邓磊磊

（北京铁城建设监理有限责任公司，北京 100855）

随着我国交通事业的快速发展，铁路作为最重要的交通工具，建设规模也在迅速扩大，我国地大物博，天然地形和地质环境较为复杂，为了缩短线路距离、改善运行条件等，在铁路建设时经常会通过隧道等方式进行，隧道也成为铁路网施工中的主体结构之一，而在施工过程中若遇到岩溶地质、特殊岩土等不良地质条件，不仅影响隧道施工质量，还对施工安全和人身安全造成一定的威胁[1-3]。所以，本文以某隧道为例，针对该隧道在挖掘过程中遇见的不良地质条件采取有效的施工方法，保证施工安全和隧道质量。

1 项目概况

隧道工程处于长江支流二道河与杜家河之间，全长4 555.25 m，最大埋深约273.4 m，隧道采用CRTSI型双块式无砟轨道，为时速350 km单洞双线隧道。隧道洞身主要穿越碳酸盐岩地区，基岩总体为缓倾岩层，地质条件复杂，岩溶较发育，存在突水突泥、掉块等，安全风险高。隧道出口处山体坡度较陡，岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，局部发育陡倾节理，坡表零星分布松散危石。隧址区位于黄陵背斜东南翼，岩性主要为白云岩、白云质灰岩，基岩总体上为缓倾岩层，倾角大部分小于20°，陡倾节理较发育，岩体切割为块状，施工开挖易掉块。隧道范围基本均为可溶岩地层，岩溶水是隧址区的主要地下水类型，也是主要的不良地质问题。水文地质条件主要为小木坪岩溶水系统，小木坪岩溶水文系统发育有隧址区面积最大、汇水区域最广的2个岩溶洼地：小木坪洼地和大木坪洼地，为小木坪水文系统的主要补给区。该处一般情况下地下水直接经由下部溶洞排泄至鲶鱼泉；该处隧道轨面标高为225.4 m，岩溶水管道位于轨面以上，隧道洞顶距离管道底部高约15 m，预测正常涌水量为5万m3/d，最高涌水量为50万m3/d，地下水主要受地表水补给，对降雨的反应比较敏感，流量施工难度大。

2 不良地质施工方案

隧道施工地质复杂、不良地质较多且安全风险高，如何顺利通过不良地质段是本隧道施工重难点。不良地质有岩溶、断裂带、突水突泥、危岩落石和缓倾岩层等，针对本隧道的不良地质类型，采取相应的施工方案。

2.1 穿越断层破碎带施工方案

隧道穿过破碎带时结合施工实际，超前地质勘探情况，对断层破碎带加强超前预支护，并严格遵循“短进尺、不爆破（或弱爆破），强支护、勤量测、早反馈”的软弱围岩施工原则进行施工。

2.1.1 查明隧道地质异常区结构及特征

隧道施工通过断层及岩层破碎区域，整体施工难易程度和工程效率与地质异常区结构及特征、波及范围、波及程度、岩层导水性及隧道整体设计走向与断层构造发育方向之间的空间几何关系等密切相关，所以为了保证隧道高效、安全通过地质异常区，就必须采用物探、钻探等多种手段对断层及岩层破碎区域进行探查，查明和掌握地质异常区的整体结构及特征。基于隧道施工区域已有工程水文地质资料，本次隧道施工超前探测选用瑞士安伯格测量公司生产的TSP203型号超前地质预报系统，考虑隧道工程地质条件和水文地质条件的特殊性，综合GPR技术、红外探水仪等进行地质异常区超前预报和探测分析，并针对可能存在的断层及破碎异常区采用超前钻探验证，及时准确查明影响隧道施工的地质异常区范围及特征，为调整施工方法、加强超前支护等提供精确的地质指导和地质预报。

2.1.2 合理施工方法

根据超前探测结果和地质水文情况预报，可以及时了解和掌握隧道施工现场地质条件及地质水文情况，参照地质异常及特征选用超前支护、破碎带注浆和导水裂隙注浆加固等多种超前预防施工方法。经检查注浆效果合格并施工超前支护后再进行开挖，采用三台阶法+临时仰拱开挖，开挖采用风镐开挖。由于断层及破碎带等区域地质条件的特殊性及施工难度，应当严格按照施工顺序，控制隧道循环进尺，强化喷、锚、网和钢架支护，并进行有效动态变形监测，保证隧道整体结构的稳定性和施工安全性。

2.2 隧道穿越岩溶段施工方案

和上述隧道过断层及破碎带的地质异常区一致，都必须依据隧道施工区域地质资料、超前地质预报和现场岩溶特征、影响范围、导水性和岩层结构等探测查明情况，依据对隧道施工整体的影响程度采用引、堵、越、绕等技术方法进行处理，如图1所示。对导水性强、对隧道施工影响程度较大的区域，针对性采取不同的注浆封堵加固措施，通过人为干预强化岩溶区域内整体岩层结构强度和稳定性，促使岩溶区段岩体达到隧道施工安全保障和稳定性的承载能力，以限制排水量，实现控制排放，并与喷锚支护一起共同保证施工期间洞室稳定及安全。

图1 岩溶施工处理措施

但为了保证隧道施工人员安全，应当强化对岩溶岩层的检查，严格遵循“敲帮问顶”，有效消除危石，而当隧道顶板成型较差造成溶洞顶板高情况，应当及时防护。岩溶区段受隧道施工扰动容易发生岩体结构强度失效等情况，所以应当尽可能降低施工扰动影响，例如在爆破作业的时候，采用多打眼、少药量及短距离等方法来降低作业对岩溶区域的影响，保证施工安全。

2.3 穿越突水、突泥地段施工方案

根据设计文件的地质资料显示隧道洞身穿越多处接触带及节理密集带，可能形成贯通性输水管道，施工中应结合超前地质预报防涌水、突水和突泥。前期水文资料预测隧道施工区段正常涌水量为5万m3/d，最高涌水量为50万m3/d，为了有效消除隧道施工过程中突水、突泥事故发生造成的较大危害，必须依据探测结果采取封堵防水、疏放排水等方法提前做好突水防治。封堵防水主要是利用注浆加固方式，依据涌水量大小设定注浆加固强度和支护强度，起到有效防护作用。

施工时，也应当针对突水、突泥区域进行针对性的施工支护和方法，采用小导管替换原有支护锚杆，并根据施工区域内渗漏水情况施工一定数量的钻孔，并连接排水管，用于涌水引流，同时为了防止隧道内涌水积水，必须开挖一定的排水沟或引流渠，将排水管引水引流至隧道外。

2.4 其他不良地质施工方案

由于隧道施工区域地质条件复杂，岩体节理裂隙和陡倾较发育，在施工过程中可能会遇到危岩、落石或者缓倾岩层。根据已有地质资料，洞口段施工前，先对坡面松动、突兀的危岩危石采取爆破或人工清除方式进行清理（从上往下），局部难以清理的危岩体采用C25混凝土支顶、嵌补；清除松动岩块后，采用GPS2型主动防护网防护，主动网密贴坡面，锚固牢靠，并于洞顶上方适当位置设置2道RXI-150型被动拦石网进行防护，防护网高度7 m，防护范围根据现场情况适当调整。

隧道内岩层倾角大部分小于20°，陡倾节理较发育，岩体切割为块状，施工中容易发生掉块、大变形等工程事故，针对可能遇到的工程风险制定防坍塌和应急救援预案。如果在隧道施工过程中，通过围岩变形监测结果体现出隧道整体围岩变形速度突然增大且变化较快，现场围岩由于变形出现岩块掉落、隧道支护喷浆表面出现较大裂缝、甚至掉皮掉块、钢筋支护结构发生严重曲变，以及涌水量明显增大或裂隙范围渗水量增大，立即组织指挥撤出工作面施工人员和机械设备，继续跟进围岩量测和现场观察，采取相应的加固处理措施，确保围岩稳定后继续施工。而在施工过程中穿过地质预测结果可能存在较大风险的区段，必须提前预制高强度针对性的支护材料，而面临隧道施工后发生围岩变形和支护强度较弱，应当根据变形情况及时采取更高强度和刚度的支护材料，并采用轻型钢管作为临时支撑。为确保隧道施工在出现紧急情况下救援工作的顺利实施，根据设计及相关要求在隧道内设置应急管道。

3 不良地质段施工要求及施工原则

（1）断层破碎带及其影响带施工时主要应减少对围岩的扰动，控制围岩松驰、变形，通过超前加固、注浆加固和及时封闭等方式来提高围岩的自承能力，施工应遵循“超前支护、分步开挖、随挖随护、密闭支撑、勤快量测”的原则。

（2）隧道穿越岩溶段施工，应当坚持预测预报先行原则，依据地质及水文地质预报，分区段、分影响程度和影响类型采取针对性的防护措施。重点在于查明岩溶段导水性、水害程度和水源补给，并采取注浆堵水、限量排水及分区段等方法进行施工。查明水害情况后，首先是降压，隧道施工坚持在无水压、低水压状态下进行，所以必须通过注浆封堵、钻孔放水等方法将高水压区段降为低水压，而在施工过程中，一定要坚持降低扰动、保证岩溶区段岩层稳定。同时，要做好岩溶段导水水源监测，主要是为了保护生态环境免受隧道施工破坏，必要时对水源，尤其是地表水体进行处理。

（3）超前探测钻孔设计参数遵循原则。超前地质探测覆盖整个隧道施工区段，按照地质类型将钻孔参数设计分为如下：①一般地质类型区段施工，钻孔探测深度设定为30 m，随隧道施工走向及倾角向上抬1°~3°；②如果需要扩大钻孔探测范围，提高探测深度，就必须考虑钻杆及钻杆连接处自重下垂量及偏移量，依据深度要求在原有立角基础上进行相应调整，而在岩层节理较差区段，角度也可以适当加大；③岩溶不良地质构造区域超前探测，钻孔探测范围应当向隧道开挖区域向外进行延伸扩大，钻孔应终孔于隧道开挖轮廓线以外5~8 m，外插角宜控制在13°~20°；钻孔的位置、数量、深度和钻孔大小必须坚持满足工程需要为前提，必须对区域范围整体地质情况、不良地质特征及影响范围等进行充分验证和查明。

（4）加深炮孔。是一种超前探测的方法，是对地质预测预报和钻孔探测结果的一种显象探测方法，是利用在隧道施工过程中，选择可以代表整体隧道断面地质情况的几何基础位置布设比一般炮孔深大于等于3 m的炮孔，专门用于地质探测和验证查明，严禁用于炮孔使用。根据不同的隧道施工方法、地质条件和隧道设计等条件，加深炮孔孔数设置遵循如下要求，见表1：①加深深孔宜在隧道断面轮廓线上均匀布置，可溶岩中，钻孔深度不小于6 m，沿隧道走向向外夹角控制在小于等于21°，如果探测结果发现存在地质异常，可以加深炮孔深度5 m对地质异常进行更深入更明确的探测；②大跨段加深炮孔数量应根据现场情况酌情增加；③孔数和孔深以及孔的位置不是固定的，如果出现特殊不良地质构造、水文地质条件复杂等特殊情况，可以根据探测结果对炮孔参数进行相应的调整，适当增加孔深数量和探测深度。

（5）岩溶注浆施工控制基本原则和要点。为了方便孔口管的埋设，要求打钻钻孔半径R大于孔口管外径r，且为了达到孔口管埋设的需求和设计要求，钻孔必须按照设计参数进行打钻。打钻过程中要时刻关注钻孔涌水量变化，如果发现钻孔涌水量增大，应停止钻进进行涌水量观测，而在打钻过程中未发现涌水量异常现象，待按照设计钻孔到位后，同样进行涌水量观测。钻孔且涌水量观测正常后，关闭孔口闸阀及安设水压表，对用水压力进行观测。待钻孔到位且孔口管安置完成后，进行注浆注水试验，孔口管安上浆液混合器并连接注浆泵，通过逐步调节水量和压力达到预定注浆压力值，检查整个系统运转是否稳定，是否出现串水、漏水等情况，检测完成后卸压。

表1 可溶岩段落（台阶法/全断面法）加深炮孔孔数要求表

4 结束语

不良地质条件下隧道施工难度较大，为了保证隧道施工安全和工程稳定性，应当根据已有地质资料，强化超前地质预报和现场探查，查明岩溶、断裂带和突水突泥等不良地质类型及特征，并制定超前支护方案和应急预案。在施工过程中，严格遵循“先预报、短进尺、强支护、勤量测、超前预警”等施工基本原则，选择可靠的施工方案和质量控制措施，在保证安全通过不良地质段的前提下提高施工质量。参考文献：

[1]马培雷.复杂地质条件下铁路隧道施工技术[J].佳木斯职业学院学报，2020，36（2）：242-243.

[2]李正文.不良地质条件下隧道施工方法研究[J].交通世界，2020（20）：120-121.

[3]杨荣程.不良地质条件下的隧道施工要点及质量控制分析[J].设备管理与维修，2022（2）：148-149.