關(guān)于復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道綜合施工技術(shù)的研究

徐天檄

摘要： 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在很大程度上得益于發(fā)達(dá)的交通系統(tǒng)。隨著中國交通網(wǎng)的發(fā)散性鋪設(shè)，連接各個地區(qū)，縮短了中國各個地區(qū)之間距離，也促進(jìn)了中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。其中，在山區(qū)、惡劣氣候的地區(qū)，隧道的應(yīng)用縮短了行車路程，同時也增加了行車的安全性。但是在隧道施工的過程中，通常會碰到高低溫、軟土、云母片巖等復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，阻礙道路的施工。本文以某高速公路路段的隧道施工為例，探究復(fù)雜地質(zhì)條件下對施工技術(shù)的綜合應(yīng)用，為當(dāng)前的道路施工提供借鑒。

Abstract： Economic development has benefited from developed transport systems to a large extent. With the divergent laying of China's transport network， the various regions are connected， shortening the distance between China's various regions， and also promoting the development of China's economy. Among them， in the mountains and bad weather areas， the application of tunnels shortens the journey distance， and also increases the safety of traffic. However， in the construction process of tunnel， high and low temperature， soft soil， mica schist and other complex geological environment are usually encountered， which hinders the construction of highway. In this paper， the tunnel construction of a expressway section is taken as an example， the comprehensive application of construction technology under the complex geological conditions is explored to provide reference for the current highway construction.

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜地質(zhì)；隧道；公路；施工技術(shù)

Key words： complex geology；tunnel；highway；construction technology

中圖分類號：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）01-0169-02

0 引言

在山區(qū)、氣候復(fù)雜的地區(qū)，為縮短距離、提高行車安全性，通常采用挖掘隧道的方式修建鐵路、公路[1-2]。隧道的出現(xiàn)，提高了復(fù)雜地區(qū)的道路施工水平，進(jìn)一步實現(xiàn)了中國交通網(wǎng)的全面鋪設(shè)。但是在大多數(shù)時候，施工的過程中并非一帆風(fēng)順，施工單位通常會碰上軟路基、凍土、云母片巖等復(fù)雜的地質(zhì)條件，給工程施工增加難度。因此，為應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)給工程帶來的挑戰(zhàn)，在實施的過程中需要采用綜合施工技術(shù)克服困難，在保證質(zhì)量的情況下如期完成工程。

1 工程狀況介紹

要致富先修路，當(dāng)前鐵路、公路建設(shè)工作在神州大地如火如荼地進(jìn)行著。其中，某高速公路工程的實施，帶動了地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而該路段也是當(dāng)前國家規(guī)劃的重點干線公路。其中，某隧道是該工程中的重點隧道工程，也是復(fù)雜地質(zhì)較為明顯的施工段。該隧道為分離式隧道，其中，左洞長1750m、右洞1765m。該隧道位于低山丘陵地貌、地表的起伏較大，再加上瓦斯、富水、粉砂巖等不安全因素的存在，大大增加了施工的難度。為順利、安全地完成施工，施工時采取了一系列的施工技術(shù)，克服了由于復(fù)雜地質(zhì)條件給施工帶來的重重阻礙，實現(xiàn)了主干道高速公路順利通車，促進(jìn)了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 綜合施工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)

由于地質(zhì)的復(fù)雜性，準(zhǔn)確的施工參數(shù)是工程安全性的重要保障，因此，獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)情況對于規(guī)劃施工、控制施工質(zhì)量而言尤為重要。在進(jìn)行施工前，施工對采用超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)對該隧道施工段的地質(zhì)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主要的監(jiān)測工具有紅外線探水、地質(zhì)雷達(dá)、TGP、地質(zhì)鉆機等探測工具，其中，紅外線探水與地質(zhì)雷達(dá)主要應(yīng)用在隧道洞口段IV、V級圍巖的監(jiān)測工作中，TGP與紅外線相輔應(yīng)用在監(jiān)測隧道中段的工作中，而地質(zhì)鉆機與紅外線探水則用于在富水隧道的監(jiān)測工作。此外，在監(jiān)測過程中注意臨兆預(yù)報預(yù)警，當(dāng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)塌方、瓦斯、巖石破碎帶等情況時及時作出臨兆預(yù)報，規(guī)避并降低施工意外帶來的損失。在開挖并支護(hù)隧道后24h，仍需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測、收集，該隧道上下斷面的數(shù)據(jù)采集工本工程使用水平收斂儀來完成。本階段數(shù)據(jù)收集采用隧道收斂計，監(jiān)測方法則使用水平基線監(jiān)測方法，而拱頂沉降則使用水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)儀、鋼尺進(jìn)行測量，獲取各個施工階段的數(shù)據(jù)參數(shù)。在隧道初噴后的24h內(nèi)，將帶掛鉤的測柱埋設(shè)入隧道拱頂部，使用水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)抄平法進(jìn)行監(jiān)測[3]。在監(jiān)測頻率的控制上，均使用地質(zhì)雷達(dá)，根據(jù)不同地質(zhì)條件、不同距離進(jìn)行探測，但是本工程的考慮搭接圍巖的長度均為5m。其中，洞口段、V級圍巖部分每30m監(jiān)測一次，富水洞段每20m測一次。超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用完善了當(dāng)前的道路施工預(yù)報制度，極大地提高了施工的安全性與科學(xué)性。

2.2 富水帶施工技術(shù)

富水帶的存在是阻礙該隧道施工的一個不可忽視的客觀存在。在施工的過程中，施工隊需要進(jìn)行滲水處理，提高隧道的安全性，在施工的過程中，該隧道隧道存在滴水、滲水的情況，情況雖然并不嚴(yán)重，但是考慮到可能易引發(fā)的后續(xù)影響，如粉砂巖軟化、塌方等情況的出現(xiàn)需要采用相應(yīng)的處理手段。因此，在富水段隧道完成開挖作業(yè)后，施工人員采取圍巖封閉方式，在很大程度上延緩了巖石風(fēng)化的速度。主要的操作方式是使用4～6cm的噴射砼、錨桿以及掛網(wǎng)進(jìn)行隧道洞的支護(hù)，在此基礎(chǔ)上增加對圍巖的觀測力度并根據(jù)觀測情況進(jìn)行第二次的混凝土施工[4]。此外，在進(jìn)行圍巖密封式處理的同時也著手處理水流。在本次施工中出現(xiàn)明顯的水流現(xiàn)象，因此在散狀水流區(qū)域使用防水板進(jìn)行集中引水并使用HPDE管集中將其排出隧道；在集中水流區(qū)域則連接排水管設(shè)置一根Ω型彈簧排水管在出水點，將多余的水通過排水系統(tǒng)排出隧道之外。通過富水處理，本次施工并未出現(xiàn)嚴(yán)重的塌方狀況，均在可控制范圍內(nèi)，不影響施工進(jìn)程。endprint

2.3 隧道變形控制技術(shù)

鑒于該隧道地段存在著粉質(zhì)砂巖與炭質(zhì)泥巖，容易出現(xiàn)軟化的情況，塌方的幾率較大。為提高隧道的承載能力，需要采取一定技術(shù)提高隧道抗變形、抗塌方的能力。通過前期的監(jiān)測，判斷出塌方趨勢明顯的地段，如隧道水平收斂超過2mm/d時，或者已經(jīng)出現(xiàn)變形時，施工人員及時進(jìn)行化學(xué)藥卷錨桿并在此基礎(chǔ)上掛上鋼筋網(wǎng)，再補噴上適量的混凝土，使該地段的隧道變形受限，阻止進(jìn)一步的塌方、變形。同時，進(jìn)行收斂觀測，每天觀測次數(shù)在3次以上。對于巖體順層滑動或者V形塌方情況的出現(xiàn)，則將化學(xué)藥卷錨桿增打在四周隧道壁面上，根據(jù)塌方的范圍掛上鋼筋網(wǎng)并焊接錨桿焊，最后噴射砼進(jìn)行支護(hù)。對于未出現(xiàn)塌方、變形的工段也需要采取一定的預(yù)防措施，在總結(jié)塌方、變形工段發(fā)生的原因之后，施工團(tuán)隊制定預(yù)防方案。在爆破、鉆孔環(huán)節(jié)，在邊墻部位使用長度為4.5m左右的化學(xué)藥卷錨桿；同時，根據(jù)爆破的威力，增加減震孔數(shù)量并采取隔孔裝藥的方式。通過有效的預(yù)防措施，在控制、預(yù)防隧道變形、塌方工作中取得了良好的效果。

2.4 粉砂巖及巖質(zhì)泥巖處理技術(shù)

針對于粉砂巖、泥巖等特殊但是又普遍存在的情況，該工程也采取了一系列的應(yīng)對措施。在無水洞段采取光面爆破的方式，同時為了保證安全性、爆破效果的統(tǒng)一，控制相關(guān)技術(shù)參數(shù)。主要如下：45cm以下光爆眼間距，1～1.2倍的周邊眼間距，開挖間距控制在2m以內(nèi)；裝藥時采取間隔不連續(xù)的方式，爆破使用毫秒雷管。在富水帶工段的施工，在施工前施工段根據(jù)最大涌水量進(jìn)行超前的規(guī)劃，并制作量水堰對該工段的水量進(jìn)行實時的動態(tài)監(jiān)測。在富水帶軟弱圍巖區(qū)域，采取常規(guī)雙液帷幕注漿的同時區(qū)別對待強度不同的圍巖地段。如較軟的圍巖則采取臺階法的開挖方式，同時結(jié)合機械開挖方式，在爆破時也相應(yīng)地進(jìn)行弱震淺孔爆破，從而將爆破帶來的危險性將至最低。此外，進(jìn)行雙液注漿的時候嚴(yán)格控制壓漿時間，初凝時間在5分鐘以內(nèi)，終壓在3分鐘以內(nèi)；如隧道涌水則減少壓漿時間，初凝時間在3分鐘以內(nèi)，終壓則控制在2分鐘以內(nèi)。隧道支護(hù)結(jié)束后且隧道圍巖狀態(tài)穩(wěn)定后，采用仰拱結(jié)合二次鋼筋混凝土襯砌的施工方式，進(jìn)一步降低隧道關(guān)門等不良施工事故的發(fā)生率。上述處理技術(shù)對于富水帶工段隧道施工而言具有較高的應(yīng)用價值，具有較高的推廣潛力。

2.5 隧道瓦斯控制技術(shù)

2.5.1 防爆系統(tǒng)的設(shè)置

在隧道開挖的過程中，瓦斯的存在不僅威脅著工程的安全性，對于施工人員的生命安全而言也是一個巨大的威脅。為降低瓦斯爆炸的可能性，將危險扼殺在搖籃里，通風(fēng)降低瓦斯?jié)舛仁且环N最為有效的措施。本項目施工的通風(fēng)系統(tǒng)中，設(shè)置自然通風(fēng)與機械通風(fēng)兩種方式。其中，自然通風(fēng)則通過開挖進(jìn)行，可將風(fēng)筒將瓦斯引至距離工作面至少20m的坑道中。在瓦斯含量較大的地段則可在煤層設(shè)置多個排放孔并形成卸壓帶，將瓦斯氣體引流至煤層的深部，避免溢出。此外，還可在隧道中設(shè)置主扇與局扇兩個部分，給予24小時的連續(xù)通風(fēng)。其中，主扇主要的作用是進(jìn)行全工段的通風(fēng)處理，而局扇則是側(cè)重于某一工段隧道的通風(fēng)。此外，在瓦斯環(huán)境中，設(shè)備起火花、發(fā)熱等都會引起瓦斯爆炸，因此，提高設(shè)備在瓦斯環(huán)境中的安全運行性能尤為關(guān)鍵。在本工程中，主要是通過改裝機械的性能使其達(dá)到瓦斯防爆的作用。通常通過改裝挖掘機、輸送泵、自卸汽車、攪拌機等設(shè)備的方式降低危險性，使其工況符合瓦斯?fàn)顟B(tài)下安全運行標(biāo)準(zhǔn)。配套的通風(fēng)防爆系統(tǒng)也需要同時建立起來，在供配電系統(tǒng)設(shè)置方面，主張通過降低設(shè)備自爆的方式降低瓦斯爆炸率。本工程的動力源為電力，隧道施工環(huán)境較為復(fù)雜，停電情況較為常見，因此容易引發(fā)防爆系統(tǒng)的崩潰等帶來的一系列的不良影響。為保障瓦斯工況下防爆系統(tǒng)的正常運行，本工程將容量為250kW的柴油發(fā)電機建在瓦斯工況的出口處作為備用電站。當(dāng)出現(xiàn)用電故障時，電站可在10min內(nèi)進(jìn)行繼續(xù)供電，保證主扇、局扇以及瓦斯抽放泵站防爆系統(tǒng)的正常運行。

2.5.2 建立瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)

防瓦斯爆炸是一項重要的工作。為提高瓦斯爆炸的防范能力，對于瓦斯爆破的控制需要結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析各個工段的瓦斯存在的可能性及濃度等，同時對于整個隧道施工而言具有積極的指導(dǎo)意義。在進(jìn)入煤氣層前，根據(jù)鉆孔取芯收集的氣體分析其成分、壓力、濃度等信息，進(jìn)而確定煤層的位置、形狀、厚度及估計溢出的瓦斯含量。此外，為實現(xiàn)對瓦斯的實時監(jiān)測，需要使用瓦斯監(jiān)測儀建立起與之相適應(yīng)的瓦斯監(jiān)測體系。為保證工作的嚴(yán)謹(jǐn)性，除了監(jiān)測系統(tǒng)之外，本次工程還使用攜帶式甲烷檢測器對隧道內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測，超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及進(jìn)行警報并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，進(jìn)一步提高安全性。

3 結(jié)語

復(fù)雜的地質(zhì)條件給隧道施工帶來了更為嚴(yán)峻的考驗，同時也要求施工隊以高超的施工水平應(yīng)對挑戰(zhàn)。在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，施工人員需要對可能出現(xiàn)的不良施工情況進(jìn)行分析，并且采取相應(yīng)的技術(shù)一一規(guī)避不良情況帶來的后果。隨著中國交通網(wǎng)路建設(shè)工作的開展，施工人員面對的施工環(huán)境也更加復(fù)雜，因此，也提醒著施工人員、施工企業(yè)需要加強自身的施工水平，為道路施工行業(yè)的發(fā)展、中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展添磚加瓦。

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