不良地質條件下隧道洞身開挖施工關鍵技術

摘要：隧道施工過程中經常會遇到不良地質影響，給工程整體進展和施工安全造成了較大的隱患，因此應采取有針對性的措施保障隧道洞身開挖質量。以實際工程為例，在充分分析開挖支護原理的基礎上，深入介紹不良地質條件下隧道洞身開挖施工關鍵技術，希望為相關工程的順利開展提供技術參考。

關鍵詞：不良地質；隧道；洞身開挖；關鍵技術

1" "工程概況

某隧道進口地勢較陡，出口漸趨平緩。進出口均發育山間河流，有鄉間土路可以通行。本隧道分布的地層較單一，地表散步的第四系殘坡積層粉質黏土、崩坡積層碎石土，下伏為侏羅系上統西山頭組晶屑玻屑熔接凝灰巖。區域上地層發育有上侏羅統火山碎屑巖，第四松散堆積物。石門洞隧道及其兩側各1km范圍內發育的底層比較單一，主要為侏羅系上統西山頭組晶屑玻屑凝灰巖。本隧道洞身段主要以晶屑凝灰巖為主，隧道進出口表層為碎石粉質黏土、下伏熔結凝灰巖。

經過勘測分析，該路段隧道施工存在如下不良地質情況：隧道DK122+705～DK123+610、DK125+490～DK125+600段屬高應力區，開挖過程中有巖爆可能。在DK123+795、DK123+927、DK124+100、DK124+275、DK124+630、DK124+850、DK125+200、DK125+890、DK126+860處附近有F1至F9斷層與線路中線相交。

2" "開挖和支護基本原則

在進行軟弱圍巖工程施工之前，軟弱圍巖的穩定性差，受干擾影響較大，必須根據圍巖的實際狀況，選擇合適的開挖技術。在進行隧道掘進工程時，應盡量保證工程在軟土本身承受的條件下進行，以保障工程中的圍巖變形不超出其承受能力。為掌握工程軟弱圍巖施工狀況，必須建設并健全監測系統，以便對工程施工方案進行合理的設計和調整，從而保證工程施工作業的質量和安全。

應注重全面、細致的隧道工程勘察工作，認真地記載勘察資料，選擇合理的施工工藝，科學的編制方案。該方法可為軟弱圍巖隧道工程中的支護形式的合理選取和適當的施工時段支護進行有效的控制。在實施軟弱圍巖支護作業時，應加強對工程質量與安全的控制，對開挖與支護作業的實施進行動態監測，特別是對開挖及支護技術的關鍵部位進行觀測、監控，從而減少工程事故的發生。

3" "隧道洞身開挖和支護施工要點

3.1" " 開挖工藝

在進行隧道掘進時，應根據工程地質條件，合理選用不同的開挖施工工藝。在施工技術較為成熟的情況下，應根據施工長度、斷面寬度、高程等條件，選擇最適宜的開挖方式進行施工。本工程的開挖方式有明挖法、暗挖法和蓋挖法三種，可以選取其中的一種作為該工程的開挖方式。

3.1.1" nbsp;明挖施工工藝

這種施工工藝在淺埋隧道施工中得到了廣泛的運用，施工工藝簡單，施工方便，安全性能高，同時具有成本低廉的優點，因而得到了普遍的使用。但是它也有一些缺點，即在工程運行中，對圍巖周圍的土壤和既有建筑造成一定的擾動，需要進行相應的控制。

3.1.2" "暗挖施工工藝

當工程不適合于明挖施工的情況下，可以采取暗挖施工技術進行隧道開挖施工。這種施工方式開挖量小，施工效率高，施工時間短，能夠在短時間完成工程的施工。

3.1.3" "蓋挖施工工藝

蓋挖施工技術多用于穿越建筑物下面的隧道施工，其作業的主要實施地點是靠近建筑物的地下，根據設計的深度進行掘進，然后對挖掘的頂板進行封堵。

3.2" " 隧道斷面施工技術

根據隧道工程的特點，以及工程現場軟弱圍巖分布的實際情況，進行了全面的分析和權衡，選擇了適宜的施工工藝。本文主要闡述了兩種不同的隧道斷面的施工方法。臺階法施工示意圖如圖1所示，隧道大斷面橫斷面如圖2所示。

3.2.1" "三臺階施工技術

采用這種方法進行開挖工程，必須按照“逐步開挖，分布支護”的施工原則，其施工步驟如下：根據地質條件對臺階進行科學劃分，并根據劃分的臺階分別實施鉆孔施工作業。在已打好的鉆孔內進行適當的裝藥，并進行爆破操作，并對各個階段的爆破垃圾進行及時清除，然后噴射混凝土，完成三臺階法的初步支護工作。三臺階施工方法作業面大，施工安全性能好。

3.2.2" "中壁法施工技術

中壁法施工工藝的工序如下：先將施工的洞口分成左右兩邊，然后進行一邊的開挖，施工中間隔墻，接著進行另一邊的開挖施工。在隧道開挖中采用中壁法施工技術，可以更好地保證斷面工程的抗沉降性，并使斷面的承載量得到有效改善。然而這種施工工藝具有施工量大、工序繁瑣，施工過程中不能采用大規格的機械裝備。

3.3" " 噴射混凝土支護施工工藝

3.3.1" "施工準備

在軟弱圍巖隧道的建設中，采用噴射混凝土支護技術需要做好充分的前期準備，以保證其良好的支護效果。

首先，要把工作表面清掃干凈，保證安全有序地進行支護工作，必須對工作面的巖體進行松散檢查，并對存在松散的巖體進行適當的清洗。由于軟弱巖體在沖刷松散巖石時，圍巖的吸水性較差，一般采用高壓吹風進行清洗作業，從而為支護作業提供了有利的條件。

其次，選擇合適的水泥原材料，按照規范的要求進行混合?；炷恋馁|量和強度是影響其工程質量的重要因素，所以在進行混凝土調配的過程中必須考慮到其存在的問題。必須按照施工規范中的水灰比，按0.8：1的水灰比進行配置。如果采用P·O42.5的水泥，則必須在水灰中摻入一定數量的30μm超細水泥和適當的添加劑，從而保證巖層和混凝土之間的粘接性，提高圍巖的支護性能。

另外，當巖層出現較大滲漏時，應根據實際狀況進行排水管布局，并對其進行優化，以將井壁滲出的水流及時排出，避免因漏水而造成的工程損害。

3.3.2" "支護技術要點

在進行噴射混凝土施工時，必須分區域、分階段進行。采用的工藝是螺桿式推進法時，噴管的工作長度不能超過6.0m，必須按照“自下而上，逐次向上”的原則進行，并按照設計與規范的要求進行施工。在噴射混凝土時，必須保證噴射裝置與巖石表面相距1m。在進行第一次注入時，要依據注入部位來決定噴射的厚度，保證初始和再噴的厚度均在設計的容限之內。

先噴薄4～6cm為佳，待初噴結束后，再進行二次噴涂，使復合噴涂的層厚保持在6cm以內，從而保證噴射的質量。在進行二次噴射時，可以先在工作表面用噴嘴噴出水分，使表面保持潮濕，再進行二次噴射。完成復噴后，應適時進行養護，并進行10天或更長時間的養護。

3.4" " 錨桿施工工藝

隧道支護采用的是錨桿支護，在開挖隧道時，必須做好預支護的前期工作，即做好相應的設備準備，確定鉆孔的方位。在進行施工之前，要根據隧道的地質條件，采取相應的支護措施。對各個設備進行合理選型，并對相應的支護工藝進行了優化設計。然后根據工程地質調查資料及工程設計的需要，準確的定位孔眼，并按照規范的要求實施隧道段的施工支護作業。

進行鉆孔施工時，根據工程需要合理地選擇鉆頭尺寸，使鉆頭與隧道截面呈90°角，調整適當工作擋位，使鉆機的動力達到要求，再將鉆孔機在設定的位置上進行鉆孔施工。在鉆孔工作結束后，對鉆孔質量進行檢驗，保證鉆孔質量的深度和傾斜率達到設計要求。對不符合要求的孔，再次進行鉆探。達到要求后，要對孔眼內的粉塵進行及時清除，以便進行下一階段的工作。

結合該項目的具體條件，可以選擇3種類型的錨桿：混凝土砂漿錨桿、空心注漿錨桿、藥包錨桿。其中，前兩種錨桿的施工難度較小，可以快速的應用到工程施工中。由于藥包錨固工藝比較繁瑣，所以在施工過程中要嚴格按照作業程序進行。在施工之前還要檢查藥包的品質，以降低使用有塊料藥包對支護施工品質產生的不利影響。

3.5" " 排水

該隧道出口處為順坡式施工，排水方式以順坡式自然排水為主，僅在基坑及仰拱斷面設置抽水裝置，將工程廢水抽入成型的中央管溝，使其自然順坡排出洞外中心集水井，廢水經過凈化后可以排出。在掘進過程中，通過下水道排水。在掘進段之間設置一個簡單的集水池，將挖掘工作面的水抽入集水池，由集水池用水泵把水抽入管線，再通過排水系統向室外中央集水井排水，達到一定標準后排放。在斜坡隧道中，采用分層涌流方式，設計出不同的排水裝置。

3.6" " 通風

該隧洞入口和出口通風都是壓入性的，送風口為直徑為1700mm的管道。在單孔開挖深度大于2.0km時，采用雙層管道進行壓力通風，兩根管道都是直徑為1700mm的管道，并以均勻的方式設置。

4" "不良地質地段洞身開挖與支護

4.1" " 強化超前地質預測

該隧道巖體破碎帶、斷層發育等地質條件較差，部分路段出現了巖爆和高低溫高應力現象。強化超前地質預測，采取“管超前、嚴注漿、短進尺”的原則，采用弱爆破、強支護、勤量測的方法來進行工程建設。在工程建設過程中，將超前預測融入到工程過程中，通過采取科學、準確的預測技術（TSP203地震波法、紅外探測法、超前鉆探等），采取長短結合、相互印證的綜合預測方式，制訂穩妥的處置和技術措施，由專家組負責技術監督。

在此基礎上，根據長距離隧道在大型復雜地質條件下的工作實踐，結合國外同類工程建設的實踐，做好相應的地質災害應急預案，保證施工的安全性和隧道的快速開挖。在施工過程中，要建立一個專門的地質預測小組，每個施工隊伍都要有專職的地質工程師和專門的地質技術專家，做好施工指導和監督。各施工班組配備一位專職的工程師，實行24h全過程監控和指導，保證各項措施、技術標準和技術交底的執行，按照規范的操作，安全、平穩地穿越不良地段。在進行洞口開挖前，要對是否存在滑坡等風險進行檢查，并對可能對工程的安全造成威脅的各種因素進行及時的保護。

4.2" " 按規范合理施工

4.2.1" "灌漿

為了降低施工對生態環境的沖擊，應采取“控制堵塞、限制排污”的原則。在地下水位不高的地方，采用3m左右的局部全段進行鉆孔灌注。在地下水位較高的位置，采用預埋或開挖后，應用3m的徑向灌漿和補注漿液。灌漿措施都是預先確定的，應視工程的具體條件而確定，并按照變更的流程進行審批。

4.2.2" "開挖

依據已知的資料，采用了不同的施工工藝，并在施工期間，視現場條件而作適當的調節。

4.2.3" "初期支護

采用噴錨支護、鋼架支護，噴射混凝土的厚度達到了設計的標準。強化監測與測量，依據變形測量的成果，評估圍巖的穩定性，并適時地進行支護參數的修正，保證工程的安全性。

4.2.4" "仰拱超前并適度緊跟襯砌

提前進行仰拱，并適當地跟進襯砌，構成了一個封閉式的構造，加強襯砌的承載能力。施工縫和沉降縫采用特別的工藝，既能起到防水作用，又能減輕地層的破壞作用。

4.2.5" "高地溫高應力地段施工

工程建設中要注意超前地應力的預測，加強施工的通風和勞動保護，在巖體臨空部位噴射高壓水、掛網、錨桿等，必要時可采用超前錨桿、鋼支撐等減緩巖爆的措施，保證施工安全。

5" "結語

在隧道工程中，隧道因軟弱圍巖體的穩定性差而導致了工程建設中的安全隱患，如果不采取相應的技術手段，將會造成很大的危險。在對軟弱圍巖進行實際施工時，應根據現場地質結構特點和水文地質條件，制定合理的圍巖支護措施，以防止圍巖變形、工作面坍塌等問題，確保隧道工程的順利進行。

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