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摘要:随着中国社会经济的快速发展,人们对铁路运输的要求越来越高,铁路隧道工程的建设技术水平也要不断提高,许多先进的铁路隧道施工技术在隧道工程建设中发挥越来越重要的作用,隧道在施工阶段克服了复杂的地质条件,如瓦斯、岩溶、膨胀岩、富水软弱破碎围岩、风积沙及含水沙层、岩爆、黄土、高原冻土等地质条件,为中国隧道工程发展奠定了良好的基础,铁路隧道施工技术有了质的飞越。
关键词:复杂地质条件;铁路隧道施工技术
前言:铁路隧道由于受地形限制不得不在复杂的地质条件下施工,隧道施工会遇到许多困难,一旦施工选择的施工方法不合理,过程控制不到位,就会发生危及施工安全的事故,所以隧道施工应根据实际地质情况,选择合理的施工技术,加强过程管控,以保证隧道建设的安全。
1.复杂地质条件对铁路隧道施工的具体影响
铁路隧道的建设本身是在山区穿越各种地层,会遇到许多复杂和多变的工程及水文地质条件,但复杂的地质条件也给铁路隧道的建设造成了许多困难,如瓦斯隧道施工为确保施工安全必须要采取瓦斯检测措施,防爆措施等;岩溶隧道施工要预防突水突泥;高地应力偏压隧道施工要预防及采取措施处理围岩变形;膨胀岩隧道施工要防止围岩遇水后的大变形;高原冻土隧道二衬施工要采取措施以保证混凝土的强度等;影响隧道施工的最重要的因素也就是地质条件,地质条件也在很大程度上决定了隧道施工工法的选择,尤其是复杂的地质条件对隧道施工影响较大,直接影响到铁路隧道的设计时速、建设工期、建设投入、施工安全以及运行以后的安全等。
2.复杂地质条件下铁路隧道施工难点
2.1安全意识淡薄
铁路隧道的建设本身危险性较大,又受到复杂工程地质及水文地质条件的影响,所以在施工过程中保障施工安全尤为重要。然而,一些项目管理人员、一线作业人员并没有意识到施工作业的危险性,在面对不同的地质条件时,安全风险意识薄弱,危险源辨识不足,仅仅凭借自己以往的经验施工,对地质情况认识不足,对超前地质预报不重视,甚至不施做,超前支护、锁脚锚杆等不按设计施工等违规作业现象频发,这样在施工过程中可能就会发生安全生产事故。
2.2施工技术应用不当
在复杂的地质条件下,铁路隧道的建设技术在很大程度上是保证工程质量及安全的关键。施工技术包括了用于隧道建设的先进的机械设备、超前地质预报技术、围岩监控量测技术、超前支护技术、液压仰拱栈桥技术、水沟电缆槽一体化同步施工技术、3D断面扫描技术、二衬带模注浆技术等;在施工过程中,尤其是在复杂地质条件下施工,选择使用合理的施工技术对保证施工安全及质量起到至关重要的作用,不仅能够提高施工效率,而且能够保证施工质量及安全,但目前很多施工单位在实际施工过程中,由于进度压力、成本投入,现场管理等原因,很多施工技术未真正应用到施工过程中去,如隧道在施工过程中未配备超前水平钻机,造成施做长度不足,超前水平钻探在很大程度上就会留于形式,尤其是在岩溶隧道施工时,可能会发生突泥涌水事故;在隧道锚杆施工过程中,如果依旧采用老式的人工钻孔安装的方法,不仅效率低,而且还存在很多危险因素,尤其是在水平岩层施工,可能会发生掉块伤人事故;在存在岩爆的硬质岩隧道施工时如不总结岩爆的规律,不采取措施提前进行围岩内部应力释放,在设备上不加装防护钢板,则可能发生岩爆弹射体伤及作业人员的事故,所以施工技术的合理选择对复杂地质隧道施工非常重要。
3.复杂地质条件下铁路隧道施工技术应用情况
3.1 先进施工设备的应用
先进的施工设备对复杂地质隧道施工来说,不仅有利于提高施工功效,又可以保证施工安全,下面以贵南高铁隧道先进施工设备应用为例来阐述先进设备在复杂地质条件下的应用,大方山隧道位于广西境内荔波到环江区间,全长9647m,设计时速350km,单洞双线,洞身有5947m,位于岩溶水季节变动带内,2450m位于岩溶水水平循环带内,岩溶水丰富,本隧道穿越1处断层破碎带,地表I类、II类洼地较多,施工过程中存在塌方风险,是典型的岩溶隧道;本隧道水文及工程地质条件复杂且洞身较长,施工分进口及出口两个工区施工,共配备4台三臂凿岩台车,2台锚杆钻机,1台超前水平钻机,3台液压式仰拱栈桥;采用超前水平钻机施做超前水平钻孔一次最长可达150m,对前方地质条件的探明起到了至关重要的预报作用;在III级围岩段落全部采用三臂凿岩台车施工,每月施工进度可达200米,与人工施工相比,在钻孔作业过程中不仅钻孔作业速度快,提高了施工功效,作业更加安全,减少了钻孔粉尘对作业人员的身体损害,而且提高了光面爆破效果,保证了工程质量;锚杆钻机的应用使得作业工人不再需要人工进行锚杆钻孔,采用锚杆钻机保证了作业过程中的安全,杜绝了掉块伤人事故的发生;采用液压式仰拱栈桥,避免了人工立模,保证了仰拱及二衬小边墙同步施工,提高了效率及施工质量;先进的二衬台车施工技术的应用在二衬施工过程中起到了举足轻重的作用,如二衬台车配备软搭接,避免了二衬相邻板棱角的破碎,二衬台车与布料机的有效结合,解决了混凝土分仓对称同步浇筑,提高了施工效率,保证了施工质量。
3.2 3D断面扫描技术及带模注浆技术应用
近年来在铁路运营过程中连续发生多起安全事件,均与隧道二衬施工质量密切相关,如二衬厚度不足,二衬背后空洞,防水板切割二衬等,越来越反映出二衬施工质量的重要性,但由于前期施工技术水平有限,施工过程中人员责任心不强,导致二衬施工质量欠佳,但随着3D断面扫描及带模注浆技术的应用,隧道二衬施工质量得到了有效提高;3D断面扫描技术即利用扫描设备分别在隧道开挖后,欠挖处理后、防水板铺设后进行隧道断面扫描,确定无欠挖,同时计算出混凝土方量,在二衬施工过程中,进行扫描方量与实际方量互相对比,来确定二衬混凝土施工的真实情况,同时在浇筑完成后利用二衬模板自带的注浆孔进行带模注浆,保证了二衬混凝土施工的密实性,提高了二衬施工质量。
3.3 长距离反坡排水技术的应用
在隧道施工过程中,也是由于地形的限制,不仅有顺坡,也有反坡,但在反坡施工时就会遇到反坡排水的问题,下面以贵南高铁上韶隧道反坡施工为例来阐述复杂地质条件下隧道反坡施工技术,上韶隧道全长3324m,该隧道为25‰的单面破,其中1145m位于岩溶水水平循环带内,719m位于岩溶水季节变动带内,也是典型的岩溶隧道,尤其是雨季出水量较大,根据设计及现场实际情况,进口顺坡施工2261m,出口反坡施工999m,出口施工时,洞内水向工作面汇集,需要及时抽排,以防止施工掌子面水积聚过深,影响隧道围岩的稳定和危及隧道施工的机械设备及施工人员的安全,影响正常的施工生产;该隧道反坡排水,采用机械排水,设置多级泵站接力排水,工作面积水采用移动式潜水泵抽至就近泵站或临时集水坑内,其余已施工地段隧道渗水经隧道边沟自然汇集到临时集水坑内或泵站水池内,由固定排水泵站将积水经排水管路抽排至上一级排水泵站内,如此由固定式排水泵站接力将洞内积水抽排至洞外,经污水处理池处理后排放,固定式排水泵站水仓容量按5min涌水量设计,并考虑施工和清淤方便综合确定;临时集水坑根据汇水段汇水量大小确定。工作水泵按使用及备用台数配备,针对隧道涌水量大时要适当增加工作水泵;同时为防止突水,利用高压风管作为1套应急排水系统。
4.结语
铁路隧道施工是在所有工程专业中最为复杂的,特别是在复杂的地质条件下要求管理人员要有较高的管理水平及技术储备,同时随着铁路隧道施工现代化水平的提高,新技术、新工艺的投入,要求我们在施工过程中要不断的学习,才能保证我们在复杂地质条件下隧道施工的安全与质量。
参考文献:
[1]《贵南高铁大方山隧道专项施工方案》
[2]《贵南高铁上韶隧道专项施工方案》
[3]《贵南高铁上韶隧道反坡排水专项施工方案》
[4]《高速铁路隧道工程施工技术指南》(铁建设[2010]241)