摘要：铁路建设工程发生安全事故的概率较高，尤其是在铁路隧道建设过程中潜在的风险种类多，且风险事件一旦发生，后果往往较为严重。在习近平新时代中国特色社会主义思想的指导下，按照交通强国、铁路先行的战略目标，为确保铁路隧道工程高质量发展，做好不良地质条件下隧道施工技术控制尤为关键，笔者结合在东南沿海铁路工程建设的实践经验，针对不良地质条件下隧道施工特点，提出相应施工对策，可为铁路隧道施工人员提供建议和参考。
关键词：不良地质；铁路隧道；施工技术；研究分析
1 引言
随着国民经济水平不断提高和铁路工程施工技术突飞猛进的发展，对铁路隧道施工安全与质量有了更高要求。由于受地质勘探的局限性，导致在隧道工程施工中存在诸多不确定性的风险因素，一旦控制不好，就很容易造成人员伤亡、机械设备损坏、资源浪费及社会经济的重大损失，并将导致工期的延误。为确保不良地质铁路隧道施工的安全与质量，科学合理地进行技术控制显得尤为重要。本文通过以新建福厦高铁隧道工程为研究对象，探讨通过科学合理地技术控制，有效降低施工安全风险，为不良地质铁路隧道施工提供参考依据。
2 工程概况
2.1线路概况
新建福厦高铁北起福州市，向南经由莆田、泉州、厦门，终至漳州市，正线长度277.42公里，正线新建隧道32座合计长度55.17公里，隧线比18.89%；联络线、动走线等新建隧道13座/9.78公里，其中碧峰寺隧道和石竹山隧道为I级高风险隧道，新云居山隧道和杨梅山隧道为II级高风险隧道。
2.2地质构造
线路所经区域位于新华夏构造体系武夷山隆起带的东南部，属闽东火山断坳带，大地构造演化具有多旋回的特点。区内主要发育北东向、北西向及东西向构造，断裂构造极为发育。每个断裂带都有若干条近于平行的断裂组成，对地层切割强烈。线路通过区构造形迹多为厚层第四系覆盖。
3 主要施工风险及技术控制
新建福厦高铁隧道洞身穿越的地层局部构造较发育，加之部分地段岩石裂隙发育，埋深浅，易引发崩塌、突水突泥等地质灾害。本线隧道不良地质主要为断层、软弱围岩、洞口危岩落石、岩堆（弃碴）、人为坑洞和地震区等，主要施工风险有坍塌、大变形、浅埋偏压、岩爆等。如：新大顶山隧道、西山隧道等属于浅埋偏压隧道，杨梅山隧道存在软弱大变形、岩爆、高地温施工风险，石竹山隧道浅埋多，碧峰寺隧道断层破碎、节理密集易引起坍塌、涌水等地质灾害。
3.1危岩落石
本线多处穿越中低山、低丘区，山体地势多上陡下缓，沿线多为侏罗系或白垩系凝灰岩及燕山期侵入花岗岩类，特别在花岗岩发育区，节理裂隙发育，岩体破碎，受沿海季风气候的影响，花岗岩不均匀风化严重，易产生剥落，坡脚易形成崩塌物堆积，坡面形成陡崖、孤石构成危岩岩体，如果未进行妥善处理将会威胁铁路施工人员、设备和运输安全。
对分布有危岩、危石的隧道进出口施工应采取“先清除，再施工”的原则，洞（口）顶以上山坡陡峭时需采取工程措施预防山坡浅层溜坍。施工前应对危及铁路施工安全的山坡地表裂缝、危岩危石进行核查、分区、编号、定位。对危岩落石的整治首选清除方案，确难以清除时，应在评价其稳定性、分析其对铁路安全影响的前提下，采取防止崩塌发生的主动防护和防止其危害的被动防护。主动防护主要是从源头上避免危石掉落，具体手段有：清方刷坡及清活石、清根劈树木、灌缝、打探头、嵌补支挡、钢丝绳拉锚、锚杆（索）加固、主动防护网、截排水等；被动防护主要是对已经动起来的危石采取拦截措施，具体手段有被动防护网、拦石墙、拦石槽等。隧道开工后，应按照“排查→标记→评估→处理””的顺序，启动危岩落石处理程序，并做好相应的安全防护与检测。有条件时，可考虑接长明洞或设置棚洞等相关措施，确保铁路施工及运营的安全。
3.2浅埋偏压
隧道当埋藏较浅，洞顶地层覆盖较薄，不能形成承载拱时，通称浅埋隧道，通俗地讲就是埋深较浅的隧道。偏压隧道系指承受显著不对称荷载的隧道，主要是由于地形不对称或者地质岩层因素，造成隧道结构两面荷载不对称而形成。浅埋隧道具有围岩自稳性差、支护强度要求高、对地表影响大的特点。偏压隧道具体围岩较差，土压力不均衡、结构易发生水平位移、支护强度要求高、结构需要加强或采取不对称设计的特点。
浅埋偏压隧道进洞前必须先按照设计要求施做支挡构造物，如抗滑桩、抗滑挡墙、预应力锚索（杆）等，对偏压坡体进行整治，控制偏压，消除岩体偏压对隧道施工及后期的影响。同时采取完善截排水设施及边仰坡防护、地表注浆等洞外处理措施后，按要求开展超前地质预报，结合地质情况采取长管棚、超前小导管、超前锚杆等超前支护措施，对隧道进行预加固围岩后再开挖，洞口段开挖以少扰动山体为原则，采用控制爆破或机械开挖，不得采用大爆破，尽量减少对地层的扰动。石质地层爆破开挖时，应防止破坏边坡和仰坡的稳定，山坡有不稳定情况时，必须随时观察和记录边坡有无滑动、开裂等情况，并采取措施随挖随护，及时修建结构。
隧道施工过程中要做好综合超前地质预报和监控量测工作，对开挖面前方围岩产状、破碎程度、地下水状况等情况进行预测，如发现异常，则增加超前地质钻孔进行验证。同时要加强地表变形监测及围岩监控量测，一旦有地面开裂、大变形应及时启动应急预案。
3.3坍塌
坍塌是指在施工过程中由于应力作用隧道洞顶与两侧的岩石和泥土塌落的现象，坍塌也是隧道施工中比较容易发生的灾害。设计要查明影响隧道洞口安全或洞身稳定的崩塌等不良地质现象和不利地形条件，分析其类型和规模以及发生原因、发展趋势、判明对隧道影响的程度。
施工时要加强超前地质预报，查清掌子面前方地质情况；加强隧道施工工序管理，严格按照“短开挖、管超前、强支护、勤量测、及时封闭”的施工程序；隧道开挖采用光面爆破，严格控制超欠挖，在与既有线交叉或近接构筑物的地段，采用机械或微震爆破开挖。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆严控掌子面、边墙、隧底的开挖进尺，保证锁脚锚杆的施工数量及质量，确保支护到位，快速封闭成环，严禁支护滞后及安全步距超标。开挖仰拱时，必须对锁脚锚杆进行检查，不合格应补强。
施工严格按相关要求开展监控量测，及时反馈量测结果，出现异常或不良地质地段应加密测点，增大监控量测频率，当隧道出现掌子面围岩自稳能力差或易坍塌围岩时，应及时采取喷锚网防护、掌子面加固（封堵）、超前注浆或开挖后径向注浆等措施加固围岩防止塌方。一旦发生坍塌时立即撤离掌子面人员，建立安全警戒线，安排专人进行安全巡查；加固坍塌部分后部围岩，可采取封闭掌子面、掌子面堆载反压、增加环向支撑、横竖向支撑以及扇形支撑等措施防止坍塌加剧造成成段垮塌甚至隧道冒顶；加强坍塌位置后部围岩的监控量测，可适当加密量测频率及加密测量断面，并根据量测资料调整安全警戒范围；同时根据现场实际情况、地形地貌、水文地质、救援条件等综合分析，研究制定救援方案；抢险救援完成后，应根据坍塌情况、坍塌段工程地质、水文地质条件以及现场施工情况，查明坍塌原因，及时开展坍塌段补充勘察工作，制定安全可靠的坍塌段综合处理方案，加强超前地质预报及监控量测工作，确保隧道安全通过坍塌段。
3.4岩爆
岩爆是高地应力的产物，具有突发性、滞后性、强破坏性等特点。设计要查明地应力水平，重点查明高地应力引起的大变形、岩爆发布范围及影响程度。在工程实施过程中，根据开挖揭示、测试情况及预测预报判释情况，对设计措施予以适时调整。
施工期间要加强超前预测预报、地应力测试或岩爆监测等工作；针对有发生岩爆可能的隧道，可采用超前探孔为主，辅以地震波、电磁波、钻速测试等手段进行分析预报，结合开挖面附件岩体的观察及地质素描，分析岩石的动态特性；并从岩爆发生地段采集试件进行X射线粉晶衍射成分分析、岩爆岩石断口电镜扫描分析、岩爆岩石力学试验研究等（包括在MTS刚性压力机上进行单轴压缩条件下的应力-应变全过程试验、岩石倾向性指数测试、卸荷条件下岩石变形破裂机制研究等），根据研究成果指导后续施工判断岩爆发生的可能性。
根据岩爆等级采取相应措施，达到软化围岩、释放应力、保护人员及设备、保证结构安全等目的，并结合调整隧道施工工艺，尽量减小岩爆危害。岩爆防治遵循“预防为主，防治结合，改善应力状态，提高围岩支护强度”的原则，主要采取减少对围岩的扰动，尽可能全断面开挖，一次成形；加强光爆效果控制，光面爆破效果好则开挖轮廓比较平顺，可有效减小围岩的应力集中，抑制岩爆；及时在掌子面及洞壁喷洒高压水，降低表层围岩应力；掌子面沿拱墙开挖轮廓周边线施作超前应力孔，提前释放围岩应力，降低岩体能量；开挖后清理表面松动岩体，及时施作喷射混凝土封闭围岩；挂设钢筋网片，及时施作锚杆，以便及时承载，抑制岩爆；强烈岩爆地段采用型钢钢架配合超前支护组合预支护系统，超前锚杆兼做超前应力释放孔，防治岩爆危害施工安全等措施。
掌子面施工及管理人员需佩戴防弹衣、防弹头盔等安全防护用品，对主要施工设备采取设置防护网、防护钢板等安全防护措施，以备岩爆发生时保护人员及设备的安全。同时强化作业人员安全、纪律教育以及岩爆常识、防护知识学习；做好应急预案，定期进行安全培训。
4 参建各方技术管理措施
4.1 建设单位要做好地质勘测大纲审查工作，为尽可能的地质预报准确做好必要准备工作；指导监督参建各方开展安全风险管理，组织设计单位进行详细的设计技术交底；检查督促施工单位及监理单位加强施工现场管理及专业技术人员培训，严格按设计规范施工，针对涉及重大安全和质量的复杂地质问题组织专家现场研究解决。
4.2设计单位在项目前期必须进行深入的地质调查，在大量综合地质勘察和外业调查的基础上，依据现场的详实资料，开展地质综合选线；应该尽量规避风险，尽可能绕避重大不良地质体发育区、大型密集、难以查明、治理困难的采空区、可能大范围出现严重热害的高地温地区（段、带）及高地应力、高瓦斯、强放射性等不良地质、特殊岩土和含有害气体地层；确实不能绕避时应查明其分布和特征，提出相应的工程措施，使设计和施工有相应的对策和预案，合理确定隧道通过的平面位置与高程。
设计单位应加强隧道区域的地质调绘工作，对地质条件复杂、浅埋、长大隧道实行综合勘探；对隧道进出口、浅埋段、断层破碎带、各种不良地质体，地下水富集区、不整合接触带、特殊地层和岩性段合理布置地质钻探孔，重要的地质异常点、有松散堆积物覆盖的洞口位置、大规模断层破碎带和可能的突水突泥地段均应布设控制性钻探孔，确保收集的资料齐全、准确、满足设计和施工要求。
设计单位要针对各种不良地质灾害，通过加强隧道的初期支护参数及二次衬砌的结构参数，从设计源头上保证施工的安全；做好施工阶段极高、高风险隧道的超前地质预报工作；做好设计技术交底及施工配合工作，及时研究解决现场出现的勘察设计问题，并根据现场变化情况，按时处理变更设计；如果开挖揭示地质条件与设计图差别较大时，应进行必要的洞内外补勘，做好动态设计工作；对涉及施工安全的重点部位和环节，提出防范安全事故的指导意见及相关工程技术措施。
4.3施工单位是隧道施工安全的责任主体，必须建立安全风险管理制度及组织机构，施工前应对隧道地质资料进行分析，开展地面地质调查、核实；做好施工组织设计及专项施工方案编制，针对施工过程可能出现的重大地质灾害，开展专项风险评估，制定专门的风险防范措施及突发安全事故应急救援预案；同时加强从业人员的作用技能、安全意识、突发事件应对能力等岗前培训工作。
施工阶段应根据具体工程特点采用安全的措施及稳妥的施工组织方案，严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测” 十八字方针，保证各施工工序紧密衔接。同时应将超前地质预报、监控量测纳入施工工序管理，积极开展隧道多种方式、方法相结合的长短期超前地质预测预报和施工地质灾害的监测、预警工作，并依据超前地质预报数据、开挖揭示的地质情况和监控量测数据，修改完善围岩分级；建立变形等级管理、信息反馈和报告制度，及时反馈监控量测结果，指导设计与施工，确保铁路隧道施工的安全与质量。
4.4监理单位要认真对施工单位编制的实施性施工组织设计、隧道专项施工方案及安全应急预案进行审查，对其可实施性及安全性进行科学的分析、评估，重点对施工安全保证措施进行审查；根据施工过程中的地表沉降、拱顶沉降、隧道周边收敛情况，及时要求施工单位调整隧道的施工和支护方案；定期对隧道施工可能存在的安全隐患和不安全因素进行分析、梳理，并提出针对性措施；完善隧道施工过程安全控制、推进安全标准化建设、确保安全生产有序可控。
结束语
采用新技术、新方法促进勘察技术发展，提高工程勘察质量。通过高科技手段加强地质测绘工作及地质勘探技术，采用新技术、新方法，统筹考虑勘察手段选配，开展综合勘察工作，通过相互验证和综合分析，以获取更为详细、准确的地质资料，更好的指导设计和施工，确保隧道设计合理、施工和运营安全。逐步实现施工机械化、智能化以确保工程质量和安全。随着时代的发展及科技的进步，隧道工程施工要实现高度机械化配套，达到少人化、甚至无人化作业，让隧道机械化和信息化高度融合，实现智能化建造，从根本上解决施工安全与质量的问题。
参考文献：
[1] 高速铁路隧道工程施工技术指南 铁建设[2010]241号 中华人民共和国铁道部发布
[2] 铁路隧道设计规范 TB10003-2016 国家铁路局发布
[3] 于超.复杂地质条件下铁路隧道施工技术难点分析[J].城市建设理论研究（电子版），2018（06）：124-125.
[4] 隧道设计理论与方法 赵永等著 人民交通出版社股份有限公司出版
论文作者:王雄标
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/5
标签：隧道论文; 地质论文; 围岩论文; 超前论文; 应力论文; 偏压论文; 铁路论文; 《防护工程》2019年第5期论文;