隧道不良地質段施工技術研究

常文科

（廣東匯華建設集團有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引言

隧道在公路工程中必不可少，項目經過區域地理環境復雜、地質結構特殊，工程隱蔽性強、風險系數大且質量要求高，多分布于山地、丘陵、江河等地。近些年來，隨著技術發展，地質勘測水平有所提高，但受限于勘測設備、特殊地貌條件、工作環境等因素，在實際施工中難以準確把握所有區域的地貌特征。基于實踐，對隧道施工環節的不良地質類型、特征及施工控制措施加以論述，為同類工程項目施工提供技術參考。

1 工程概況

某高速公路工程隧道全長712m，采用鉆孔爆破法進行巖層開挖，采用大管棚和機械掘進方案為主，土層段采用小導管灌漿，深層固結硬化后支護補強，增強土層應力與抗壓強度。隧道洞地下水由大氣降水補給，水系中以基巖裂隙水、孔隙水為主，隧道洞沿地下水分布，地面高出地下水位線。區域內有兩個隧道洞分別為K0+600—K0+857（長257m）與K0+857—K1+214m 段（長357m），前者拱頂土層松散，以人工雜填土為主，地質條件差，采用CRD 法掘進；后者中強風化，泥質砂巖為主，穩定性不足，可以臺階法開挖。

2 隧道施工的特點

2.1 隱蔽性強

隧道周邊沿線多山地、河流，工程量大、風險性高、地理結構復雜，施工中突發情況頻現，工程質量難以保障，檢測難度大[1]。

2.2 地質情況復雜

工程穿巖段，地質結構復雜且不清，對勘察要求高，勘測不全、信息準確度不高會直接影響工程進度。在勘測設備、技術情況、勘測頻率等因素的影響下，無法全面掌握細節部位的地質變化。

2.3 山體地質變化

在隧道施工過程中，機械設備對山體施壓，山體被打通后，基巖受力情況改變，山體原有的地質結構被打破，需以現場勘測為參考及時調整施工方案，施工難度大[2]。

3 隧道常見不良地質情況的施工措施

3.1 淺埋地段

隧道出入口易出現巖層破碎和土體垮塌，穩固性不足，為常見淺埋地段，可采取以下加固措施綜合防護：其一，增設支護措施，安置剛性結構保護巖體，提高山體應力及抗壓強度，避免機械操作擾動巖體，降低開挖導致巖層脫落或土體坍塌。其二，加強水害控制。受制于地形因素，地面水、山體流水、地下水均會沖蝕洞口斷層，加速巖體脫落與剝離，可引流山體流水或用截水溝分離地表水等控制水害，降低對隧道洞口的危害程度，減少安全事故率。其三，超前大管棚技術結合鎖腳錨桿技術，加強隧道進出口支護，保護山體巖層，降低坍塌風險。其四，以“上部弧形導坑、預留核心土”方案開挖隧道進出口，縮小挖斷面的暴露面積[3]。

3.2 塌方處理

3.2.1 預防塌方的施工措施

（1）通過監測和預測地質危害，了解工程地質狀況的演變趨勢，有效防止滑坡的發生。

（2）隧道施工應遵循先排水、短進尺、弱爆破的原則，另需重視強支護、快襯砌、勤測量技術方案的配合。

（3）通過對地質監測數據的分析，關注隧道開挖過程中巖土的作用力狀態，建立快速反應機制。當出現危險狀況時，立即啟動應急預案[4]。

3.2.2 塌方處理的原則和步驟

（1）查明事故發生的原因，并提出相應的措施。

（2）如果坍塌的程度為一般情況，就必須及時對坍塌區域進行加固，以控制病害的蔓延。

（3）針對塌方十分嚴重甚至冒頂的情況，首先應對塌方區域地表陷坑實施加固。若同時存在天然水災害，則需先采取積極措施消除水害。

（4）塌方處理應以“安全第一”為主要方針，配備專業的設備和人力，保障工程的安全。

3.2.3 塌方處理的施工方法

對于非嚴重情況的常見滑坡段，采用錨噴技術，其施工方法是：

（1）利用鋼管將巖石中的積水排出，在塌方體表層上加噴早強混凝土，對塌方體進行加固。

（2）在坍塌的上部埋設錨桿支護，在下部設置鋼拱架，掛網二次加噴早強混凝土，滿足施工設計參數。

（3）在塌方面層基本穩定后，采取大管棚超前施工技術方案。

（4）在發生嚴重塌方時，必須采取特殊的加固措施，如錨噴支護聯合混凝土灌漿技術。

3.3 破碎帶、斷層

其一，對事故現場進行實地勘察，并根據調查結果進行分析，得出相應的結論。其二，為了防止斷裂部位發生二次破碎，應對巖石表面進行補加固，以減少裸露區域。其三，爆破作業對巖體的穩定性有很大的影響，容易造成位移等破壞。在進行爆破時，必須嚴格控制炸藥的使用，或采用預裂法，以降低對未開挖巖層的損害。其四，斷層段施工的安全風險很大，應充分注意其安全管理，確保監測頻次的科學性，數據分析的準確性，對每項施工問題都要有及時高效的解決方案[5-8]。

3.4 巖爆地段

在外界施工干擾過大時，隧道深處的巖層會因初始應力的作用，猛烈釋放聚積的彈性變形勢能，引發巖爆危害，常見的處理措施有以下幾點：其一，控制爆破力度，減少擾動，縮小爆破作用力的影響范圍。其二，通過預設超前鉆孔等形式分階段釋放深層基巖的應變能，降低巖石強度，減緩巖爆。其三，做好爆破后的加固預案，通過加設錨桿、鋼筋網的形式加強施工支護工作[9]。

3.5 穿越溶洞

分析現場地質工況、勘測數據可知，該項目巖層主要由石灰巖構成，內部還分布著多處聚集性溶洞，挖掘施工比較困難。根據施工可能存在的風險，針對不同類型的地質缺陷，應分別采取相應的處理措施，具體內容如下。其一，對于2m 以下的巖溶洞穴，采用回填法進行治理。其二，對于2m 以上并小于5m，且位于拱腰以上的較大溶洞：在有地下水的情況下，應先進行排水，然后進行錨桿增設、混凝土澆筑、布設鋼筋網、噴射混凝土；在沒有地下水的情況下，采用錨桿布設、澆筑混凝土、噴射混凝土等方法進行加固。其三，對于在開挖范圍之外、深度大于5m 且位于拱腰以上的大型溶洞：采用高壓注漿、布設鋼筋網、噴射混凝土進行二次加固；在沒有填料的情況下，采用增設錨桿、澆筑混凝土、布設鋼筋網等方式進行加固。其四，對于在拱腰之上的大洞穴（有填充物）的大溶洞處理如圖1 所示。其五，對于隧道基底大型溶洞的治理：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。

圖1 拱腰以上大溶洞（有填充物）

4 質量控制要點分析

4.1 超前地質預報

超前地質預報應基于工程實況并結合歷史數據，建立一套完善的作業流程，同時為保證勘查數據的真實性及代表性，在過程中應注重粗細勘查、各類勘查方法的結合。超前地質預報流程如圖2 所示。

圖2 超前地質預報流程

4.2 監控測量

其一，根據技術標準將監測點位的間距設置為3m。隧道周邊位移測量布置如圖3 所示，隧道地表下沉測量布置如圖4 所示。其二，在施工初期階段，地質情況穩定性較差，要加大測量點位的密度并提升測量次數。其三，布設的基準點必須堅固穩定且便于長期保存。其四，測量點位的布設要科學嚴謹，點位處在同一斷面且勘測數據足以反映地質實況[10]。

圖3 隧道周邊位移量測測線布置示意圖

圖4 隧道地表下沉量測測點布置示意圖

5 質量、安全、環保措施

其一，在對建筑材料質量進行檢驗時，必須嚴格按照各項指標，對原材料的品質和規格進行全面的檢驗，盡量選用有保證的產品。應選擇具有一定實力的大型生產廠家，并與其建立長期的伙伴關系。在進料前，應核對原材料的出廠合格證書，并將其規格與圖紙進行對比，還需執行取樣檢驗。對于不符合要求的原材料應立即進行處置，嚴禁將其直接用于建筑[11]。

其二，建立完善的質量管理制度。設立項目經理作為質量管理小組的主要領導，成員應包括總工程師、技術員、現場施工員。質量管理小組需合理分工，及時發現問題，提高技術交底的工作效率。

其三，為保證監督檢查的有效性，安全生產主管要做好人員調配，提高安全監督水平，避免可能存在的安全隱患。建立安全管控小組，實施三級安全教育機制。為提高安全教育的效果，應加強對三級安全教育的重視，并有針對性地開展對不同工種、工序的安全教育學習。

其四，依據項目的實際情況，制定環保管理預案。及時更新自身的知識儲備，學習國家及地方環保法規和制度的最新規定。營造良好的環保企業文化，把環保觀念貫徹到工程建設的整個過程中。

6 結語

在公路項目工程施工中，多遭遇復雜地質條件，面臨特殊地容、地貌，隧道施工技術需因地制宜。公路隧道特殊地質段主要包括進出口淺埋地段、應力突變巖爆風險地段、巖層局部破碎及出現斷層、隧道出現坍塌冒頂、穿越溶洞段等不良地質類型。對上述五種不良地質類型的特征、施工要點及施工方案進行闡述，通過合理優化施工方案為工程質量控制提供參考。在公路隧道施工中，地質條件難測，安全隱患無處不在，增加了項目施工的難度。對隧道施工的非預期風險，應超前預報，加強施工監測，實時通報不良地質特征，及時調整施工工藝，優化工藝流程，根據地質環境特征調整施工方案，確保工程質量。