复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计技术

王世纯

（重庆英杰建设工程设计有限责任公司，重庆 400000）

如今，轨道交通工程项目发展迅速，在轨道交通项目建设中，隧道工程是十分重要的内容。部分隧道工程的施工区域地质条件复杂，而隧道工程施工规模较大，在具体的设计过程中，必须综合考虑隧道工程地质条件以及项目建设要求，进而制定科学合理的隧道工程设计方案。因此，亟需对复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计的技术要点进行深入研究。

1 轨道交通长大隧道设计原则

在进行轨道交通隧道工程设计中，应坚持以下五个原则：（1）在隧道洞口设置洞门，洞门结构形式较多，包括台阶式、端墙式以及柱式，要求根据隧道洞口地质条件、隧道工程施工要求选择适宜的洞口。（2）如果隧道工程中线以及隧道洞口地形的高等线斜角，则对于隧道洞门，可采用斜交式；另外，对于线路中线与端墙之间的交角，应控制在45°以上。（3）在隧道工程内部轮廓设计中，必须严格依据隧道工程施工规范，保证洞内设备完整性，合理设置隧道工程排水设施、照明设备、检修通道、通风设备等。（4）如果隧道工程周边有车站、城镇或者风景区，则应注意隧道洞门美观性的设计，与城市规划建设相适应。（5）在隧道工程规划设计中，必须对施工区域做好量测管理，并做好地质超前预报工作。

2 隧道工程概况

在某轨道交通长大隧道设计中，隧道工程左右洞长度分别为8694m、8599m，该隧道工程行车速度为80km/h，对于左右线纵坡，均采用1.50%单向坡。在该隧道工程规划设计中，要求综合考虑项目建设区域地形地貌、地质条件、水文条件等，对隧道工程竖井以及斜井进行技术分析。对于该隧道工程左右洞，可分为3段，均采用纵向分段送排式通风。另外，在该隧道工程中，还需设置各类机电系统，包括通风系统、照明系统、消防系统等。

3 隧道工程地质概况

该轨道交通长大隧道的整体走向为东西走向，对该隧道工程施工区域进行现场勘察，地层结构稳定性比较高，地势为向北倾斜50°左右，没有明显断裂构造。另外，局部有2条断层，可能会造成深部岩溶发育。在该隧道工程进口4580m地段，基岩类型为碎屑岩，裂隙水较少，在该隧道出口4090m地段，有岩溶水发育，可能会造成断层破碎带变形、围岩失稳或者突水涌泥等。通过对该隧道工程进行地质勘察和评价分析，该隧道工程围岩类型主要为Ⅳ类，其次为Ⅲ类围岩，另外还有少量Ⅴ类围岩和Ⅱ类围岩。

4 复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计

4.1 加强隧道地质工作

该隧道工程施工区域地质条件复杂，在隧道设计前，首先需对施工区域进行地质勘察，明确隧道岩溶地质、水文条件等。在该隧道工程地质勘察中，联合应用遥感测绘技术、综合物探技术和钻探技术。在隧道工程勘察设计阶段，可查明施工区域岩溶水系统、岩溶水动力分布情况，进而对岩溶水涌水量、涌水状态等进行评估分析，查明隐伏岩溶分布形态，为隧道设计提供可靠依据。另外，在隧道施工中，要求做好超前地质预报，采用TSP、红外线以及超前钻孔技术，查明隧道工程开挖前方15～200m内的地质情况，据此调整施工方案。

4.2 隧道轴线选择

在隧道工程轴线选择方面，要求考虑隧道施工区域海拔高度、接线方案等，在对多个方案进行必选分析后，选择高、中、低三个轴线方案。其中，在高线方案中，隧道工程左洞长度为5810m，右洞长度为5822m，纵坡1.8%；在中线方案中，隧道工程左洞长度为8674m，右洞长度为8670m，纵坡1.504%；在线线方案中，隧道工程左洞长度为9970m，右洞长度为9820m，纵坡1.0%。

对隧道工程进行地质勘察，两端接线位置地质条件复杂，高轴线方案适用性比较差，因此对中方案和低线方案进行比较分析。其中，低线方案施工规模比较大，投资高，并且不利于通风管理，行车条件比较差，中线方案行车条件更好，能够有效满足轨道交通运行的需要。在经过综合比选后，采用中线方案，如图1所示。

在对隧道工程施工图进行规划设计时，要求综合考虑地质勘察结果、水文调查结果等因素，合理规避岩溶等复杂地质条件的不良影响，同时还应协调好机房、竖井、斜井等设置情况，保证隧道工程行车安全以及良好的通风效果。

4.3 隧道通风方案

在该隧道工程设计中，在各个设计阶段，均需对两段式通风以及三段式通风进行比选，如果采用三段式通风方式，则需增加斜井或者竖井，施工成本比较高，但是运营费用比较低，能够保证各个分段通风良好，改善隧道工程行车条件，缩短防火分区长度，提升隧道工程防灾能力。

图1 隧道路线方案示意

在经过多次比选后，对于隧道工程A端和B端，分别采用双斜井方案以及双竖井方案，并且均采用三段式通风方式。该隧道工程为长大隧道，长度大，工作面少，工期紧张，在隧道规划设计中，可设置辅助坑道，有利于进行正洞施工。在隧道工程A端以及B端，通过设置2个斜井，采用2套独立的提升系统，施工方式快速便捷，可提升隧道主洞施工速度，同时还可简化风道布置形式，提升隧道通风效率，降低施工难度，减少井口污染空气，保证新鲜空气流通。

4.4 消防与防灾救援系统设计

在隧道工程防火防灾设计中，在项目立项阶段就应进行重点考量。对此，在该隧道工程设计中，对于隧道结构，要求应用耐火施工材料，同时还需配置报警设施、警报设施，规划避难场所以及紧急疏散通道，保证隧道中有完善的防火防烟系统、报警系统等，对隧道工程进行监控管理。在制定隧道工程救援计划方案时，要求综合考虑隧道工程通风条件、信号等因素，并编制科学合理的控制程序。

4.5 隧道动态反馈设计

该隧道工程施工规模较大，地质条件比较复杂，在施工过程中需面临各类风险因素，包括断层、溶洞、涌水、硬岩岩爆、突泥、瓦斯以及软岩大变形等。在该隧道工程规划设计前，首先对隧道工程施工区域进行地质勘察。在该工程勘察中，采用物探联合钻探勘察技术，并加强岩溶水文调查，同时进行地应力测试，充分掌握隧道工程地质条件，避免在进行隧道工程支护设计时，可能无法完全适应复杂的地质条件情况的出现。

在隧道工程规划建设中，可采用综合超前地质预报技术，对掌子面仔细观察，同时进行监控量测，对各类信息进行综合整理以及分析；然后对各类数据进行反演分析和稳定分析，对隧道工程设计和施工提供参考，确定适宜的支护施工方案，并对支护参数进行优化调整。另外，在此过程中，可利用动态反馈设计技术。

该隧道工程地质条件比较复杂，为了保证隧道工程施工安全，通过应用隧道动态反馈设计方式，将超前地质预报结果以及现场监控量测数据作为依据，通过应用计算机技术以及有限元分析软件进行反演分析，即可制定完善的设计方案以及施工方案，隧道动态反馈设计技术的应用流程如图2所示。

图2 动态反馈设计和信息化施工实施流程

5 结束语

综上所述，文章主要对复杂地质条件下轨道交通长大隧道设计技术要点进行了详细探究。该隧道工程施工地质条件比较复杂，在隧道工程规划设计中，要求确定隧道工程施工区域，对施工区域进行地质勘察以及水文勘察，然后据此对隧道工程进行优化设计，保证分项设计界面科学合理，同时做好各个分项的协调管理。在对隧道工程进行规划设计时，要求积极应用新型材料和技术类型，同时兼顾传统技术类型，将其应用于隧道工程规划设计中，合理规避各类风险因素，保证隧道工程设计方案的科学性以及合理性。