复杂地质条件下铁路隧道施工技术要点分析与讨论

复杂地质条件下铁路隧道施工技术要点分析与讨论

汤尚茂

中铁十一局集团第二工程有限公司

摘要：随着经济时代的发展了，跨地域的经济物质文化交互频率明显加快。铁路作为五大基本交通方式之一，有着不可言说的重要意义。然而现实情况中经常会发现铁路沿线的地质条件复杂，或地质地基称重弱，或开采隧道难度指数大，等等诸多情况，对我国铁路隧道施工技术提出了新的要求。本文通过对复杂地质的情况进行简要概述，通过具体分析复杂地质铁路隧道施工技术要点，最后文章着力于复杂地质条件下铁路隧道施工的施工注意事项和合理化建议。

关键词：复杂地质；铁路隧道；施工技术；地质因素

【前言】

我国有960万平方千米的土地，上下横跨了三个温度带，地貌复杂，平原、丘陵、高原、盆地等地形遍布全国。在这样广袤的领域上建设铁路网络，可谓是要面临种种的地貌地质问题。铁路隧道施工中会面临到很多不一样的复杂地貌，会有不一样的技术难题攻关，本文基于复杂地质条件下铁路隧道施工技术要点进行分析与讨论，着重分析浅埋软岩大跨度铁路隧道施工技术、超大断面铁路隧道施工技术、特长高速铁路隧道施工技术、隧道下穿既有铁路隧道施工技术、小净距铁路隧道施工技术等五种比较普遍的施工技术。

1复杂地质的情况概述

1.1复杂地质的地质特点和分类

何为复杂地质？

复杂地质条件，主要是工业工地施工情况的对特殊地貌地质的一种描述，复杂地质是指在变化剧烈的地层、土壤结构属性、岩石层的属性、地质构造、矿产分布、施工区域水文等各种地质，相对而言这些地质的构造都过于复杂或者过于单一，无法直接其之上直接进行铁路隧道的建设。常见的复杂地质有复杂断块、超大截面断层、相变快的陆相沉积、浅埋软岩等等。

复杂地质的地质特点相对统一，一般复杂地质附近或多或少的都发育地质灾害，而且一般都比较强烈，复杂地质中地形与地貌类型通常都糅杂，常常是几种复杂地貌并发存在。而且，复杂地质的地质土壤层构造相对复杂，其岩石层的岩相相对不稳定，由于复杂地质岩土体工程地质性质不良，一般都是达不到直接施工的地址要求标准，要通过相应的技术处理之后才能正常进行施工。复杂地质的水文地质条件也一般不乐观，复杂地质附近破坏地质环境的人类工程活动相对也比较频繁和强烈。

在工业施工中，会将不同的复杂地质分成“复杂”、“中等”、“简单”。“复杂”是指地质灾害发育强烈、地形与地貌类型相对复杂、地质构造条件不良、破坏地质环境的人类工程活动强烈等[1]，如果遇见上所述五种情况中的一种或几种，即可划分为复杂类型。“简单”地质相对而言比较好施工，地形简单，地质灾害一般不发育，工程地质、水文地质条件也都比较乐观。而“中等”地质便是介于“复杂”地质和“简单”地质程度间，相对而言亦需要进行相应的施工改造之后才能进行正常的施工[2]。

隧道进入灰岩、白云岩、白云质灰岩地段后，经过检测发现，在很多地方，地下水具有腐蚀性，主要有分解类弱腐蚀和结晶类中等腐蚀两种情况。可能会降低隧道衬砌结构的强度、缩短隧道衬砌结构的使用年限。其原因主要由于可溶性灰岩的岩性造成，腐蚀的类别又与灰岩的种类及地下水的作用有关。

表1腐蚀性地下水防护措施表

1.2复杂地质建设铁路的重要性和现实意义

时代发展迅速，为了满足人类现代化的发展需求，平民大众对我国铁路建设情况和进程也越来越关注。近几年，我国铁路建设取得了较大的发展，铁路的建设规模、铁路的设施设备及相应的铁路路网结构都取得了全方位的发展和创新。并且，我国铁路也越来越注重人性化和科学化的建设，建设时会充分考虑我国地域分布、人口流动分布、交通疏通等等情况

虽然我国的铁路隧道建设取得了较大的发展，为了打破地域限制，实现宏观铁路网的布局，深入开发铁路高技术是铁路隧道建设中的重中之重。在面对复杂地形时，如何进行铁路隧道技术攻关变得尤为重要。复杂地形下的铁路隧道建设具有市场性的经济效益，对完善基础设施建设，方便人们出行也有莫大的现实意义。加快发展复杂地形下的铁路隧道建设，有利于加强不同地区的物质文化交流，打破地域的局限性，提高物质文化交互的水平和质量。

2复杂地质铁路隧道施工技术要点

2.1浅埋软岩大跨度铁路隧道施工技术

浅埋软岩，根据地质学中对的岩性专业划分，地质软岩具体是指强度低、孔隙度大的岩层，这类岩层胶结程度相对较低，而且受构造面切割及风化影响比较显著，此类岩层一般都或多或少的含有膨胀性粘土及各种沙粒状的矿物，主要表现在土壤的松、散、软、弱等[3]。工业中的浅埋软岩，一般是多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质砂岩等，其抗压强度通常都小于25MPa，且常常是天然形成。工业中的浅埋软岩比较难塑性变形，地表土质结构相对复杂，具有软、弱、松、散等低强度、弱承受力特点。在实际铁路隧道施工中，要格外注意软岩的工程力荷载量，要适量适度的改变软岩的强度和工程力荷载力，从而保证施工的安全科学进行。。

在浅埋软岩大跨度铁路隧道施工技术中，重点在改变或者改进原有软岩的地质条件，施工工作技术要点应在加固地基上，要运用合理的方法，通过借助外力来减轻铁轨对地质表层的负压力，最大化的缓冲浅埋软岩的地表承受力，对顶板支护荷载的确定一定要过缜密、严谨、科学的计算和复核。

在现实生活中，为简化顶板支护荷载的计算，最大化保证铁路隧道的安全系数，一般会塑性流动区及塑性软化区岩体的内聚力默认为零，从而将剪切面上的残余内摩擦力也融入计算和考虑的范畴之中，此时顶板的支护荷载为：

PRS=k.（WIC+WIE）（1－sinβtanφ*zcosβ）/LC′D′（23）

此公式中，φ*z为直接顶残余内摩擦角（°），而WIC为靠近实体煤侧直接顶重量（kN），在这种情况下，WIE将最大化靠近采空区侧直接顶重量（kN）。LC′D′为弧C′D′的长度（m），其中k为安全系数，一般取值范围为1.05～2.0。

单纯平均法是将掌子面观察结果进行定量的评价，而后与一些量测结果比较，判断支护体系是否合适的方法，是一个极为简便的方法。在定量化时，假定掌子面观察项目的权值是相等的，并假定分级是符合线性关系的，各项目按满点100点进行换算，即：

Ei＝ri?/?Ri×100

式中：Ei：掌子面观察项目i的换算点

ri：掌子面观察项目i的判定等级

Ri：掌子面观察项目i的等级

围岩的综合评价按下式决定。

PM＝?Ei???N?????式中：

PM：围岩综合评价点???????????N：掌子面观察项目总数

掌子面状态的观察项目从换算点，因判定为4级中的3，故E＝3?4×100＝75点。与其他观察项目的换算点合计在一起，以观察项目总数N＝7除之，得：????????????PM＝（75＋40＋50＋100＋50＋20＋40）??7＝54点

围岩综合评价点数越大，表示围岩越差。此法的问题是，是把定性的情报，机械地加在一起，适用性、精度等都较差，利用时要加以注意。

2.2.超大断面铁路隧道施工技术

大断面是指在铁路隧道工程开挖时遇到的断面较大的情况，在现实铁路隧道施工工程中，大断面开挖受力情况很是不利，而且随着开挖断面积的增大，施工难度也将会急剧增加。

大断面施工特点相对比较复杂，特别是在一般地质条件下的初期支护技术补充的的情况下，不良的土壤表层地质条件的超前支护技术相对而言还不太成熟，显示的铁路隧道施工情况的的确确对铁路建设提出了很高的新要求。在大断面的条件下，铁路隧道的施工技术一定要要特别关注初期支护工作，并且一定要保证超前支护的施工质量。开挖底部转角时，应力经常会出现集中过度的现象，从而也会对地基承载力产生一定的影响。同时，铁路隧道开挖宽度和开挖高度越大，对成拱效应的形成条件要求也就越高，在这种情况下一定要加强支护结构的加固和巩固工作[4]。支护工作要注意循序渐进，要有条理，有顺序，如下图所示。

2.3特长高速铁路隧道施工技术

在铁路隧道建设中，一般情况下，500米以下会被界定为为短隧道，长度大于500米而小于1000米的会被界定成中隧道，长度长于3000米但低于10000会被界定成长隧道，而长度超过10000米的将会被称作特长隧道，特长隧道也是对铁路隧道施工技术要求最高的一种隧道形式。

在特长高速铁路隧道施工技术中，为了保证四周围岩的稳定性，施工技术人员一般需要进行相应的支护和辅助性修砌（衬砌）。在现实操作中，一般的支护方法有很多，像喷射混凝土、锚杆、钢架、钢筋网等均是比较常见的手段[5]。在特长高速铁路隧道施工中，一定要注意安全问题，注意防止塌陷事故的发生。相应的支护和辅助性修砌（衬砌）需要进行准确的计算，并且要重视后续的安全维护和铁轨保养。

2.4隧道下穿既有铁路隧道施工技术

随着经济的不断发展，铁路建设中经常会面临新建铁路与既有铁路和公路会形成交叉这样的情况。通常情况下，施工技术人员为了防止交叉影响的出现，会采用隧道下穿既有铁路隧道的方式，这种方法的确解决了线路交叉的问题，但会一定程度上造成既有路基沉降的问题。

为了确保铁路施工安全，铁路隧道技术人员必须根据隧道下穿既有铁路隧道路基沉降规律，采取科学有效的方法，保障隧道下穿既有铁路隧道的施工质量[6]。隧道下穿既有铁路隧道对于路基影响，可分为两类，一是路基下沉，二是路基排水系统破坏。地基下沉问题的主要原因是地表地质的超负荷承重，隧道开挖必然会引起地质地层的下沉，造成地表覆盖土层密实度降低。而对排水系统的破坏，实际上是由路基表层发生凹陷等问题，从而造成地基表层排水设施破坏，电力设备通讯设备受影响，从而造成路基排水不畅，对隧道下穿既有铁路隧道的安全性形成不利影响[7]。一般情况下，我们会通过弹簧垫圈、压板、保护罩等技术进行加固，如下图所示。通过各种钢结构的构造减少对地表地质的负压力，从而维护铁路轨道的稳定性。

3复杂地质条件下铁路隧道施工的施工注意事项和合理化建议

3.1复杂地质条件下铁路隧道施工的施工注意事项

铁路是作为人们出行的五大交通工具之一，尤其本身的便利性和快捷性。铁路的运力便宜，不受天气影响等优势，为人们的出行与货物运输起到了极大地促进作用[8]。但是在铁路施工技术上还存在很多没有攻克的技术难关，特别是在铁路隧道施工方面，在不同的复杂地质情况下，铁路施工技术还有还很大的进步空间。

在复杂地质条件下铁路隧道施工中，一定注意轨道的变形和形变问题，注意对铁路隧道进行定期的维护和保养工作。同时要注意地基下限问题，尤其是地表变形和铁路隧道的坍塌，一定要对安全性问题起到足够的重视。最后要注意经济效益和实用性并存，要注意工程造价的经济合理性和实用性

3.2复杂地质条件下铁路隧道施工的合理化建议

3.2.1安全是基础，是基本大前提

安全是铁路运营的最基本的前提，如果安全问题不能保证，那铁路轨道建设的所有问题都是“纸上空谈”。要注意地质的稳定性，注意铁路隧道的老化和形变。

3.2.2经济是可行性的必要条件，技术才是硬道理

经济决定上层建筑，在复杂地质的铁路隧道施工中，要注意经济型和市场相结合，在经济可控或者经济合理的情况下，加强对铁路隧道的技术攻关。在相应的复杂地貌中，我们要注重技术的改进和技术层面的创新，竭尽全力地加强复杂地质的铁路隧道技术支持，从而打破铁路网络的宏观布局限制。

【总结】：复杂地质条件下铁路隧道施工技术的改进不是一朝一夕的，谨以本文，望有助于铁路隧道施工技术的改进。

参考文献

[1]叶立刚，.复杂地质条件下的铁路隧道施工技术分析[J].绿色环保建材，2016，（2）.

[2]陈远，.铁路隧道施工技术常见不足点及解决措施[J].低碳世界，2016，（29）.

[3]万恩峰，.浅埋软岩大跨度铁路隧道施工技术研究[J].建材与装饰，2017，（13）.

[4]赵春平，.超大断面铁路隧道施工技术要点探讨[J].建材与装饰，2017，（32）.

[5]张沈阳，.特长高速铁路隧道施工技术[J].科技与企业，2015，（22）.

[6]赵侃，.新建九燕山隧道下穿既有铁路隧道施工技术[J].价值工程，2012，（23）.

[7]余大龙，.小净距铁路隧道施工技术探讨[J].科技创新导报，2011，（27）.

[8]孙莹玺，.论述铁路隧道施工技术常见问题及改进措施[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2014，（5）.