共同发挥出强支撑的作用，以免发生坍塌事故。（3）进出口浅埋段施工过程中及时施作初期支护，在完成爆破作业后需初喷4cm厚混凝土，再将钢架、锚杆及钢筋网有序安装到位，组织进一步的复喷作业，直至混凝土厚度满足要求。值得注意的是，要以不影响正常施工为前提，尽可能地缩短初期支护与二次衬砌的距离。（4）在初期支护施工期间，需加强钢架基底，以保证其具有稳定性，并设置垫板。另外，为确保钢架可正常使用，可配置锁脚钢管，以构成稳定的受力体系。（5）根据施工要求配制性能达标的浆液，及时用于注浆施工，以免因间隔时间过长而出现浆液性能下降的情况。（6）锚杆注浆过程中及时排气，小导管注浆孔口处需要得到有效的封堵处理，并加强对孔口岩面的防护，全程注浆压力稳定在0.2～0.3MPa，使浆液充分注入。

3.3 涌突水、突泥预防及处理施工技术

超前地质预报是掌握前方隧道施工条件的重要方式，具体采用地质调查法、物探法及超前钻探法，从而准确分析前方地质情况，给施工提供参考。

（1）超前钻探法。超前钻探期间遇岩溶富水地段时，易发生突水现象，需通过注浆堵水的方式加以处理。根据突水的发生特点，可配置RPD-150C钻机（此设备带有止水阀），遇高压水时可通过钻杆注浆的方式来达到有效的止水效果。突水的处理方法主要有两种，即原孔注浆封堵法和引水分流封堵法，具体视实际情况而定。

（2）地质调查法。原孔注浆封堵法主要的应用思路在于确定突水的具体发生区域，启用钻机，并通过该设备将高压注浆塞稳定设置在孔口处，若无误则组织注浆作业，在浆液凝结后，可达到堵漏的效果。

（3）物探法。遇突水、突泥现象时，需按特定的流程有序完成堵漏注浆作业，具体如下：钻适量注浆孔（应保证钻孔与裂隙相交），设置好孔口管；确定漏水裂隙后，对其进行凿槽作业，利用棉纱等物质有效填塞，以保证渗水均能够从管中流出，在此基础上利用快凝砂浆填槽；组织压力注浆，加强对注浆压力的检测与控制，保证注浆效果的合理性。

（4）其他施工方法。遇异常严重的突水、突泥现象时，上述所提的常规方法缺乏可行性，此时应设置混凝土止水墙。具体施工要点如下：①利用砂袋设置围堰，待围堰成型后，在其外侧以混凝土为材料设置止水墙，在钢管的作用下将围堰内的水导出，为切实提高排水效率，可配置移动泵站排水系统。②在确保围岩和混凝土止水墙不受扰的前提下，应向围堰中抛填片石。③止水墙成型且强度满足设计要求后，可及时关闭导水管，分析止水墙的实际情况，应保证其维持稳定的状态。若止水墙失稳或不具备足够的止水能力，则需要适时开启导水管，对止水墙外侧采取加固处理措施[2]。④在保证止水墙具有稳定性后，需对导水管组织顶水注浆作业。注浆期间应加强对现场情况的检查，及时发现异常状况或是干扰因素，根据实际情况采取合适的处理措施，以免止水墙失稳。

3.4 瓦斯专项施工方案

DK39+050～DK39+680段穿越含煤层，为低瓦斯地段，在施工过程中，可根据实际瓦斯检测结果动态调整瓦斯地段施工管理等级。成立专门的瓦斯监控小组，由分部隧道队承担监测任务，配置专职瓦斯检测员，随时监测隧道开挖面是否有瓦斯逸出。从事隧道施工的所有人员全部要经过瓦斯隧道安全技术培训，经考核合格后方可允许上岗。具体的总施工方案如下：

（1）瓦斯段水气分离装置及排放管施工工艺。瓦斯段落需安装瓦斯分离装置且沿隧道两侧纵向布置，而瓦斯分离装置采用φ80mmPVC管，水气分离装置用PVC直弯头、三通管连接，洞内设于瓦斯地段两端。其中，高洞口端水气分离装置如图1所示。①瓦斯气体排放路径：纵向盲沟→水气分离装置→纵向盲沟→瓦斯排放管。②地下水排放路径：纵向盲沟→水气分离装置→洞内侧沟。

图1 高洞口端水气分离装置（单位：cm）

（2）瓦斯段监测。瓦斯段落需安装瓦斯分离装置，沿隧道两侧要注意的点如下：①对瓦斯段加深炮眼并加强瓦斯探测、监测和施工通风，洞内人员配备瓦检仪，专职瓦检员配备光感式瓦检仪，低瓦斯采用人工检测，施工机械可使用非防爆型，电气设备采用防爆型。②加强超前地质预报工作，逐段核实地质信息，开展施工瓦斯、煤与瓦斯突出危险性评估，若与设计不符，及时向业主、设计、监理单位提出，采取相应的处理措施。③加强隧道通风，隧道通风采用压入式的通风方式，对塌腔、模板台车、加宽段、综合洞室等处增加局扇进行解决。瓦斯隧道施工通风尤为重要。确定掌子面需风量，满足洞内最小风速，洞内工作人员呼吸、稀释炮烟、排放瓦斯所需空气量，取最大值为压入式通风系统出风口的风量[3]。隧道通风采用压入式的通风方式，风管采用φ1.8mm软风管，风机设在隧道洞口右侧，选用1台1×185kW型轴流风机通过1道管路供风，每台最小排风量为2578m3/min，保险起见，拟采用2×185kW轴流式风机2台，1台常用，1台备用。掌子面及局部瓦斯易聚集区设置16kW局扇进行排风。通风机设在洞外右侧距洞口30m处，风管最前端距掌子面5m，并且前55m采用可折叠风管，以便放炮时将此55m迅速缩至炮烟抛掷区以外。④二次衬砌在开挖、初期支护完成并满足有关要求后立即施工，尽快封闭，减少瓦斯溢出量。根据要求，结合该隧道工区特点，采用自动与人工监控相结合的方式，洞内安装瓦斯自动检测仪，工班长及领班人员配备便携式瓦斯检测报警仪，瓦斯浓度＞0.5%时报警，瓦斯浓度＞1%时立即停机。

4 结束语

综上所述，复杂地质条件下展开铁路隧道施工时难度较大，期间易出现质量问题，甚至引发安全事故。为创造安全的施工环境，施工人员必须做好超前地质勘探工作，准确掌握现场的地质情况，明确破碎带、煤层等区域的具体分布位置，以此为依据制订科学的隧道施工方案，加强对各道工序施工质量的控制，顺利完成铁路隧道建设工作。