复杂地质条件下铁路隧道施工技术的难点分析

沈 培

(中铁十二局集团第一工程有限公司， 陕西 西安 710000)

1 工程概况

新建兰新铁路东起新疆哈密市、鄯善县、吐鲁番市，西至新疆维吾尔自治区首府乌鲁木齐市，正线全长518km。为新建兰州～西宁～乌鲁木齐第二双线铁路项目的一部分。LXTJ8标段工程全部位于乌鲁木齐市达坂城区境内。线路东起白杨河大桥兰州端（DK1751+657），上跨白杨河后，以4.6km长隧道穿越天山，接特大桥上跨高速公路、既有兰新铁路后，至标段终点（DK1794+000），全长42.382km。工程内容为本标范围内迁改、路基、桥涵、制架梁、隧道、无砟轨道道床、大临设施及过渡、综合接地、接触网立柱基础、声屏障基础、电缆沟槽、连通管道等站后工程中有关接口工作内容。

本工区承担DK1767+605～DK1783+000段工程，共15.395km。工程内容为本标范围内迁改、路基、桥涵、无砟轨道道床、大临设施及过渡、综合接地、接触网立柱基础、声屏障基础、电缆沟槽、连通管道等站后工程中有关接口工作内容。

2 工程地质情况

本段线路属中温带干旱大陆性气候区。以气候干燥，降雨量较少，冰冻期长，昼夜温差变化较大，春、秋季多风，夏季短促而炎热，冬季漫长且寒冷为其主要特征。年平均气温6.3℃，极端最高气温31.3℃，极端最低气温-31.9℃，年平均降雨量63.2mm，平均风速及主导风向为6.2WNW，年均在风日数（≥8级）156.8d，最大积雪厚度11cm，最大冻土深144cm。

沿线水文地质条件相对简单，地表水相对贫乏，本段有白杨河可供施工用水；地下水主要为第四系孔隙潜水，地下水埋深一般＞50m。第四系孔隙水一般对混凝土具硫酸侵蚀性。戈壁漫流区防洪也是施工特别注意的安全问题。

3 在施工环境较为复杂的时候进行铁路隧道施工

3.1 有效应对突水突泥的状况

本次施工项目在施工的过程中很容易出现突水、突泥等现象，并且在出现灾害的时候情况会出现迅速地恶化，还会造成大面积的影响。主要会发生灾害的种类有地表坍塌、掌子面涌水、特大突涌水、涌水突泥、洞内塌方以及初支垮塌等现象，并且在施工的过程中会出现大突水量达1280m3/h，在此过程中总共会出现的突水量能够达到25×104m3，还会出现2500m3的泥沙淤积现象，对正常的施工操作带来十分严重的影响。出现这种现象的主要原因有施工过程中的水压较大、并且有着较多的地下水。因此在进行施工的时候，在DK96+505～DK96+530有着较多的地下水并且还分布着较为广泛的风化花岗岩，长度能够达到25m，在施工的过程中出现了较为严重的突水突泥现象，涌泥量能够达到3×104m3，并且在隧道里面出现230m淤积地带，从而造成了地表塌陷的现象，深度能够达到20m。

3.2 施工过程中所出现的边坡失稳现象

在施工的地点分布着较为广泛的风化花岗岩，在此之中有着很多的云母，结构不稳定，并且水稳性不是很好，因此在施工的过程中极易出现滑坡的现象，甚至会出现大面积的滑塌现象。

在施工的过程中会产生大面积的风化花岗岩边坡，这种边坡的主要特点是岩体较为破碎，并且没有很好的稳定性，不能有效地抵挡冲刷的作用。在通常情况下，边坡会受到较为强力的压力，并且还不易发展拉应力区的位置，边坡在一般情况下能够维持自身的稳定；在对隧道进行开挖的时候，因为在边坡的位置存在着大量的花岗岩，岩体会受到使用的影响而出现松动的现象，要是松动的范围比较大，就会使岩体失去自身的稳定效果，从而导致滑坡现象的出现。因此在施工的时候，边坡失稳在通常情况下都是受到施工的影响出现松动或者是完成开挖之后没有进行有效的保护。

3.3 在施工的过程中洞室无法不能保持自稳、冒顶、坍塌

实际的施工操作表明，要是花岗岩出现的风化现象较为严重，就会给正常施工带来很大的难度，围岩的形状会表现出砂土状，稳定性和含水量之间有着十分紧密的联系。要是含水量太低的话，围岩在开挖的过程中就会出现滑塌的现象，要是含水量太高的话，围岩就会出现蠕变的情况，这样就会对围岩的控制带来很大的困难，从而带来很多的隐患[1]。除此之外，围岩的密度比较大，并不具有很好的渗透能力，因此在注浆的时候就无法达到良好的固结效果。在实际操作的过程中，也经常会出现坍塌的事故，给正常的施工带来了十分严重的影响。就像在隧道里程DK203+992.2的位置会发生掉块或者坍塌的情况。

在施工操作的第四坡系、残积土的时候过程中会受到风化花岗岩的影响，从而造成了大面积的坍塌以及冒顶等现象，导致施工无法顺利进行，延长了施工的工期。

4 采取有效的解决方式以及所取得的成果

4.1 对突水突泥现象的预防方式以及所取得的成效

在施工的过程中极易出现突泥突水的情况，针对这种现象的存在，在施工的过程中需要结合工程的特点以及生态环境的因素，始终按照“堵排结合、动态施工”的方式进行施工，对注浆的过程不断进行完善，以对动态施工相互协调的方式进行施工。

帷幕注浆主要就是在施工的过程中在钻孔里面注入大量的浆液，从而使各个孔洞之间形成紧密的联系，从而形成一道较为完整的混凝土防渗墙，这样就能使水流出现断流，以此来进行防渗堵漏。

在此之中，在容易出现扰动和水压较低的位置进行施工的过程中，可以通过全断面帷幕注浆的方式进行施工，但是在对扰动情况严重、水压相对较高的位置进行施工时，需要通过复合帷幕注浆的方式完成施工操作，也就是需要开挖的位置通过相应的方式来形成一个止水圈，接着再通过水泥浆进行相应的加固。再通过相应的施工操作，掌子面位置的浆脉会出现大量的集中，并且密集的程度也比较高，渗水量会出现十分明显的下降，堵水率的效果能够达到90%。在对软弱带进行施工的过程中，始终按照“旋喷加固、超前管棚”的方式进行相应的治理。

在积水较多的位置设置排水沟，并进行相应的加固，或者进行相应的超前支护。研究表明，通过设置排水沟的方式能够进行很好的控制，涌水量在45m3/d明显下降到了7.8m3/d，稳定性得到了明显的提升。

4.2 应对边坡失稳现象的主要措施以及所取得的效果

在施工的过程中需要对边坡进行及时的防护。在施工的过程中一级边坡的位置通过绿化护坡支护+锚杆框架的方式进行施工；在二级边坡的位置通过砂浆锚杆对其进行相应的加固；在三级边坡施工的股从衡中，通过钢筋网、植草护坡的方式进行相应的防护。

针对边坡进行出现坍塌或者裂缝的现象，研究表明，能够通过水泥砂浆的方式对其进行封堵，在裂缝的位置可以使用φ42钢管对其进行加固；在地下水较多的位置，由于水稳性的效果不是很好，就需要使用排水沟的方式进行排水；岩石边坡进行坍塌了，就需要通过重新刷坡的措施来解决。

通过进行加固等方式之后，边坡的位置涌水量出现了很大程度的下降，而且稳定效果也得到了很大的提升。

4.3 洞室不能进行有效的冒顶、坍塌、自稳的预防方式

为了有效地预防隧道出现变形、冒顶等情况，在施工的过程中通过“高扬工法”的方式来进行相应的防护。施工表明，采取措施之前拱顶下降了76mm，采取措施之后拱顶下降了12mm，这就有效地保证了支护结构的稳定，并且这种方式操作简单，值得在施工的过程中推广使用。

除此之外，还能够通过旋喷桩进行相应的加固工作。旋喷桩能够设置在相应的位置上，其混凝土壳体可以保证坡体的稳定性，在开挖的时候会出现旋喷桩壳体变形的状况。沉降值通常会出现在仰拱开挖的过程中，但在位移出现的3个开挖阶段，其不会出现明显的变化，这就说明这种方式能够对抑制沉降起到较为明显的效果。在对风化程度较高的位置进行施工的时候，通过相应的加固方式、选取较好的参数以及施工工艺进行施工，并对其进行了相应的加固，从而避免了施工过程中大变形、掉块、坍塌等现象的出现[2]。在经过相应的操作之后，洞室的变形情况得到了改善，并且有效避免了坍塌、掉块等现象的出现。

5 结束语

综上所述，在复杂地质条件下进行铁路隧道施工时，对于全强风化花岗岩地段，因为围岩的稳定性和强度比较差，在进行围岩开挖过程中容易出现蠕变变形和坍塌等情况，为了避免出现上述地质灾害，可以使用全断面帷幕灌浆、复合帷幕灌浆和增设排水沟的方式来对地下水进行疏通，并采取注浆堵水措施进行处理，从而降低隧道的渗水量和涌水量。对于隧道洞室冒顶和坍塌变形的情况，可以对拱顶采取旋喷桩进行加固，对于一些比较复杂的地段需要采用超前注浆和超前支护的方式加固隧道。对于边坡失稳的情况，要先对边坡进行防护，并缩短边坡暴露时间，对于没有出现滑坡和裂缝的边坡，可以使用钢筋网和锚杆+绿花坡的防水进行支护。而边坡有垮塌和裂缝的情况出现时，则需要利用钢化管注浆的方式对坡面进行加固，必要时可以重新进行刷坡。

[1]汪德志.复杂地质环境下隧道施工技术[D].成都：西南交通大学，2011.

[2]王晓佳.复杂地质条件下铁路隧道施工关键技术分析[J].工程建设与设计，2017（06）：146-147.