复杂地质条件下铁路隧道绿色施工技术研究

尚东辉，史春宇，李令鹏，曹淑凯

（中交隧道工程局有限公司 北京 100102）

1 铁路隧道施工技术

我国综合国力的不断增强促进了道路交通建设事业的发展，尤其是铁路工程建设事业取得了可喜的发展成效。同时，也对铁路隧道施工技术提出了更高的要求，尤其是复杂地质条件下的铁路隧道施工，对施工技术与施工质量的要求更为严格。复杂地质条件下的铁路隧道施工会面临各类地质情况，如岩溶，放射性、高地温、特殊岩层，软弱破碎带以及云母片岩等情况，如果施工技术无法充分应对这些复杂的地质情况，那么铁路隧道工程发生岩爆、突泥、瓦斯爆炸以及高地温灾害等情况的概率则较高，一方面会导致铁路工程的综合效益明显降低，另一方面会增大铁路隧道工程的施工成本投入，甚至引发严重的安全事故。加强铁路隧道施工技术的发展研究，能确保铁路隧道施工更好地应对复杂多变的地质灾害，降低这些地质灾害对铁路隧道施工及使用阶段造成的影响与破坏，从而提升铁路工程的经济效益。

2 复杂地质条件对铁路隧道施工的具体影响

不同类型的地质条件对铁路隧道施工所产生的具体影响有所不同，而复杂地质条件通常具有两种表现情况。首先，实际施工区域的地质条件相对较差，例如存在岩石脆弱层，那么发生崩塌现象的概率则较高；或者是实际施工区域位于地壳运动的活跃地带，则会对地层的整体稳定性造成显著的影响；此外，部分特殊的地质地貌情况也会对铁路隧道施工造成不同程度的影响，如软土地基与岩溶地貌等，都会直接影响铁路隧道的施工效率与施工质量，严重时甚至会直接导致地质灾害的发生，威胁人们的生命财产安全。其次，实际施工区域存在特殊性的地质环境，例如采空区、地下洞穴等情况，同时，当隧道工程需要下穿建筑物或城市的下方时，则会发生与地下管线交叉的现象，会对地面建筑物的安全性与稳定性造成严重的影响。为此，保障复杂地质条件下铁路隧道施工技术的科学选择与合理应用非常重要。

3 复杂地质条件下铁路隧道绿色施工技术的具体类型

3.1 浅埋偏压隧道施工技术

（1）基本特点。在铁路隧道地质条件的类型中，浅埋偏压属于常见的地质条件，在铁路隧道的具体施工过程中，需要利用科学的施工技术对浅埋偏压地质条件进行有效地克服与科学的处理，从而保障铁路隧道施工的牢固性与安全性。首先，需要全面了解并分析浅埋偏压地质条件的具体特点。由于浅埋偏压地质条件中隧道所埋的实际深度要明显浅于其他类型的隧道，故隧道的覆盖层也相对较浅，因此隧道无法形成独立成拱的情况，由此极易引发塌方现象和地面沦陷情况，同时在施工的过程中会出现地表移动，发生严重的地质变形等情况，并且通常情况下会在短期内发生严重的安全事故，直接威胁人们的生命财产安全。当铁路隧道施工面临浅埋偏压地质情况，则会对施工过程中的支护开挖施工、排水与衬砌施工等带来严重的挑战与压力，这不仅会增加铁路隧道施工的难度与强度，还会增加铁路隧道施工的危险性。

（2）相关应用。浅埋偏压隧道施工技术，在应用之前要全面分析并探讨隧道工程的浅埋偏压地质条件与危险因素，由此指导危险因素排查工作的有序开展，确保技术人员能准确掌握施工区域的具体地质基础与条件，为施工方案的完善与调整提供准确的引导与帮助，保障施工操作的有序进行。此外，在隧道的具体开挖过程中，要科学处理超前地质数据信息，并对地质变形情况进行科学系统的实时监测，确保技术人员充分掌握围岩的变形规律，根据地质条件变化情况对施工参数进行及时且合理的调整与修改，以保障预期施工目标的顺利完成。

3.2 软弱围岩隧道技术

（1）基本特点。应力是隧道围岩的基本条件，主要是指隧道施工中具有应力情况的岩体，会对铁路隧道工程的实际安全性与稳定性造成严重的影响。地质条件不同，围岩的特点与稳定性都将存在较大的差异性。为此，应对软弱围岩地质情况时要确保施工方法符合施工区域的具体地质特点，保障围岩隧道应力的合理性与整体稳定性。此外，明确围岩隧道的合理荷载量，避免出现隧道荷载量超出隧道结构承受范围的情况，并保证隧道衬砌结构种类与尺寸的合理性，由此规范隧道衬砌结构的劳动定额与消耗标准。

（2）相关应用。应用软弱围岩隧道施工技术，首先，要以地质特征为基础，合理选择施工方式，同时对施工标准进行规范，保障荷载条件设置的科学性，确保隧道结构与荷载要求的具体标准相符合。其次，以全面分析隧道衬砌结构为基础条件，合理设定衬砌结构的相关参数标准，落实先进地质鉴定技术的及时引进与科学应用，保障工艺流程的标准性与规范性，降低软弱围岩地质情况对铁路隧道稳定性的影响与损坏。

3.3 复杂外部条件铁路隧道施工技术

当铁路隧道下穿城市或建筑物时被称为复杂外部条件下的铁路隧道施工。首先，施工企业要严格落实各项地质勘查工作，结合实际勘察结果对施工区域的建筑进行合理的加固处理，并制订科学可行的施工方案。其次，在施工过程中，科学调整并控制隧道掘进的速度与尺寸，最大限度地降低施工操作对周围地质结构造成的扰动影响。最后，重视施工监测工作，保障监测数据的精准性与真实性，并严格落实监测数据的实时反馈，从而引导隧道施工的有序开展。

3.4 隧道通风自动控制技术

通常情况下，隧道通风风机的选择标准是风管的最长送风距，这会导致隧道掘进初始阶段的通风机供风量大于实际风量需求，从而造成资源浪费。另外，隧道施工中每个工序所需的风量具有明显的差异性，上述的风机选择标准也会造成资源的浪费。

（1）基本系统结构。隧道通风自动控制系统由多种设备所组成，即主机设备、光端机设备、电源线设备、工业以太网交换机设备、传输线缆与接线盒设备、传感器以及避雷器等。隧道通风自动控制技术的传输模式是末端无线传输技术与通信电缆有机结合的模式，这样不仅可以满足末端传感器检查的灵活性要求，还能满足长距离通信数据传输的稳定性要求，提升了该技术安装与使用过程中的应对能力。

（2）主要系统功能分析。①在启动与关闭风机的过程中，通过控制风机变频实现风机自动运行方式与手动运行方式的随意切换，降低风机的节能效果。②在隧道施工的过程中，能全面精准检测隧道掘进施工的各项参数，如工作环境的具体温度、各类有害物质的具体浓度情况以及风管口的实际出风量等。③在控制软件与可编程控制器的共同作用下，利用模糊控制方式控制隧道风机开展实时工作，提升风机控制系统的实效性。④一旦风机控制系统出现故障或变频器存在异常，风机控制系统就会自动进行声光报警，给技术人员的处理提供有效的引导。

（3）风量控制模式。风量闭环控制模式是隧道通风自动控制技术的风量控制方式。如果系统处于自动变频状态，风控系统中经过传感器传输的各类有害物质则会被模糊控制器进行及时的处理与分析，如有害物质中有一类物质的浓度已经达到事前预设的最低浓度值，那么控制系统则会直接发送控制指令，通过提升风机运行频率的方式降低有害物质的进入。当风机运行频率无法满足相关需求时，风机则会自动报警。反之，如果有害物质的浓度不断降低，风机运行的实际频率则会随之降低，风量减小，直至降到所设定的最小风速值。

（4）电动机变频调速技术。①基本原理。现阶段，在隧道通风自动控制技术中，通常是利用异步电机驱动风机旋转的模式实现通风目标，而交流异步电机转速的具体表达式如下：

式中：f1为供电电压的实际频率；ω1为相应角频率；P为异步电机的磁极对数；s为电动机转差率。

电动机转差率s的表达式如下：

式中：ns为异步电机同步转速；ω为固有角频率。

由上述公式可知，如果电源频率f1发生改变，那么电动机的同步转速ns和转子转速n都会发生相应的改变。②主要控制方式。开环控制模式与闭环控制模式是变频调速控制方式的主要类型，通常情况下是使用的开环控制模式，即电压-频率控制方式（V/F)。而闭环控制模式，则需要对电机的轴转速进行及时的反馈，主要具有矢量控制模式与转差频率控制模式等。

（5）自感应除尘降温控制系统。同其他控制系统相比，自感应除尘降温控制系统具有明显的特点，即能够结合隧道施工情况的实际作业环境对各项数据进行实时监测，从而使得环境保障设备运行具有理想的自动调控效果。自感应除尘降温控制系统由多种模块所组成，例如声光报警模块、粉尘浓度监测模块、数据显示与控制模块、环境参数检测以及无线传输磨模块等。应用自感应除尘降温控制系统，能自动控制检测并分析隧道施工中的粉尘浓度，如果粉尘浓度超过预设的范围，系统则会自动开启报警并进行水雾喷射，实现降低隧道中粉尘浓度、改善施工环境的根本目标。

4 结束语

综上所述，复杂地质条件下的铁路隧道施工技术对铁路工程的整体使用质量具有决定性的影响。为此，施工企业要高度重视复杂地质条件下的铁路隧道施工，并结合实际地质情况加强绿色隧道施工技术的科学应用，提升复杂地质条件隧道施工的安全性与稳定性，保障铁路运输事业的安全有序发展。