山區復雜地質條件下隧道施工方法的探討

摘要：中國的平原和高原面積只占了國土面積的三分之一，而更廣闊的土地則是山區和丘陵地帶。在復雜的山區丘陵地帶通過挖隧道修建公路和鐵路能最大限度的提高路線的線性，減少里程，避免大面積開挖山體而帶來的植被破壞，大量遺棄土方，能夠有效保護環境。本文將簡要的對隧道施工進行敘述以及對山區復雜地質條件下隧道的施工方法進行探討。

關鍵詞：復雜地質；隧道；山區；施工

前言：隨著現代的隧道建設技術的發展，隧道的長度越來越長，而且穿越的地層的地質條件也越來越復雜。所以對于復雜地層的隧道施工的要求也比較高。需要考慮深埋隧道中相關高地應力高地溫度、隧道施工過程中的通風問題、巖石爆破問題等等。這些都是山區復雜地質條件下隧道施工中常見的問題。概括來講，其一是施工技術的要求，其二是對于地質災害的預測和防治。

1 工程設計程序問題

山區地質條件與一般的地面結構在力學上有很大的不同：巖石的應力不易確定、材料組成不易評估、巖體與支護的相互作用不明了等等。因此，隧道設計一般都應用巖體分類系統，根據不同的巖石組成確定設計方案。但是，巖體的分類系統只能對隧道的基本特征進行評估，而工程師如何根據地質狀況做出正確的施工判斷才直接影響隧道工程的質量。這就對工程師對資料的掌握及分析有很高的要求。在對地質環境進行勘察時，只有非常簡單的地質條件才能在勘察基礎上建立一個永久模型。一般的情況則是在設計了施工進展中對最初建立的模型進行不斷調整和完善，是一個動態模型。數值分析和隧道的開挖過程、順序以及對支護系統的即時調整應同時進行，才可以是的方案比較完善、合理、安全。

2 隧道開挖方式探究

隧道開挖的方式有多種，比較常見的主要有暗挖、半明挖和明挖三種，根據不同的經濟要求、安全、技術條件以及具體地形來確定采取何種開挖方式。明挖只能用在覆蓋層較薄的情形下，需要考慮的主要問題有作業過程中地形的穩定性及基坑排水情況。如果區域內有較復雜的地質結構、地下水較多時，在深基坑開挖易引起山體滑坡的危險。半明挖適用于地下水位在隧道以下及地質松散的情況下。當前最主要使用的隧道施工方法是暗挖，因為其適用于覆蓋層較厚的情況，絕大多數的山區均有較厚的覆蓋層，且地質條件比較復雜，暗挖的施工方式非常適合山區的隧道開挖。

3 隧道門洞的施工方法

隧道洞口段的施工對整個隧道有很重要的影響，所以國內外工程技術都比較重視。許多國家對此還設有專門的條款來規范。隧道進洞順延山坡坡度是國外目前比較常見使用的方法，這樣可以不破壞洞口巖體的穩定性，達到一種比較自然的狀態。國內則通常在預加固的保護下要求及時做洞門。

在多年的發展下，在隧道洞門設計和施工過程中的環保理念有了很多理論成果，比如用小坡的削竹式洞門代替了過去的大挖柱式洞門；在環境比較敏感的地區順應自然，采用“零開挖”減少了挖土的面積；在有河流的山脈地帶，使用棚洞結構進行過渡避免泥石流等地質災害的發生帶來的人員傷亡?？偟膩碚f，開挖隧道對環境的影響主要在門洞的形式上，隧道洞口的設計和施工是環保建設的重點。

3.1 洞口的預加固

隧道的洞口處于隧道的最外圍，周圍巖石的支撐保護能力比較弱。所以，洞口的預加固顯得尤為重要，在增加洞口圍巖支護能力的基礎上，保證后續施工的進行。

預加固過程中需要注意的事項：

1.在地質比較疏松的地帶，在施工前要避免過度加固帶來的安全隱患，在施工方案上對高壓水平旋噴法、小管棚、大管棚三種方法進行優先比對選取。

2.若在施工過程中出現仰拱突起、邊墻開裂的情況，說明仰拱和變強在加固過程中收到的力增大，要及時加強對仰拱和邊墻的支護。

3.2 洞口施工段注意事項

1.要做好充分的準備工作，有一套比較完整的進洞施工方案，對場地的布置、預加固、施工方法要詳細的說明。在方案審批合格后開始施工。過程中不能隨意改變原計劃的方案，對地質的變化情況進行實時的檢測，一旦發現情況，應立即上報。

2.堅持“早進晚出”，由于山區的地質比較復雜，需要減少施工過程對仰坡的破壞。必須首先完成洞口周圍的排水系統的建設。各項施工要有統一的安排，達到協調統一的要求。

3.洞口開挖過程中，嚴格執行“先加固，后開挖”的要求，，襯砌做到先墻再拱，有仰拱的地方必須先做仰拱。洞口若要用臺階施工法，避免臺階太長引起隧道的不穩定。

4.洞門的建設應該盡早完成，避免拉長施工戰線帶來洞口的穩定性下降。

洞口是隧道的門戶，所以洞口的施工的質量對隧道質量的影響可見一斑。初期的支護和洞口的預加固是洞口建設的重中之重，是隧道結構中起頭的一部分。各項施工要協調統一起來，對山區復雜的地質環境要有因地制宜的的精神，碰到問題要具體分析之后綜合解決。

4 通風技術處理

隧道的主要副主通道是斜井，在山區的隧道建設需要從正反四個工作面同時進行施工，而且山區的海拔較高，氣壓低，正常條件下的通風技術需要經過改進才可以應用，如何進行改進，是提高工作效率、加快進度的關鍵因素。

4.1 使用大功率通風機

由于山區隧道位置的獨特性，在通風技術中使用大功率的高風量通風機是一個不錯的方法。在通風計算中要注意管道的直徑和風阻力、風壓力成冪指數的關系。

4.2 減少機械的尾氣排放量

決定通風的主要因素是施工中內燃機的尾氣排放量。在挖掘隧道時，出渣車一般都要超重運行以保證工作效率，所以尾氣排放量遠高于計劃。因此需要平時加強內燃機的保養和使用，條件允許的情況下可以用電動機械設備代替內燃機。

4.3 加強通風管理

施工的通風管理的提高，可以提高工作人員的效率、節能減排、降低成本，所以說是施工中的關鍵因素。因此要建立科學合理的通風管理體系，配備專業的作業人員進行通風，加強管理機制的建設三個方面來加強施工中的通風工作。

5 應對突發情況的措施

5.1 在隧道作業中，要時刻做好準備應對一切可能出現的意外情況。抽水設備要準備充足，將作業中產生的水及時抽走，預防積水對墻基的浸泡帶來的意外情況。

5.2 施工中安排足夠的人員不間斷的檢測地質條件的變化，加強預報工作，對可能出現的情況進行安全隱患的排查。采取超前探水措施，預防突水涌泥淹井的危險。如果涌水量較大，可采取徑向注漿等多種注漿措施進行堵水。

5.3 強化施工單位的安全生產責任制。施工單位根據設計要求制定防范措施，監理單位審查防范措施并檢查隨動施工風險管理制度。施工單位是隧道安全工作的責任主體，不許加強風險防范和風險管理，落實各項防范措施。加大隱患的排查力度。

6 總結

本文對基于山區復雜地質條件下對隧道的設計問題進行淺談，可以有效的幫助工程師在應對復雜地質條件時進行工程設計，避免設計過程中由于考慮不周造成的風險。在脆弱的巖層中挖掘隧道，在設計和施工中都必須考慮巖體破壞和大變形，盡力避免不必要的擾動，在應對過程中考驗了工程師對脆弱巖體性能的了解以及支護與巖體相互作用的原理的應用。但是對復雜地形隧道的施工方法的探究還不能達到令人滿意的地步。本文所講的方法也不盡詳盡。隨著工程進展的深入，檢測數據的增加，需要綜合數值的計算方法，逐步達到工程的實際要求。

支護系統的安裝順序必須與施工工序密切配合，保證支護不會超負荷工作。綜合治水的方法可以最大限度的減少積水對隧道穩定性的影響。通風技術的處理要配合施工的進程，以達到最大限度的提高工程進展。

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