复杂地质条件下铁路隧道施工技术探析

甄相国 贾瑞晨

（湖南高速铁路职业技术学院， 湖南 衡阳 421000）

0 引言

我国铁路工程建设发展迅速，在发展过程中，不可避免的要面临在复杂地质条件下进行施工作业的问题。因此，如何在复杂地质条件下保证施工质量和施工过程的安全成为必须要研究和解决的问题。复杂的地质条件主要是指在施工范围内存在岩溶、高地温情形，施工环境存在放射性气体、软弱破碎带等情况。各种复杂且具备危险性的地质环境一方面会对施工效率造成影响，另一方面也可能导致施工过程中出现危险情况，危及施工主体财产安全和生命安全。在本文中，笔者以国内某工程标段为例，进行了复杂地质条件下的施工技术探讨。

1 工程概述及特征

1.1 工程概述

笔者选取了该项工程中的某标段建设过程面临复杂地质条件的具体情况作为研究情景从而进行技术分析。选取标段总长40km，该线路上的主要建设结构如下：路基长度为445m，共设有3 座车站，5 座桥梁，桥梁总设计长度为1258m，包含隧道4 座,4 座隧道总长为35847m。在施工范围内存在元古界沉积岩、岩浆岩等岩层，工程施工区域地处高海拔地区，该地区氧气稀薄，平均气温较低。该地区岩层发育较为强烈，经常发生泥石流、地震等灾害，给工程施工带来了较大的风险和难度。

1.2 工程环境特征

1.2.1 施工地区高寒缺氧

本工程施工区域海拔较高，且位于山谷地带，因此整个施工过程中气温都处于较低水平，对于施工人员而言气候环境较为恶劣。施工区域内地势起伏较大，山峰高程大多均在5000m 以上，空气中的氧气含量较低，施工人员常出现缺氧情况。因此，在该种施工条件下，工作人员施工效率和机器设备运转效率都较低。施工过程中甚至出现施工人员由于极度缺氧而产生生命危险的情况。

1.2.2 施工区域属于生态脆弱区域，面临较高的环保要求

该工程施工建设区域属于我国生态保护的重点区域，因此在环保方面要求较高。如果在施工过程中对生态环境造成破坏，恢复时间长，将会造成较大的生态损失。在生态脆弱地区进行施工，在施工方案设计方面将会增加诸多考量因素，生态环境保护的高要求也给施工方案的设计带来了一定的困难。

1.2.3 位置偏僻，交通条件差，电力供应无法得到保障

在该工程施工区域内，道路崎岖，交通条件较差。施工过程中施工物料运输需要便捷的交通条件支持，在交通条件较差的情况下，许多大型运输车辆无法顺利通行，因此给施工效率带来了一定程度的不利影响。除此之外，施工区域电力供应无法得到保障，时长出现断电情况，断电后工程无法继续开展，导致了施工进度减缓。

2 复杂地质条件下的铁路隧道施工技术

2.1 洞口工程施工技术

在进行铁路隧道施工的过程中，在隧道的进出口明洞的施工技术选择上应当采用明挖法进行作业。土方开挖作业中，应当利用挖掘机械等进行的挖装，运输环节宜采用自卸卡车。针对不集中的土方作业时，可以先利用推土机将的集料进行运送，再利用挖掘机或其他类似设备装载至自卸卡车中，而后进行运输。对于整个工程而言，洞口开挖作业的重要性十分显著，洞口开挖作业质量将直接影响到整个工程的整体进展。在洞口开挖的过程中，如果遇到周围土质较为松散的情况，要注意由于雨水冲淋导致的大面积坍塌情况。因此，在施工时间选择时要尽可能选择降水量较少的时间段，且需要利用全球定位工具进行测量，保证开挖范围的科学性。

2.2 洞身开挖施工技术

在针对Ⅱ级和Ⅲ级围岩进行开挖作业时应当运用全断面开挖技术进行施工。运用该方法进行施工可以从整体上提升开挖作业的效率，同时也可以增强施工过程的安全性。在Ⅳ级和Ⅴ级围岩进行开挖作业时，应当采用台阶开挖法进行。在对断层破碎地带进行施工时，可以应用带临时仰拱或者横撑的台阶法进行作业。对双线车站隧道Ⅱ级和Ⅲ级围岩进行施工时，采用全断面法较为适宜（如图1），Ⅳ级围岩则需要采用台阶法进行施工。施工过程中，需要结合围岩的实际情况，对上台阶领进长度进行确定。在台阶长度的控制方面，可以将其控制在10m 至50m的范围之内。当遇到稳定性较差的围岩状况时，可以将台阶长度进行适当减少，笔者认为限定在3m 至8m 的范围内较为适宜。针对下段台阶进行作业时，使用两侧交替进行开挖的方式较为适宜。在开挖作业完毕后，需要及时开展仰拱作业。在提升工程施工效率方面，可以先行在开挖开始前解决相关施工干扰问题，最大限度避免开挖作业对附近岩层产生干扰，避免出现塌方。

2.3 隧道支护施工技术

在隧道支护施工的过程中，可以使用管棚钻机钻进并顶进管棚，而后使用高压泵进行注浆作业。具体操作步骤如下：首先，需要顶进有孔钢管，并进行注浆作业。其次，需要顶进无孔钢管，通过注水的方式检测注浆质量是否达到标准。而后需要对偏斜度进行测试，该过程一般情况下采用光耙测斜仪进行。长管棚钢管在选择时宜采用无缝钢管，节长为4m 至6m。棚管接长需要先行把上根钢管顶入孔内再操作连接，采丝扣连接法，丝扣长为15cm。最后，为使支护效果达到最优，可采用超前小导管注浆加固技术进行结构的进一步加固。该技术的具体流程如下：第一，进行施工前准备工作。具体包含设备准备、管材加工、相关材料的准备以及机械准备等。第二，开始作业。喷混凝土将掌子面进行封闭，后钻孔打小导管，安孔口止浆塞，连接止浆管。第三，进行浆液的配置，而后进行注浆。第四，进行开挖作业。

2.4 防排水施工技术

在复杂地质条件下进行施工，需要避免工程项目建设活动对施工范围内的地下水资源和生态环境造成严重破坏。特别是在生态环境系统较为脆弱的区域进行施工，更需要关注该问题。为最大限度避免工程活动对生态环境的破坏，可采用多种手段进行综合防控。具体而言，在地下水较为丰富的区域进行施工，可以采用排水为主的处理方法，以此降低对地下水资源的不利影响。与此同时，需要根据现场施工情况设置帷幕对注浆进行拦截，最大限度保障地下水资源不受影响。总体来看，在防排水施工技术方面需要根据工程实际情况的不同采用防、排、拦、堵等方式进行处理。

3 结论

经过以上技术分析，结合类似工程施工实际，笔者得出了以下两点结论：第一，在复杂地质条件下进行铁路隧道的施工，工程效率将在多个方面受到影响。因此，为了使工程顺利进行，可以在工程开展以前充分做好调研和分析，为工程顺利开展提供数据参考。第二，在我国大量类似工程中，出现的各类问题和困难除天然地质条件带来的不利影响外，还有相应技术不成熟带来的影响。因此，需要不断完善在复杂地质条件下的施工技术，推动铁路建设事业发展。