复杂地质条件下铁路隧道施工技术

王继刚

（济青高速铁路有限公司，山东 济南250014）

我国拥有十分多样的地形类型，地质条件较为复杂，存在显著的多元性与差异性，极易对铁路隧道施工造成很大的负面影响，主要影响因素为施工现场地质条件的脆弱性（岩石硬度过低、地质运动频繁且活跃等）与地质条件的特殊性（存在暗河、地下洞穴等地质结构）。基于此，为能够有效降低复杂地质条件对铁路隧道施工的负面影响，相关参建各方必须充分明确铁路隧道施工现场的地质条件，采取对应的施工技术，并加强相关的施工管理，从而确保整个工程施工的安全性与有效性。

1 岩溶地质条件下的铁路隧道施工技术

在我国众多复杂地质条件中，岩溶作为较为典型的地质条件之一，广泛存在于全国各地，其中以西南地区最为发育。对于这类复杂地质条件区域中的铁路隧道施工而言，往往会出现突水、渗漏等问题，这就大大影响到总体铁路工程的质量，故而需要加强岩溶地质条件下铁路隧道施工技术的探究，不断提高相关施工技术水平，具体做到以下几点：（1）做好工程现场的勘察工作，通过对施工现场的自然地理环境、地质环境进行充分勘察，从而全方位了解整个施工现场的环境状况，即可借助先进的3S技术，来对该区域的地形条件与地质水文状况加以全方位勘察，做到具体问题具体分析，编制出更为科学有效的地铁路隧道施工计划[1]；（2）做好施工前的准备工作，即借助3S技术来对所编制出的施工计划加以数字模拟，以此来对具体施工中可能出现的围岩、土质等问题较好的加以预防与管控。一旦施工现场出现大规模的围岩变动问题，必须马上与施工单位、建设单位等部门进行沟通，尽快评估施工现状，做好风险评估工作，进而提出切实可行的解决措施，尽量避免安全事故的发生；（3）做好躲避溶洞施工工作，在铁路隧道施工中遇到溶洞问题时，需要选择最为合适的开挖方式，借助施工现场的地质条件、气候条件等，科学规划施工路线来避开溶洞，尽量提高铁路隧道施工的伸缩性，还应结合铁路隧道施工中遇到的溶洞具体情况来加以科学合理地分割，选用对应的躲避技术，确保充分了解溶洞四周地质环境，从而提高铁路隧道的安全性与可靠性[2]。

2 浅埋偏压地质条件下铁路隧道施工技术

在实际的铁路隧道施工过程中，浅埋偏压地质是导致工程施工困难的关键因素之一。当遇到浅埋偏压地质情况时，为了可以更好地改善铁路隧道的安全性与可靠性，在极大程度上消除由于掩埋而产生的潜在安全风险，施工人员在施工过程中应做到以下几点：（1）全面掌握浅埋偏压地质条件的具体特点，有针对性地提出铁路隧道施工方案；（2）科学整合特定的结构系统与施工过程，对浅埋偏压地质结构的变形进行有效监测，且对地质变形程度与速度进行充分评估，从而尽最大可能降低安全施工造成的不良影响[3]；（3）由于浅埋偏压隧道施工中存在较为浅薄的覆盖层，这就很难独立成拱，也会出现地表沉陷、滑坡、地表失稳等问题，大大降低了总体铁路隧道工程的质量，影响周围环境，故而施工单位需要结合浅埋变形隧道的具体情况，构建科学合理的管理机制，建立完善的施工监督与技术控制机制，并结合具体的地质条件来编制出切实有效的施工方案，还应结合施工现场土壤含水率建设完整性的排水工程，保证岩层的可靠性，对发生的裂缝与塌陷区进行及时填补，从而确保地基的稳定性。

3 膨胀性地质条件下铁路隧道施工技术

膨胀性地质条件具体指膨胀土质，属于一种不良地质。当外部环境条件出现变化时，将会导致膨胀土的土体强度出现较大改变，这就增加了铁路隧道支护结构承受的压力。基于这一情况，施工单位必须做好铁路隧道施工区域的膨胀土地质条件的调研，采取最为适宜的隧道施工技术来尽最大可能减少断面，并避免隧底下沉问题的发生。通常膨胀土对温湿度较为敏感，施工单位应提出科学合理的铁路隧道施工次序，以此来有效确保施工的速度，将各施工环节有效衔接，待完成工程施工后，应做好相应的加固处理。同时，施工单位应加强水化与地分化对岩石结构的影响，尽量避免土地的收缩与膨胀。在膨胀地质条件下开展铁路隧道施工时，可通过搭建临时支撑结构，或是选用分部开挖方式，以此来加快施工速度；一定情况下可选择换土法来对土体进行更换，也就是更换具有更高强度的土体。另外，在铁路隧道施工前应对围岩进行超长锚索加固，借助超前预处理方式来提高围岩的强度。

4 软弱围岩地质条件下铁路隧道施工技术

在工程地质学层面上，在修建比较弱的围岩隧道过程中，极易受到各种外部因素的影响。因为各地区的地质条件存在一定的差异，不同因素影响也不同。对于围岩隧道的构造，施工单位应充分明确影响铁路隧道施工的各项因素，对已有的隧道开挖方法进行不断优化，这样能够避免隧道施工期间软弱围岩发生变形。在软弱围岩的施工过程中，无法选用全断面的开挖方法，需要选用分部开挖法，其中分部开挖技术主要包括：（1）环形导坑预留核心土开挖法，可提高结构的安全性与工作面的稳定性；（2）双侧壁导坑开挖方法，既能够确保结构的安全性，又能够在很大程度上缓解皱纹软弱围岩的压力，防止过大地面沉降问题的发生；（3）中隔壁法，即通过左右分部自上而下的开挖，待完成开挖后，进行锚喷处理，实现中隔墙的连接。

同时，在具体软弱围岩地质条件下铁路隧道施工过程中，施工单位应积极做好检测与测量工作，确保施工工作有序开展，具体内容为：（1）基于围岩的稳定性，依据相关施工顺序开展施工工作，确保围岩具有较高的可靠性；（2）在开挖时，应尽可能降低对围岩的影响，保证隧道开挖的轮廓较为规则；（3）待围岩变形与初始支护稳定后，才能够进行二衬施工工作；（4）在开挖与施工中，应预先保留变形量，结合测量结果随时间加以恰当调整，从而保证衬砌的合理厚度，且在一定程度上提高衬砌结构的稳定性。

此外，由于软弱围岩地质条件下铁路隧道施工过程中时常会遇到隧道裂缝问题，这就影响到工程的质量。基于此，施工单位需要全面分析造成隧道裂缝问题发生的原因，即环境温湿度或是钢筋使用不合理，然后采取切实有效的施工技术措施来有效预防隧道裂缝的发生，具体措施为：（1）采用合适的施工原材料，确保其满足工程施工的具体情况，防止施工变形问题的发生，待明确施工原材料后，应依据相关要求和标准进行混凝土配比试验，借助配比试验，在很大程度上减少衬砌收缩性变量问题；以硅酸盐水泥为例，应避免这类材料与其他类型水泥的混用，确保材料的质量，防止衬砌裂缝问题的发生；（2）确保混凝土施工质量满足相关规范，施工单位需加强混凝土施工的监管，选择机械捣固法来防止衬砌捣固问题；还应对混凝土施工的温湿度进行有效控制，在很大程度上降低收缩性病害的出现；（3）加强对地下水的综合整治，选择复合防水板，有效防治各种水源，避免局部渗流问题的发生，从而确保整个隧道施工质量。

5 复杂地质条件下铁路隧道新奥法施工

新奥法全称为新奥地利隧道施工方法，相关施工流程见图1，该方法可应对岩体复杂条件和地质作用、施工条件的复杂性，更好地满足工程设计参数的精确要求，借助更多的量测手段来监测施工现场的围岩动态、支护结构工作状态。当地质条件比较差时，应选用分块多次开挖，结合岩质条件与开挖方式来对一次开挖长度进行明确。当岩质条件比较好时，可适当增大开挖长度，而岩质条件比较差时，在同等地质条件下可适当增大分块多次开挖长度，而减少全断面开挖长度。通常中硬岩中长度在2-2.5m左右，膨胀性地层中长度在0.8-1.0m左右。第一次支护作业主要涉及到一次喷射混凝土、打锚杆、立钢拱架、复喷混凝土等，其中待完成隧道开挖后，需要及时喷一层薄层混凝土，然后在开挖的渣堆上开展第一次支护作业，在没有被渣堆覆盖的开挖面进行一次喷射混凝土，然后再出渣。依据相关规范来对锚杆进行布置，加固深度围岩，于围岩内形成承载拱，通过岩面承载拱、喷层及锚杆来形成外拱，从而进行临时支护，也能够作为永久支护的一部分。接下来，需进行第二次混凝土喷射，厚度应控制在10-30cm，且必须把钢拱架、金属网、锚杆等覆裹在混凝土之内。施工过程应注意在开挖后围岩自稳时间的一半时间内完成第一次支护。对于第二次支护作业中，若出现底板不稳或是变形严重问题时，将会影响到侧墙与顶部支护的稳定性，故而必须尽快封底，形成封闭式的支护，从而确保围岩的稳定性。此外，在铁路隧道的施工过程中，施工单位应根据施工现场的具体情况，对施工技术应用方案内容进行不断补充，并将这一方案落到实处，对各个施工环节进行精细化管理，从而有效提升整个铁路隧道施工的质量，缩短施工周期。

图1 新奥法施工流程示意图

6 复杂地质条件下铁路隧道的其他施工方法

一是锚杆技术。该技术可对复杂地质条件下围岩的位移问题进行较好地处理；当铁路隧道施工中遇到位移问题时，围岩会造成掌子面的相对运动，针对这一问题，施工单位需要加强锚杆设置，借助锚杆来对横截面位移进行控制，尽量避免围岩、掌子面、支护结构发生变形问题。超前预加固中应选择容易切割和施工简便的玻璃纤维锚杆，把其切成长度为20m的锚杆件，从而提高工程施工的可靠性。

二是洞内加固处理技术。该技术可借助有效的支撑措施来促使洞内具备较高的稳定性，该技术的主要运用措施为：混凝土喷射法与钢拱架法，通过这些措施的应用，能够有效提高隧道结构主体的抗压性，确保隧道的长期可靠运行。同时，针对特定的施工工作，施工人员可选择最为适宜的施工方法和施工思路来有效加固岩石，且配合其他施工技术来对施工中的内部程序进行科学合理地监控。此外，施工单位可选择模板衬砌技术来开展复杂的地质隧道的建造，从而确保基础的可靠性。针对仰拱结构而言，施工单位需要从侧壁后开展相应的施工工作，让整个结构形成闭环路，以此来提高主体结构的稳定性。针对铁路隧道施工中常发生的坍塌问题，施工单位需要对支护技术进行恰当运用，从而可有效降低加固难度。

三是台阶法开挖技术。该技术作为一种最为多见的隧道施工方法，可提高隧道施工的稳定性与安全性。在铁路隧道开挖前，施工单位应全面考察施工现场周围的地质环境，结合岩体的具体特征开展开挖施工工作。台阶法开挖技术在软弱围岩地质的铁路隧道施工中具有良好的适应性，且对施工设备的要求较低。经过该技术开挖后，可以得到较大的隧道内部施工空间。同时，施工单位应在起拱线周围进行台阶的划分，以此来确保开挖后的围岩自稳时间可以符合隧道施工标准，确保施工的可靠性与安全性；当围岩的岩石条件较好时，能够提高台阶的高度，以便后续大型设备的顺利运用。此外，对于工程断面欠缺可靠性的隧道环境，也可选用台阶法开挖技术，该技术在应用过程中应把隧道分成3部分进行开挖，施工单位只有加强整个施工过程的监督与评估，才能够降低开挖对隧道工程上部空间和中下部空间之间造成的干扰。

7 结束语

综上所述，铁路隧道施工关系着我国社会经济的发展，近年来我国铁路工程项目的建设规模不断扩大，数量也不断增多，且更多的铁路线路逐渐延伸到山区或是偏远地区。为确保总体铁路隧道施工的质量，确保铁路隧道施工活动能够在复杂地质条件下顺利安全的开展，施工人员在施工过程中必须结合施工现场的实际地质情况来选择最为适宜的施工技术，并编制出切实有效的施工方案，从而尽最大可能降低施工活动受到复杂地质条件的侵扰，确保各项技术能够落实到位。