公路隧道工程不良地質段施工技術分析

李奎

（湖南華達工程有限公司，湖南長沙 410000）

公路工程中的隧道，多用于跨越山嶺、河流，因此工程所經過得不同地段地理環境導致工程量較大、隱蔽范圍廣的特性。雖然地質勘探技術日益進步，但由于不同地段地質工況相對復雜多變，勘探設備、工藝、頻率等因素的影響,造成地質揭露數據不夠準確。因此文章根據工程實際情況，對隧道施工過程中不良地質、施工控制措施進行深入分析，具有十分重要的意義。

1 工程概況

某高速公路隧道全長712 m，采取鉆爆施工方案穿越巖層段，并通過回填土段采取機械開挖與大管棚法相結合，并在小導管灌漿的基礎上進行超前支護補強。

隧洞沿線地下水按照水層性質，以孔隙水和基巖裂隙水為主，地下水發育程度一般，主要依靠大氣降水，隧道底板在地下水位線以上。隧道K0+600～K0+857 （長257 m）段，均為近期人工雜填，尚未壓實，地質狀況較差采用CRD 法進行開挖作業；K0+857～K1+214 m 段（長357m）主要為泥質砂巖，強至中風化，其圍巖穩定性不佳，為Ⅳ級圍巖，故采取臺階法進行開挖作業。

2 隧道施工特點

2.1 地質工況存在未知性：工程在穿越巖層過程中由于地質工況存在未知性，可導致突發情況與安全事故的發生，比如勘察資料不全、勘察設備、頻率與勘察技術相對落后，都可能導致無法準確掌握地質工況情況，也可能因局部工程地質情況存在安全隱患。

2.2 山體開挖作業的干擾性：在隧道施工過程中，需要借助各種機械設備對山體進行開挖作業，在開挖過程中，山體基巖會受到壓力的影響，局部地質結構會發生一定程度的變化；因此，必須根據具體的施工條件，適時進行技術措施的調整，這一工程的特殊性，增加了隧道施工的難度。

2.3 工程隱蔽性：由于隧道工程穿越的道路主要是山地、河谷、河流，其隱蔽工程的工程量較大，再加上不同地段的工況多變，導致隧道施工中存在不可預見的安全隱患，為隧道工程的檢測技術要求非常嚴格。

3 隧道常見不良地質情況施工措施

3.1 淺埋地段

淺埋地段是指隧道進出口段，該地段的的穩固性較差，導致在施工中容易出現土體垮塌、巖層破碎等問題需要對淺埋地段采取相應的防治措施，具體如下：

3.1.1 提前對淺埋地段采取防治措施，可以采取增加剛性結構類的支護措施，盡量采取減少山體和巖層擾動的開挖技術。

3.1.2 淺埋地段的進出口地質多變，地面水和地下水會侵蝕洞口斷層，地表可采取截水溝、山體裂隙等方法進行引流，若不注重引流將導致地表水與地下水對進出口造成嚴重危害。

3.1.3 在隧道入口和出口的施工中，采取“上部弧形導坑、預留核心土”的施工方法，盡量減少開挖斷面直接暴露的面積。

3.1.4 隧道洞口淺埋偏壓明挖暗做：a. 使用錨桿對進洞口偏壓邊坡進行噴錨處理，錨桿呈梅花形布置；另一側澆筑大體積混凝土擋墻，對偏壓邊坡形成阻擋支撐作用，邊坡與擋墻間的回填土，用導管注漿處理，注漿硬化后與土體結合形成深層固結層，改善邊坡周圍土層受力性能，形成對偏壓邊坡的有效支撐，避免邊坡滑塌災害；b.對回填土注漿后，采用回填土下進洞方案，替換原明洞施工方案，使原淺埋偏壓構造變成深埋構造，降低進洞施工對崩塌體的擾動，有效防治隧道施工和工后運營期發生崩塌災害，保證隧道洞口施工和隧道運行安全。該施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

3.2 塌方處理

3.2.1 預防塌方施工措施

（1）地質監測預報。通過對地質狀態的監測預報，掌握地質情況的變化趨勢。

（2）六項工藝原則。隧道施工遵循先排水、短進尺、弱爆破、強支護、快襯砌、勤勘測六項工藝原則。

（3）快速反應機制。通過對地質監測數據、變化趨勢的分析，建立快速反應機制。

3.2.2 處理塌方的方法及步驟

（1）事故現場查找原因，并提供對應舉措。

（2）若塌方程度判定為一般性，首先應對塌方區域實施加固。

（3）塌方處理要將安全第一作為首要原則，配備科學專業的設備，為現場施工安全保駕護航。

3.2.3 塌方處理方法

錨噴法適用于一般性塌方，施工工藝如下：

（1）借助鋼管導出巖內積水，表層加噴早強混凝土，強化塌體面層；塌體頂部嵌入錨桿支護，底部搭建鋼拱架向上作用，塌體面層基本穩定后，采用超前大管棚技術進行施工。

（2）嚴重塌方處應進行特別加固處理，主要體現在錨噴支護后的混凝土灌漿。塌方處理方法見圖2。

圖2 塌方處理方法圖

3.3 破碎帶、斷層

3.3.1 事故現場實況勘測，通過對各項數據的分析，得出具體結論；為預防斷層處出現碎裂二次損害，首先要對巖面實施加固，減少暴露面積。

3.3.2 爆破施工對巖體穩定性影響較大，易引起位移等損害，可通過預裂爆破的形式，減少對保留巖體的破壞。

3.3.3 斷層地段施工存在較大安全隱患，對其安全管理要引起足夠的重視，保證監測頻率的科學性。

3.4 穿越溶洞

溶洞有大小、是否漏水之分，不同性質溶洞的處理方案受體量大小、所處方位、地質結構等因素的影響多有不同。分析現場地質工況，溶洞區域巖層主要由石灰巖構成，開挖難度較大?？紤]到開挖過程中潛在的風險性，對應的治理方案如下：

3.4.1 深度＞2 米的溶洞，選擇回填方法治理。

3.4.2 2 米＜深度＜5 米且位處拱腰以上、在開挖界限以外的較大溶洞：（1）有水有填充時首先進行排水，后進行錨桿增設、混凝土澆筑、布設鋼筋網噴射砼的方法加固；（2）無水無填充時，通過錨桿布設、混凝土澆筑、噴射砼進行加固。

3.4.3 深度＞5 米且位處拱腰以上、在開挖界限以外的較大溶洞：（1）有填充時借助高壓注漿加固、布設鋼筋網、噴射砼二次加固；（2）無填充物時，通過錨桿增設、混凝土澆筑、布設鋼筋網噴射砼的方法加固。

3.4.4 拱腰以上大溶洞（有填充物）處理示意見圖3。

圖3 拱腰以上大溶洞（有填充物）

3.4.5 隧道基地大型溶洞的治理：新增承載力高于1200kpa 以上的混凝土橋板，借助板塊結構增大受力面積的原理。

4 質量控制要點分析

4.1 超前地質預報

4.1.1 超前地質檢測工作原則：以現場地質分析為基礎，粗查和精查、物探與聲探相結合技術，對不同地段工況進行超前地質的預測。

4.1.2 在進行超前地質預測時，應按照既定的工作程序進行監測，以保證監測中的準確性，超前地質預報流程如圖4 所示。

圖4 超前地質預報流程

4.1.3 超前地質預報方式，見表1。

表1 超前地質預報方式

4.2 監控量測

4.2.1 監控量測點的位置分布原理為每3m為一個量測斷面，隧道周邊位移測量布置（如圖5 所示），隧道地表沉降的測量方法如圖6 所示。

圖5 隧道周邊位移量測測線布置示意圖

圖6 隧道地表下沉量測測點布置示意圖

4.2.2 施工前期地質條件復雜、變化較大時，對觀測剖面進行加密，加大觀測次數。

4.2.3 測量的基準點必須在牢固可靠的位置點并加以適當的防護。

4.2.4 所測量分項，均應盡可能地安排在同一測量斷面上，所選取的測量點位必須具備一定代表性。

4.3 量測數據的處理與應用

4.3.1 在每次施工測量結束后，都應及時填寫和統計測量數據，并將測量結果及時加入到“變形時態變化散點圖”中，以便隨時了解考察不同地段的工況變形趨勢，調整其回歸系數。

4.3.2 10～30 天內需對兩圖進行回歸分析，并基于兩圖的發展趨勢，預測最大值和最大變形。

4.3.3 以最大變形速率為依據，預測圍巖的穩定與安全性。

5 結論

隧道施工中不同地段工況具有復雜性與多變化，不良地質段針對性治理技術的應用十分重要。技術人員采用超前地質預報，可事先預見隧道施工中不同地質情況，降低公路施工的事故發生率。隧道工程中的常見不良地質條件主要包括隧道淺埋地段、隧道出現坍塌冒頂、巖層局部破碎和及出現斷層、穿越溶洞等五種不良地質區段的施工。本文深入分析了五種不良地段施工特性，并有針對性的優化，以提高工程施工的質量與安全性。公路隧道工程中存在著難以預測的地質工況，導致工程施工中易發生突發事件與安全事故的發生。因此隧道施工階段，應不斷監測根據地質條件的實際情況，并適當調整掘進方案，以對不同地質情況進行超前預測與防治，提高公路隧道工程不良地質段施工的安全性。