復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)研究

代巨梁

（四川巴陜高速公路有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

對(duì)于復(fù)雜的工程地質(zhì)條件來說，目前并沒有一個(gè)比較準(zhǔn)確的定義，依據(jù)巖土工程勘察規(guī)范以及地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估劃分標(biāo)準(zhǔn)來講，一般認(rèn)為巖土種類多且不均勻，性質(zhì)變化需要進(jìn)行特殊處理的，存在嚴(yán)重膨脹、軟弱等特點(diǎn)的特殊性巖土和需要做專門處理（如高瓦斯、高含水量）的巖土體基本可以認(rèn)為是復(fù)雜地質(zhì)條件。在這種條件下進(jìn)行隧道施工難度非常高。

1 隧道施工的難點(diǎn)

隧道工程屬于巖土工程的一類，與巖土有關(guān)的工程都具有非常復(fù)雜的特性。巖土是自然和歷史的產(chǎn)物，在不同自然條件下，巖土呈現(xiàn)不同的特性，在隧道施工當(dāng)中，因?yàn)閹r土的特性會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)典型的技術(shù)不確定性、不穩(wěn)定性以及對(duì)自然條件的依耐性。

首先，技術(shù)不確定性主要是隧道施工中對(duì)項(xiàng)目整體的地質(zhì)條件有一定不確定性，以現(xiàn)有的技術(shù)手段來說很難實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目地質(zhì)條件全面的掌控，同時(shí)巖土結(jié)構(gòu)因?yàn)榄h(huán)境變化會(huì)產(chǎn)生一定的不確定性，施工的難度大，施工過程中需要不斷進(jìn)行超前的勘探，明確施工工段前方的實(shí)際地質(zhì)情況，進(jìn)而確定適合的施工工法，不僅要保證安全性和科學(xué)性還要保證經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)難度比較高。

其次，隧道施工因?yàn)榛径荚诘叵拢枰欢ǖ氖┕た臻g來實(shí)現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，因?yàn)樗淼朗┕ご蚱屏嗽袔r土應(yīng)力的平衡就必須要對(duì)開拓出來的地下空間的土體進(jìn)行支護(hù)，如何支護(hù)以及支護(hù)能不能到位都是難點(diǎn)，支護(hù)不到位很可能造成施工空間周圍土體不穩(wěn)，出現(xiàn)變形，變形嚴(yán)重就極可能引發(fā)嚴(yán)重安全事故。

最后，隧道施工技術(shù)的選擇對(duì)地質(zhì)條件的依賴性非常高，不同地質(zhì)條件需要采取不同的施工技術(shù)手段來施工，但地質(zhì)條件不確定，施工當(dāng)中就需要隨時(shí)調(diào)整施工技術(shù)，這對(duì)施工影響很大，有時(shí)可能會(huì)因?yàn)橛龅脚c地勘資料不符的情況，會(huì)導(dǎo)致施工技術(shù)發(fā)生根本性的變化，比如滇西地區(qū)比較突出軟土方面的施工技術(shù)，而重慶地區(qū)則比較注重山區(qū)巖石方面的施工技術(shù)。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工要點(diǎn)

復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工難度非常高，稍有不慎就有可能出現(xiàn)安全事故，比如安委辦明電[2018]3 號(hào)談及佛山地鐵2.7 事故用了這樣的文字——工程項(xiàng)目相關(guān)單位對(duì)施工地段復(fù)雜地質(zhì)情況認(rèn)識(shí)不足，復(fù)雜地質(zhì)條件包括各種對(duì)工程施工不利的因素，在隧道施工當(dāng)中就必須要克服不利因素，保證施工安全以及施工質(zhì)量，為此必須要做到三超前，四到位以及一強(qiáng)化。

2.1 三超前

三超前，即超前的預(yù)報(bào)，超前的加固以及超前的支護(hù)。其中超前預(yù)報(bào)要針對(duì)施工工段前方的地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)報(bào)，采取物探技術(shù)、鉆探技術(shù)、化探技術(shù)等明確施工工段前方的地質(zhì)條件，如果周圍可能賦存地下水，則要特別注意探明前方地下水的發(fā)育情況，未探明不得進(jìn)行施工。比如說佛山地鐵2.7 事故的直接原因就來自于突涌水，很明顯施工單位施工期間并沒有做好超前的預(yù)報(bào)。超前的加固目的是保證施工的安全，比如說在斷層破碎帶、軟弱地層以及富含水的地層當(dāng)中一定要做好超前加固，當(dāng)然對(duì)于膨脹土則主要靠降低圍巖暴露時(shí)間以及及時(shí)跟進(jìn)襯砌來處理，避免圍巖膨脹變形。超前加固通常采用注漿法，注漿法當(dāng)中也分局部注漿和全斷面注漿，一般還是要看地質(zhì)條件。超前的支護(hù)一般采取管棚+導(dǎo)管的方式，比如說在淺埋洞口、斷層破碎帶、下穿公路等隧道當(dāng)中比較適合用管棚，管棚通常使用鋼管，直徑在70～150mm 之間，長(zhǎng)度則根據(jù)工程實(shí)際來定，利用管棚超前支護(hù)需要設(shè)定工作間，當(dāng)然如果施工開挖循環(huán)比較多，管棚會(huì)影響到開挖，還有一種不需要工作間的管棚超前支護(hù)，方法是直接將管棚打入開挖斷面外。導(dǎo)管更適合破碎圍巖等施工安全要求高的隧道。

2.2 四到位

四到位，要選對(duì)施工工法，必須要配合超前預(yù)報(bào)揭示的地質(zhì)條件和超前加固的情況來定施工開挖方法如臺(tái)階法、分部開挖法、全斷面開挖法等，在施工期間必須要隨時(shí)根據(jù)超前預(yù)報(bào)揭示的地質(zhì)條件來調(diào)整施工方法，以保證安全為原則，遵從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，減少開挖步驟，保證工效。開挖過程中要及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)，支護(hù)方式以超前支護(hù)+跟進(jìn)支護(hù)為主，尤其跟進(jìn)支護(hù)一定要到位，比如鉆孔錨桿支護(hù)，必須要根據(jù)設(shè)計(jì)要求鉆孔，控制孔徑孔深，灌注用的混凝土必須要保證質(zhì)量合格，如果土層比較松軟，需要使用輔助方法，比如加長(zhǎng)錨桿長(zhǎng)度。在襯砌時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及地質(zhì)特點(diǎn)，水文條件等，選擇最佳的施工方案，確保襯砌的承載力足夠，以保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于一些含水量高的土層必須要快速封閉到位，否則一旦出現(xiàn)滲漏就可能會(huì)造成土體力學(xué)性質(zhì)發(fā)生突變，不是塌方就是突水，突泥。

2.3 一強(qiáng)化

一強(qiáng)化，復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工必須要強(qiáng)化監(jiān)督檢測(cè)，必須要跟隨施工進(jìn)度進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控，把握住隧道圍巖的變形量，保證變形量在安全范圍內(nèi)，如果超出了安全范圍就必須要采取措施，一般要求建立監(jiān)控管理制度，設(shè)置專業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)控，按照相關(guān)要求布置監(jiān)控點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)異常情況就必須要采取加固措施。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道開挖方法示例

隧道開挖是一道關(guān)鍵工序，圍巖是否穩(wěn)定主要取決于工程地質(zhì)條件，當(dāng)然開挖方法對(duì)圍巖是否穩(wěn)定也有非常大的影響，所以復(fù)雜地質(zhì)條件下選擇開挖方法時(shí)，關(guān)鍵要對(duì)隧道端面大小以及形狀，工程地質(zhì)條件、支護(hù)方案、工段長(zhǎng)度等進(jìn)行綜合考量，確定恰當(dāng)開挖方法，尤其要保證開挖方法和支護(hù)相適應(yīng)。

某鐵路客運(yùn)隧道全長(zhǎng)4214m，隧道以直線通過地層，隧道洞口有36m 長(zhǎng)度需要明挖?，F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件比較復(fù)雜擁有Ⅱ～Ⅴ級(jí)圍巖，其中Ⅱ級(jí)圍巖長(zhǎng)度1190m，Ⅲ級(jí)圍巖長(zhǎng)度360m，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)度總長(zhǎng)2628m。隧道所在地屬于深丘地貌，25～35°自然坡度，80～300m 相對(duì)高差。針對(duì)該隧道使用的是短臺(tái)階開挖方法（七步平行流水作業(yè)法），該方法施工空間比較大，可以采取機(jī)械施工，工效很高，部分軟巖可以利用反鏟挖機(jī)直接挖下半斷面，降低擾動(dòng)，因?yàn)榈刭|(zhì)條件復(fù)雜，軟硬圍巖之間的工法轉(zhuǎn)換相對(duì)方便，進(jìn)度有保障。

在該隧道施工中先開挖上部的弧形導(dǎo)坑，開挖左右錯(cuò)位中臺(tái)階，開挖左右錯(cuò)位下臺(tái)階并同時(shí)施工初期支護(hù)，然后施做仰拱初期支護(hù)并及時(shí)閉合成環(huán)，進(jìn)一步跟進(jìn)混凝土、防水層，襯砌。

在該方法中初期支護(hù)很關(guān)鍵，開挖斷面過程中先跟進(jìn)初噴，在開挖斷面圍巖上形成一個(gè)初期的保護(hù)層，防風(fēng)化以及止水并且阻止節(jié)理裂隙當(dāng)中的填充物流失，保護(hù)層形成后就需要進(jìn)行鉆孔錨桿支護(hù)施工，項(xiàng)目中采取的是全長(zhǎng)粘結(jié)型砂漿錨桿，砂漿的飽滿度對(duì)錨固效果很關(guān)鍵，特別是拱部徑向錨桿。錨桿施做完成后加設(shè)鋼筋網(wǎng)來防止收縮裂縫并限制裂縫寬度，提高支護(hù)的抗震效果，并且均衡分布噴層應(yīng)力，提升錨噴支護(hù)的整體性能。隨著開挖的持續(xù)，對(duì)于成型的隧道，在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖使用臺(tái)階法開挖時(shí)，成型的隧道必須要設(shè)置鎖腳錨桿、控制拱腳位移，同時(shí)要設(shè)橫向臨時(shí)支撐或者臨時(shí)仰拱，使用型鋼支撐，縱向上每隔2 榀設(shè)置一處支撐?？焖俑M(jìn)閉合，初期支護(hù)符合要求，保證安全。

4 結(jié)束語

綜上所述，復(fù)雜地質(zhì)條件下，隧道施工的難度很大，必須要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)狀況選擇適合的施工技術(shù)方法，選擇的工法不當(dāng)極有可能導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重后果。因此需要做到三超前、四到位以及一強(qiáng)化，保證安全的同時(shí)，確保施工的質(zhì)量。