復雜地質條件下隧道施工技術研究

陳建波

（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇島 066000）

1 引言

近年來，我國交通行業得到了全面的提升和發展，為此，隧道工程項目的數量逐漸增加。但在隧道實際建設施工過程中，經常會遇到地質條件相對復雜的情況，為了有效開展隧道工程施工，需要技術人員根據不同類型的地質條件選擇合適的施工模式，在確保施工安全的同時，最大限度地提升隧道工程建設的質量和效率。

2 隧道施工中常遇到的復雜地質條件

2.1 大斷層隧道區域

在隧道建設工程實際開展過程中，經常會遇到比較復雜的地質環境，其中，土質結構大斷層問題相對比較常見。通常情況下，在受到土壤塌方、結構渠道涌水及水壓等外界因素的綜合影響下，會加大土壤結構斷層破碎問題產生的概率。尤其是隧道挖掘施工時，遇到的斷層問題產生較多，此種地質結構及條件相對比較復雜，施工危險性較高，在實際工程建設中，不僅嚴重影響了整體建設項目和工程的安全性，而且在一定程度上還影響了建筑工程的整體進度。同時，由于地質結構中大斷層區域的規模較大，會產生較多間層，因此，往往具有富水特性，最終導致建筑施工過程中極易出現涌泥、涌水等問題。同時，在這種地質結構中，地下水活動也相對頻繁，進一步增加了隧道內部施工的整體難度。

2.2 軟弱圍巖隧道區域

在隧道工程的施工過程中，技術人員應首先對隧道施工的實際情況、技術要點以及施工重點等進行全面的分析，并以此為基礎，充分了解隧道的圍巖情況后進行技術處理。隧道內部建設的圍巖結構主要是指隧道在基礎應力條件下，依靠設備和技術手段建設出可以承載整個建設項目應力的巖石結構體，以此保證隧道工程施工作業的安全性，避免出現軟弱巖石結構問題。對于軟弱圍巖隧道區域，其主要問題是巖石結構強度較小，基礎承載力無法達到進行隧道建設的標準。同時，此種巖石通常分布不均勻，在隧道施工時，極易產生巖石結構體損壞或松散現象，從而導致大量巖石出現裂縫。如果水從裂縫中滲入巖層，會使巖層受到嚴重侵蝕，加速巖石軟化，最終產生塌方問題[1]。

3 復雜地質條件隧道施工技術

3.1 淺埋偏壓隧道施工技術

通過對目前我國大部分隧道地質結構和巖石成分進行綜合分析可知，淺埋偏壓地質結構屬于常見的隧道施工基礎，為了盡可能降低淺埋偏壓地質條件對隧道工程的影響，進而減少隧道建設產生的安全問題，提升隧道結構的安全性和可行性，需要技術人員選擇適合的施工技術和結構體系。只有施工人員全面了解淺埋偏壓基礎地質條件特點，結合隧道施工可能產生的形變和安全問題，才能以此為基礎制定出相關的解決措施。淺埋偏壓地質與其他類型地質結構相比較，由于其深埋程度相對較淺，且整體土壤覆蓋結構層相對較薄，因此，在后期隧道建設過程中，無法形成獨立的襯砌結構，最終導致塌陷事故。尤其是在實際工程施工過程中，一旦地表產生塌陷或其他結構問題，破壞了巖土體的平衡狀態，會對隧道結構安全性及隧道施工質量造成不利影響。

在淺埋偏壓隧道的施工過程中，首先需要將地面結構全面沖刷填平，填充裂縫并夯實。其中，單側加長錨桿以及水平鋼在基礎結構上要保證支撐水平，需要在產生較大形變問題初級階段針對施工現場的實際情況使用應急措施。在施工初期，通常要在隧道頂部位置使用厚度為8 cm，直徑為6 mm 的鋼筋網并全面噴射混凝土完成基礎鋪砌施工。基礎鋪設范圍需要在中軸線范圍左側20 m 直至右側坡邊，保證將兩側鋪設成制作成斜坡狀態，并且設置橫向以及環向地面節流，強化排水系統。

同時，在隧道中間區域需要采用I20 鋼設置橫向基礎支撐，間距控制在約1.2 m，其中，工字鋼為上、下2 排結構，2 排工字鋼的間距需要能夠設置至少3 道豎向支撐結構，工字鋼兩側需要與鋼材結構架進行焊接處理，并且將所有的工字鋼使用直徑為22 mm 的鋼筋進行縱向連接。在使用錨桿、橫向工字鋼支撐后，雖然隧道外部形變雖然得到了一定的控制，但是其形變問題仍然有緩慢增長趨勢，為了進一步確保隧道邊坡結構穩定性和施工安全性，需要使用洞頂減壓卸載技術進行施工，從而加強坡體基礎穩定性。在具體實施過程中，首先需要在隧道洞頂上方使用進行挖掘，其挖掘深度需要根據地質形態和基礎深度確定，并在坡腳設置頂寬1.0 m 的漿砌片石擋墻，形成反壓護道，以達增阻目的。

3.2 圍巖施工技術

由于隧道工程建設的特殊性，從工程地質結構方面進行分析和對比，軟弱圍巖地質結構在隧道施工過程中，極易受到外界因素的影響，加上我國不同地域的地質條件各不相同，其外界影響因素也存在著特殊性和復雜性。因此，在軟弱圍巖地質條件下進行隧道施工時，技術人員應根據工程周邊的自然環境和實際情況準確判斷影響隧道建筑施工的主要外界因素，并以此為基礎優化現有的隧道建設模式，如合理的支護方法可以有效防止在隧道施工期間軟弱圍巖土質結構產生變形問題，盡可能降低工程建設經濟損失。

復雜地層環境下隧道挖開之后，可能會造成圍巖形變問題，或者由于地質結構長期受到水的浸泡、風化等作用造成結構性裂縫問題，削弱了圍巖的支撐能力，進而破壞工程基礎穩定性。針對此問題，應首先針對圍巖壓力以及地質結構層轉變情況進行詳細的分析和討論，掌握系統變化規律。同時，為了進一步減少對圍巖的擾動，需要使用無爆破掘進技術并結合掘進機、風鎬、液壓鎬開挖設備和技術模式，科學、合理地減少圍巖暴露的時間，防止出現圍巖膨脹變形。

4 復雜地質條件隧道施工技術應用

4.1 隧道孔洞施工

在隧道孔洞施工過程中，挖掘環節應選擇適合的開挖模式，相關的技術人員首先應在對隧道整體建設方案進行全面了解后，結合隧道建設區域的地質和巖石特性進行綜合數據和信息分析，最終制定隧道挖掘和爆破方式。由于隧道周邊各級別、類型的巖石較多，因此，可以使用臺階模式進行深度挖掘，并且在實際工程施工過程中，對隧道過度挖掘等問題進行嚴格把控。而在對5 級軟弱巖石使用臺階方式進行挖掘時，應在隧道周邊建設臨時支撐仰拱結構，采用光面爆破技術進行施工，在此過程中，需要合理布置爆破點和整體炸藥使用量。并且在對5 級巖石進行開展的過程中，應使用交叉中隔壁施工技術，針對隧道復雜區域巖石進行小范圍爆破和挖掘，從而有效提高隧道挖掘進度[3]。

為了在隧道挖掘時取得較高的光面爆破質量，在炸藥的布置過程中，應使其均勻分布，并將藥眼直徑控制在合理范圍內，以保證炸藥爆破強度。另外，在爆破之前，應對該區域的瓦斯濃度進行檢測，如果超出安全標準，技術人員應對其挖掘流程進行合理安排，為后續光面爆破打下良好環境基礎。

4.2 隧道支護施工

隧道支護施工過程中，首先需要使用濕噴機開展基礎作業，混凝土需要在隧道外部進行攪拌，攪拌完畢之后利用運輸設備運輸至隧道工作結構面外部。使用設備噴射混凝土之前，需要使用高壓水流針對巖石結構面殘存的灰塵、巖石以及雜物等進行清洗，使巖面保持一定的濕度。

混凝土噴射作業應分段、分片，并且由下而上進行，采用6 m3/h 的濕噴設備。初噴混凝土厚度應不小于2～4 cm。格柵拱架等安裝完后進行復噴混凝土作業，噴至設計厚度。

4.2.1 錨桿施工

錨桿施工之前，需要預先在隧道外部按照設計方案進行錨桿制作和技術加工，而工程施工時，錨桿鉆孔位置以及孔洞深度必須精準，并且保證錨桿潔凈，達到標準后，使用高壓清洗孔洞內部的巖石碎屑，然后，使用注漿泵將按照標準配置的砂漿灌入至孔洞內部，砂漿強度達到設計要求后安裝墊板和螺帽。

4.2.2 鋼筋網絡施工

錨桿施作好后進行鋼筋網的鋪裝，將洞外加工成片的鋼筋網應隨高就低緊貼初噴面，用沖擊孔打淺孔埋膨脹螺栓，鋼筋網固定于螺栓上，用電焊焊于錨桿尾部，固定牢固。

5 結語

在隧道施工過程中，如果地質結構及自然環境相對復雜，需要技術人員針對隧道洞口規格以及內部結構的建造要求，采用科學、可行的建設技術，對工程進行全面管理，避免出現安全和質量問題，從根本上保證隧道工程施工的整體建設水平。