中铁十六局集团第五工程有限公司 河北唐山 063000
摘要：近些年来，我国社会经济飞速发展，交通工程建设也如火如荼。交通网络的建设和完善离不开高铁工程的施工建设，我国国土面积大，地质复杂，地形多变，隧道施工是高铁工程建设中的重要组成部分。目前我国在西部的高铁建设已经取得了一定成果，但也面临着一些困难，尤其是高铁隧道常常要穿越不同岩性接触带，这给高铁隧道施工带来了很多麻烦，大大增加了施工中遭遇围岩塌方、变形、支护事故的可能性。本文将对不同岩性下的多种施工方法进行分析，并比较选择出最佳施工方法，希望能够为实际的高铁隧道施工提供一定的参考。
关键词：铁路隧道；岩性；接触带；施工方法
引言
我国经纬跨度广，海拔起伏大，地形地势十分复杂，在进行高铁隧道施工建设时，往往会遇到各种各样的地理条件，有的地区地层条件复杂，岩性存在很大的差异，不同深度的土体软硬程度各异。当隧道建设需要穿越这样的土体时，就避免不了围岩变形的情况，甚至会发生塌方，支护开裂等安全事故，对施工质量和人员安全造成了严重的危害。为了保证施工的质量与安全，降低事故风险，就穿越不同岩性接触带施工方法这一课题进行研究十分有必要，但是从现在的研究状况来看，关于这一课题的研究成果十分有限。本文将结合实际案例，对穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带施工方法进行研究，分析各种施工方法的应用效果，最后比较选择出最佳施工方法，最大程度提升施工的质量与安全。
1工程概况
贾塬隧道属于银西铁路建设的一部分，也是其中施工的重点路段，隧道深埋在14到260米之间，总体长度为11860米左右。地质地形极为复杂，施工风险大，难度高。通过查阅相关资料得知，给高铁隧道需要多次穿越不同岩性接触带，本文选取了红黏土和砂岩夹泥岩的接触带的施工路段作为案例来进行分析。所选取的接触带可以分为两个地层，上部是红黏土，主要由黏粒构成，结构稳定紧密；下部是砂岩夹泥岩，结构为层状，风化程度较高，上下两部分都为Ⅳ级围岩。
2施工方法分析
2.1施工方法对围岩变形影响的分析
围岩变形是隧道施工中极容易超成的一种现象，在高铁隧道施工过程中应用不同的施工方法对不同岩性接触带围岩造成的位移变形情况有所不同。
应用三台阶法比较容易导致围岩竖向位移，通过分析围岩各部位的位移变形情况可以发现，拱顶、拱肩这两处位置发生了比较明显的沉降，拱脚和仰拱两处位置则发生了隆起，且变化不太明显，难以发现变化的位置是拱腰位置。除此之外，拱肩位置水平收敛的程度也比其他位置要大。案例中的土层上下岩性不同，分别是红黏土和砂岩夹泥岩，将围岩位移变形的情况同均质地层进行比较发现两者之间存在较大差距，案例中的各部位的位移之间的差值要远远大于均质地层情况下的位移插值。因此，我们可以得出结论，在不同岩性接触带施工会导致不同位置围岩发生不同程度的位移，并且土层位置的变化程度要比岩层位置的大。案例中隧道穿越了不同岩性接触带，使用三台阶法开挖施工致使土体受到了不同程度的干扰，其中红黏土表现得更易受到影响，拱顶和拱肩位置的变形主要是由上台阶开挖施工导致的，其位移程度是总程度的六到七成。
总体上看，红黏土层的围岩变形更加明显，主要表现在拱顶和拱肩两个位置。利用软件模拟不同施工方法发现，不同的施工方法没有对拱顶位移变化规律产生影响，都表现为开挖施工不断推进而拱顶逐渐收敛。但是不同施工方法导致的位移程度有所不同，通过比较发现，导致水平收敛位移程度由大到小的施工方法分别是三台阶法、三台阶预留核心土法、三台阶临时仰拱法以及三台阶七步法。与此相似的是拱肩位置的位移变化，其竖向变化规律同样不受施工方法的不同的影响，但是水平变化规律则并非如此，临时仰拱法导致拱肩水平收敛位移程度最小，而综合竖向和水平位移变化发现，三台阶七步法导致的位移变化程度最小，三台阶法最大。
综上所述，土体岩性不同的情况下，建设高铁隧道时，应用不同的施工方法会对不同位置的围岩造成不同程度的位移变化。三台阶七步法造成的影响最大，其次是临时仰拱法和预留核心土法，三台阶法影响最小。不同施工方法影响的差异主要表现在给掌子面造成的干扰以及支护封闭上，于前者而言，预留核心土法和三台阶七步法表现较好，因此，造成的位移也较小；于后者而言，临时仰拱法表现较好，造成的水平收敛变化也较小。
2.2不同施工方法对围岩应力影响的分析
围岩应力主要指的是在高铁施工时土体受力状况，通过对围岩应力进行分析和比较能够及时找出其中受力能力差和结构稳定性差的位置，以便对此采用相应处理措施来保证施工顺利进行。围岩塑性区能够帮助施工人员了解塑性变形区域。
在高铁隧道开挖施工中应用不同施工方法，可以发现整体压应力最为集中的位置一般情况下在于下台阶与拱腰相交处。应用预留核心土法、三台阶七步法对围岩应力造成的变化相同，临时仰拱法造成的应力集中数值较小，集中区域也较大，也就是说这种方法有助于均衡围岩应力，可以减少施工对于围岩结构稳定性造成的破坏。除此之外，通过对不同施工方法造成的围岩应力进行分析和比较，能够明显发现隧道上下部分的应力存在显著差异，接触带以上的部分应力远远小于一下的部分，这与红黏土层发生了位移有关，位移有助于土体应力的释放。高铁隧道开挖施工结束后，能够发现拱腰位置存在应力集中带，应用三台阶七步法造成的应力值最小且不同位置变化较小，三台阶法造成应力集中现象最明显。
2.3不同施工方法对支护应力影响的分析
由于不同的施工方法对土体上下两种地层的围岩变形和应力情况造成的影响不同，所以这两个部分的支护应力也就存在一定的差异，这就表示支护安全性也会受到不同施工方法的影响。
在进行高铁隧道开挖施工的过程中，一般情况下，施工不断推进，结构支护应力也随之不断提高，并且在施工结束后升至最高点。通过对不同施工方法的应用进行模拟和对比分析，我们发现应用临时仰拱法时支护应力最大，其次是三台阶法和预留核心土法，造成支护应力最小的施工方法是三台阶七步法。但是不论使用哪一种施工方法，拱肩位置的支护应力都是最大的，所以，当施工单位进行施工时必须注意这一位置，针对此制定相应的方案。除此之外，应用预留核心土法和三台阶七步法时，各个位置的支护应力更为均衡。因此，这两种方法的应用效果更好。
结语
综上所述，当高铁隧道施工必须穿过不同岩性接触带时，必须合理选择相应的施工方法。不同的施工方法对围岩变形情况、围岩应力情况以及支护应力情况造成的影响存在差异。应用三台阶七步法，能够有效控制围岩的位移程度，造成的围岩应力最小且更为均衡，不会造成明显的应力集中现象，对支护应力的影响也最小，对围岩和支护结构稳定性造成的损害也最小。因此，在这种情况下，三台阶七步法具有更强的应用价值。
参考文献：
[1]石常艳.浅谈隧道土石分界段施工技术［J］.黑龙江科技信息，2017（7）：198-199.
[2]何金峰.土石交界地层隧道开挖围岩与支护结构稳定性分析［D］.长沙：中南大学，2011.
[3]王磊.地质偏压隧道围岩压力分布及衬砌安全性的分析［D］.成都：西南交通大学，2008.
[4]于介，谷笑旭，尚应超，蒋雅君，杨文波.高铁隧道穿越不同岩性接触带施工方法研究[J/OL].铁道标准设计：1-9
[5]李雪峰，尚应超，张斌，杨文波，蒋雅君.隧道穿越不同岩性接触带支护应力及变形分析[J].施工技术，2019，48（S1）：605-610.