碎屑流地层大断面铁路隧道施工技术研究

郑海全

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，广西 南宁 530021）

碎屑流地层大断面铁路隧道施工技术研究

郑海全

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，广西 南宁 530021）

以兰新铁路祁连山第二双线段为例，通过对碎屑流地层特殊地质的分析研究，积极探索了碎屑流地层铁路隧道的施工技术，找到了解决方法，并且对这种特殊地质下的铁路隧道施工有了一套相对完善的施工技巧和方法，填补了国内在碎屑流地层中大断面铁路施工时的技术空白。

碎屑流；大断面；铁路建设；隧道施工

1 工程背景

兰新高铁是国铁1级双线铁路，全长1776公里，东起兰州，途径西宁直至新疆乌鲁木齐。兰新高铁是连接新疆与内地的大动脉，而兰新高铁祁连山段开掘难度极大，可谓难于上青天。祁连山脉地段全年荒无人烟，气候寒冷，海拔极高，自然环境是施工人员根本想不到的恶劣，在这种极差环境下施工，必须面对很多技术难题，大多都是冻土隧道，掘进困难，又有复杂成分的岩层分布，穿越F5，F6，F7断层，地下地质环境相互交错，复杂多变，这给施工人员带来了很多前所未有的困难[1]。

由于地质环境险恶，开采前根本不能预知前面要面对的是什么环境什么岩层，有些灾难性的地质段也就难以避免，施工人员的选择空间少之又少。在面对如此复杂多变的环境下，施工人员还要要求挖掘方式得当，工艺难度要求高，支护措施到位等高标准。这也对整个技术团队，施工团队提出了更加苛刻，更加严格的标准。

2 碎屑流地层施工特点

2.1 碎屑流很难预知

碎屑流又叫地下泥石流，其深藏于地表以下处于砂岩灰岩之间地层，在地下的分布很不规律，这使得没有施工技术人员在挖掘前丝毫没有预知性。特别是在设计规划前，几乎没有判断的依据，无从知晓碎屑流腔体的位置所在，更不知道腔体的形状及大小，只有当施工人员正式挖掘到碎屑流附近时，才能相对准确的预判。

2.2 碎屑流突发性高

由于碎屑流本身就具有很大的压力的剪切变形力，且状态大多为粘稠状带有角砾的石块，当施工人员在事先不知道其保护腔体形状，位置，大小的情况下，一不小心打开它原有的固有腔体，碎屑流就是一股威力极大的泥石流，突然喷发而出的粘稠带石块液体一下子造成的损失是我们根本想象不到的。

2.3 碎屑流超前支护困难大

施工技术人员面对的超前支护困难有四点：第一是碎屑流没有很好地封闭方法，碎屑流是一种带有很高压力的流体，在岩层中，可谓见缝插针，遇到岩石缝隙就会超缝隙流动，人工很难控制其流动，没有完全封闭的方法。第二是碎屑流不能固定，碎屑流中含有大量角砾岩，如果加固浆液，固浆液会随着其中的角砾岩和碎屑一同流动，最后都从岩石缝隙中流出。第三个是注浆压力难以控制。由于碎屑流本身含有压力和剪切力，因此在加固浆液必须要让注浆压力等于碎屑流压力，才能抵消碎屑流的固有压力使得注浆能正常注入，这就造成了注浆难度大的苦难。四是立体加固的难度，由于几乎不能进行液体固定碎屑流，也几乎不能注浆抵消压力，所以只能立体加固，不同于一般流体，碎屑流都必须有非常强大的径向超前支护，并且掌子面也需要超前加护，这是为了预防碎屑流从加固的正面纵向涌出而造成人员伤亡或财产损失。

2.4 铁路本身的高标准困难

兰新高铁是国铁1级铁路，时速高，技术新，对施工技术人员的要求也高。施工的曲线半径相比一般铁路大了很多，选线空间相比较却小了很多，提别是在兰新高铁祁连山段，地质环境差，灾害性地质现象一处接一处。兰新高铁又是双线铁路，所以隧道开发的断面巨大，隧道成洞难度上升了不少，在施工的技术要求，工艺标准，掘进方法上提出了更高更严格更苛刻的标准。

3 碎屑流地层开采技术要求

3.1 掌子面封堵开挖

隧道掘进时，根据施工人员的施工经验在探明碎屑流固定腔体的位置，大小，形状以后，就可以先开挖到安全岩盘边沿，这是开挖最理想的位置，当掘进到此位置时，就可以停下进行超前支护加固。超前支护加固时应该万分小心，因为碎屑流形态极不稳定，很容易发生垮塌喷出。因此，掌子面加固时进行超前加固的重要工序也是必不可少的一道工序。开挖工法要分三个台阶，首先处于最底层的是下台阶，处于中间的是中台阶，做上面是上台阶（如图2），掘进时必须按照山岭隧道的不同变形量要求和三台阶的临时供仰法，然后使用大型机械对隧道进一步掘进开发，且上台阶为了保证其强度和结构的稳定性，要以CD法为主，在充分利用大型机械的前提下，良好的利用人力观察和经验开采，取得最大程度的优化。

3.2 高位泄水

高位泄水是碎屑流地层大断面解决超前支护困难的最有效方法，高位是将排水系统管道安防于超前支护圈位置上面，讲碎屑流里面表面压力排泄出来，这是在压力源处将其消灭，形成低压区，碎屑流也不会因为固有腔体被破坏而喷出，这大大的减少了超前支护的实施，高位泄水管讲水从高位置上排出以后，就会在排水管出口处形成低压区域，这有利于注浆固结。

3.3 实时检测反馈

可在掘进时增加实时检测反馈一项，反馈的数据就是当前掘进的科学预测和判断，当关系曲线不稳定时，说明当前岩层和腔体是不稳定状态，此时，应该马上停止掘进，分析数据异常的原因，采取对应的处理办法，多以径向注浆加固，纵向仰拱，扩大套供加固等方法，同时继续加强数据观测反馈，这将很有效的预防塌方，地下泥石流等危险地质现象的发生。

4 总结

兰新高铁祁连山段的成功掘进填补了我国碎屑流地层挖掘的技术空白，也为以后的施工挖掘提供了非常宝贵的经验。

[1]张志强，何本国.祁连山越岭段碎屑流地层隧道支护参数及施工工法研究[R].成都：西南交通大学.2012(11):11-12.

Research on construction technology of Large Section Railway Tunnel with classic flow

ZHENG Hai-quan

(China Railway 18th bureau group track traffic engineering, co.,LTD, Nanning Guangxi 530021)

Lan Xin railway Qilian Mountain, the second pair of line segments, for example by of debris flow formation special geological analysis and research, actively explore the debris flow formation of railway tunnel construction technology, found a solution, and a relatively perfect construction technique and method of this special geological railway tunnel construction, to fill the domestic in the debris flow formation in large section railway construction technology gaps.

Debris flow; Large section; Railway construction; Tunnel construction

U459.2

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.007

1672–7304(2016)05–0015–02

（责任编辑：张时玮）

郑海全（1982-），男，黑龙江嫩江人，工程师，研究方向：铁路施工。