復雜地質條件下公路隧道施工技術應用研究

蒲海青

（貴州省公路工程集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

近年來，我國的交通運輸事業迅速發展，隧道施工項目也在不斷增加，對施工質量和施工安全提出更高的要求。在隧道工程中，由于地質條件比較復雜，必須對淺埋偏壓和軟弱圍巖等地質條件進行有效治理，根據不同地質情況，選用適宜的施工工藝，從根本上保障施工人員生命安全和整個隧道的施工質量[1]。

1 常見復雜地質類型

1.1 膨脹土地質

與一般地質條件相比，膨脹土質更易發生圍巖變形。在工程建設中，工作人員要進行細致勘察，準確了解圍巖變形的原因、程度和影響，并據此采取相應的防治措施。在膨脹土層地質情況下，根據地區的特殊水文地質特點，應盡量避免全斷面開挖，可靈活運用側墻導坑法、臺階法等技術手段。同時，為了保證隧道的安全和穩定，必須減少流變對隧道施工的影響。

1.2 喀斯特地貌

喀斯特地質環境下的公路隧道建設也存在較大困難，特別是在工程地區發生流水溶蝕時，更是增加了工程施工難度。有關工程實踐證明，在喀斯特地質類型的區域施工時，存在更大的安全隱患問題，在施工前如果沒有進行細致全面的勘察分析，很容易受地下水運移情況的影響。因此需要提前摸清當前地質特征，及時采取相應的措施，在隧道施工過程中才能保障施工人員的生命安全以及設備和材料的安全，減少發生事故產生的損失。在喀斯特地質環境下，一般采用超前地質預測方法，以保證隧道施工的安全性。通過勘察施工區域300 m范圍內的地質條件和環境條件，做出正確的分析和預測，將安全隱患抑制在萌芽階段，保證隧道施工的正常進行。

1.3 松散破碎地質

在公路隧道工程中，常常會碰到軟弱、破碎的地質條件和圍巖結構疏松、失穩等問題，從而導致后期工程的崩塌。有關的研究和工程實踐證明，當一定地段的圍巖較為疏松、破碎時，其水侵問題就會變得更為突出。由于破碎疏松的巖石內部結構不穩定，存在大量孔隙，造成了高含水量，從而加大了工程難度。因此，在開挖過程中，普遍采取超前支護技術，可以通過加固圍巖來減少松散破碎地質發生事故的可能性，保障施工進度。超前支護技術主要是保障開挖工作面和圍巖穩定性，使隧道內的圍巖處于三向受力平衡狀態，從而提高隧道穩定性。在此類地質情況下，除了超前支護技術，有時還會用到鉆孔排水施工技術[2]。

1.4 流沙地質

在實際工程中，經常會遇到流沙地質區域。流沙地質主要是由于地基處于沙體之上，造成整個工程的穩定性較差，在工程建設過程中容易發生塌方、變形等問題，嚴重時會引起工程安全事故。因此，必須對不同類型的水文地質條件進行調查，確定工程場地的流沙分層狀況、流沙層粒徑、塑性指數等。在施工之前，首先要對該地區施工的重點和難點進行分析，然后根據這些問題，制訂出一套科學的施工方案，以保證施工的質量和安全。一般情況下，在流沙區施工時，工作人員應注重土方開挖，做到先保護后挖掘，因此隧道的安全性和穩定性能夠在一定程度上得到改善。

2 復雜地質環境下公路隧道施工存在的問題

2.1 復雜的地質環境

地質環境的復雜性表現在兩個方面。一方面是由于該區域的地質條件較差，例如地下結構復雜、堅固程度較低，從而給工程施工帶來一定的困難。如果遇到硬度較大的巖石，還可以挖掘打通，但如果是較為軟弱的圍巖，就會導致巖層變形，甚至會導致隧道崩塌。另一當面是由于公路項目周邊的地質條件較為復雜，例如黃土地、礦山、電纜、天然氣管道等。在城市和農村的建筑工程中，若不注意這些問題，盲目地進行施工，將對城市和農村的居民生活造成極大影響，同時也會影響工程施工的安全性。

2.2 施工工藝落后

隧道施工質量的好壞，與施工工藝的選擇有較為密切的關系。目前，為了使施工順利進行，普遍采用鉆爆法、掘進法和通風技術。而各類工程技術的引入往往會耗費巨大的財力和人力，如果沒有足夠的資金、人力資源，必然會對項目建設造成一定影響，因此采用先進的技術進行隧道建設尤為必要。

2.3 過程管理不足

在隧道建設中，要做好設計、規劃、組織、管理等方面的工作，特別要注意地質環境，做好全面的勘察和預測，防止出現各種地質災害，造成安全事故，危及施工人員安全。通過大量實際工作表明，地質情況是導致隧道坍塌的主要因素，而地質情況又具有不可抗性，因此必須采取相應的安全措施[3]。但在實際施工中，由于施工單位對工程經濟效益考量較多，安全管理體系未得到落實，因此，安全防范工作依然是薄弱環節。此外，由于缺乏足夠的重視，對地質勘察技術人員的專業素質和施工人員技術水平要求不高，造成工程質量不能得到保證。特別是在地質環境復雜的情況下，施工單位要加強對工程的管理，防止各種地質災害引起的安全事故。

3 公路隧道在復雜地質環境中的施工工藝

由于隧道地質條件復雜，施工難度較大，因此相關部門應綜合考慮各種技術指標，采用合理的施工工藝，以降低外部環境對隧道施工的影響。在保證隧道施工各個環節的連續性和質量效益的前提下，為穩定地進行復雜地質下的隧道建設工作提供有力支撐。

3.1 淺埋偏壓隧道施工技術

淺埋偏壓是公路隧道施工中普遍存在的一種特殊地質狀況，因此在工程地質條件復雜的情況下，應根據工程實際，采用適當的施工工藝，以控制淺埋偏壓地質對公路隧道施工產生的不利影響。進行公路隧道工程建設時，在淺埋偏壓地質條件下，施工人員必須充分考慮各種變形問題，并根據不同的變形情況，采取不同的處理方法，以有效地控制隧道施工變形。同時，由于隧道的進口和出口都存在淺埋偏壓，因此需要采用圍巖及支撐體系，以保證隧道的進口和出口不會受到淺埋偏壓的影響，嚴格控制隧道入口、出口施工的變形。在淺埋偏壓地質條件下，施工人員應注意以下幾個問題：①在公路隧道工程中，采取超前管棚施工技術，并加強隧道地基穩固性，避免淺埋偏壓條件下的路基坍塌。另外，在開挖過程中，還可以采用多步式預留基坑技術，并與現代施工技術相結合，以改善工程質量；②在公路隧道建設中，應加強對施工人員的保護。使有關施工人員能夠集中精力進行隧道建設；③在淺埋偏壓地質環境下，公路隧道施工過程比較繁瑣，需要相關部門對其進行有效監測，以減少在淺埋偏壓地質環境中發生安全事故的發生。

3.2 軟弱圍巖隧道施工技術

在軟弱圍巖地質條件下，施工單位可采取噴錨構筑施工工藝。根據新奧法的基本原則，結合巖土力學特點和相關理論基礎，進行錨噴施工，減少了圍巖在軟弱圍巖地質條件下的影響。在軟弱圍巖地質條件下，隧道施工應考慮如下技術問題：①在開挖之前，應充分結合圍巖結構的穩定性及地質構造的特殊性，有針對性地改善圍巖結構的安全、質量，以防止軟弱圍巖地質條件下的隧道工程出現問題；②在軟弱圍巖區域，應強化注漿樁與錨桿的結合強度。如有需要時應予以加固，并建議有關部門采取適當的保護措施，以保證工程建設的順利進行；③在軟弱圍巖地質條件下，應保證襯砌厚度合理，從而提高襯砌質量，充分發揮襯砌結構的作用，確保在軟弱圍巖地質條件下能夠更好地發揮其技術優勢。

3.3 地表滑坡隧道施工技術

由于公路隧道的結構及施工的復雜性，在進行施工時，極易發生地面滑坡，產生滑坡體地質，影響隧道工程的正常開展。因此，在工程建設前，必須對路基表面的地質特征和內在缺陷進行有效分析，然后根據各個環節的分析結果采取相應對策，目的是減少地表滑坡地質條件對路基工程的影響[4]。同時，在地表滑坡地質環境下進行公路隧道建設，必須堅持“先治理，后開挖”的施工原則，避免在地表滑坡地區施工時發生隧道支護結構或圍巖坍塌。此外，在開挖前施工單位應事先對滑坡進行治理，并設置抗滑樁，在滑坡體前方設擋墻，進行地面加固，防止地面徑流向隧道內滲透，從而減少滑坡的發生。在施工過程中，可以采用大管棚超前支護方法，在規定的場地內堆放施工物料，并將所有的施工用水都排到滑坡體外部[5]。鑒于地面滑坡處的公路隧道施工過程比較繁瑣，需要各有關部門根據具體的施工程序和地基因素進行有效監控，如發現在地面滑坡地質情況下發生問題，應立即通知有關人員進行處理。

4 復雜地質條件隧道施工技術的應用分析

4.1 工程概況

某隧道全長2.96 km，其地質條件較為復雜，沿構造帶分布呈現出不同程度的延伸，施工區域內有大量的斷裂和背斜。該段隧道的洞體中有大量的溶洞，很可能會發生涌水、崩塌等問題。因此必須制訂切實可行的施工方案。

4.2 洞身施工

在進行隧道開挖施工時，必須選用合理的開挖方式，并充分掌握隧道的施工方案，了解隧道的地質、巖性和地質結構。在該工程項目中，根據不同的圍巖，采用了以下幾種爆破方法。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類型圍巖具有良好的巖性，可以采用臺階法開挖，但在實際工程中，必須嚴格控制超挖問題。對Ⅴ型軟弱圍巖采用臺階法開挖，同時采取臨時仰拱、模擬光面爆破等措施，重點控制周邊眼間距及炸藥用量。為防止初選超欠挖問題，在開挖Ⅴ型軟巖圍巖時，利用CRD法對復雜地段的圍巖進行小劑量爆破，從而對巷道開挖起到一定的輔助作用。

要達到良好的光面爆破效果，必須對圍巖特征進行綜合分析，使周邊孔間距保持在合理的范圍內，提高鉆孔質量。在裝填過程中，必須在鉆孔附近均勻分布，藥筒的直徑應在合理范圍內，以確保爆炸的速度和效果。對于瓦斯爆炸危險性較大的復雜區域，不宜采用導爆索，必須嚴格監測氣體濃度。一旦發現氣體濃度超過規定值，要采用連續式裝藥結構，嚴格控制爆破作業，為光面爆破打下良好基礎。

對巖層進行光面爆破，每次開挖直徑應控制在3.5 m以內，并進行實驗確定最佳爆破參數。當遇到硬度極大的巖石時，其外圍眼抵抗線應為70 cm左右，周圍孔間隔55 cm，裝藥集中度為0.35 kg/m。當遇到硬巖石時，其外圍眼抵抗線應控制在55 cm左右，周圍的孔隙為50 cm，裝藥集中度為0.20 kg/m。對軟巖石，其外圍眼抵抗線應為45～60 cm，周圍的眼間隔為30～45 cm，裝藥集中度為0.10 kg/m。

4.3 隧道支護技術

4.3.1 噴射混凝土

在實際工程中應逐層分段按先砌后拱的順序進行，要保證混凝土噴射效果，必須合理地控制噴嘴的運動速度。同時，對水壓、風壓等外部環境的影響進行綜合分析，對回彈次數進行有效的控制。對于5 cm以上的部分，必須采取分層施工方式，每一道工序之間的間隔時間應為1 h，在前面工序完成后，必須對上一道工序進行找平，并做好養護工作。

4.3.2 錨桿作業

在鉆孔過程中，應采用鑿巖機進行施工，徹底清除孔洞內的雜物，并采用注漿泵對灌漿壓力進行嚴密控制。同時，炸藥也要準備好，在鉆孔結束后，要徹底清理錨桿上的孔眼，將炸藥裝在孔眼中。為了防止炸藥變形和滲漏，要將錨桿插在巖石孔之中。

4.3.3 管棚支護

在管棚支護中，選用的材料是無縫管，在連接部位處采用縱橫交錯的方式，把單數首節控制在6 m以內，雙數首節控制在3 m左右，其余的都控制在6 m左右，以保證壓力的均勻性。管棚的入土深度根據設計要求確定。在接鋼管的過程中，先將上一根鋼管插在巖石孔內，然后再用鋼管進行連接，不得使用裂縫鋼管，并做好相應的加固措施。

5 結語

總之，在復雜地質條件下，公路隧道的建設難度和風險加大。要確保工程的安全和順利進行，就必須確保隧道施工技術水平，對現有的隧道工程技術進行改造與革新。同時，對隧道周圍的地質、地形等因素進行全面勘察，為隧道工程施工提供可靠資料，科學地選用隧道施工工藝，從而提高隧道的施工質量。