復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)和安全管理

魯 平

復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)和安全管理

魯 平

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441199）

隨著社會(huì)的發(fā)展，為了更好地滿(mǎn)足生產(chǎn)和生活的需要，鐵路作為最主要的交通工具之一，也得到了快速的發(fā)展，使人們的日常生活更加舒適，同時(shí)也給人們的日常生活帶來(lái)了極大的方便，特別是在地形復(fù)雜的地區(qū)，隧道施工的開(kāi)展就會(huì)非常困難，對(duì)這種施工環(huán)境會(huì)給隧道工程質(zhì)量和安全都帶來(lái)較大的影響，因此對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行施工，需要對(duì)其進(jìn)行深入的探討和分析。本文從工程實(shí)際出發(fā)，分析了在復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工中存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)及安全管理措施。

復(fù)雜地質(zhì)條件；隧道建設(shè)；施工技術(shù)；安全管理

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)在此背景下得到了迅速的發(fā)展，而交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)是交通建設(shè)。但我國(guó)幅員遼闊，部分地區(qū)地形復(fù)雜，給交通建設(shè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。修建隧道，可以解決公路、鐵路運(yùn)輸中的一些問(wèn)題，從而節(jié)約成本。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)鐵路運(yùn)輸技術(shù)的要求越來(lái)越高，為了提高鐵路隧道施工技術(shù)水平，就需要克服施工過(guò)程中存在的外界環(huán)境困難。此外，交通行業(yè)也需要不斷改進(jìn)施工技術(shù)，解決隧道施工中遇到的各種地質(zhì)問(wèn)題，順利推進(jìn)并而提高隧道施工質(zhì)量。

1 隧道施工中復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)施工的影響

隧道是高速公路、鐵路建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)的，具有一定的積極意義。利用隧道施工可以縮短高速公路與鐵路的連接線(xiàn)，使其形成一條直線(xiàn)，從而節(jié)約了施工成本，提高了公路、鐵路施工技術(shù)水平。

但是在在復(fù)雜地質(zhì)條件下，會(huì)使得隧道工程變得更為復(fù)雜，例如在西南地區(qū)，鐵路、公路隧道施工難度大；又如在地質(zhì)條件惡劣，土質(zhì)松軟不硬的地區(qū)，施工開(kāi)挖容易發(fā)生塌方；在地區(qū)地質(zhì)條件為巖溶地貌，施工技術(shù)難度大，不能采用專(zhuān)業(yè)施工機(jī)械，施工難度大，開(kāi)挖過(guò)程中易發(fā)生破壞，造成不穩(wěn)定因素。此外，隨著城市化進(jìn)程的加快，交通需求逐漸增加，隧道建設(shè)迫在眉睫。但是由于城市地下管線(xiàn)眾多，為了避免地面建筑物地基不穩(wěn)定引起的塌方，促進(jìn)鐵路、高速公路隧道的順利建設(shè)，提高施工技術(shù)和安全管理水平，必須采取多種措施。我國(guó)西南施工區(qū)域地形復(fù)雜多樣，具有西高東低的特點(diǎn)，使得隧道工程施工在施工過(guò)程中存在著諸多技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)由于該地區(qū)地質(zhì)環(huán)境惡劣、地基松軟、巖體結(jié)構(gòu)不牢固等，極易導(dǎo)致工程發(fā)生坍塌。在某些結(jié)殼頻發(fā)地區(qū)，如巖溶地貌，巖層穩(wěn)定性較差。這種地質(zhì)條件，既不利于專(zhuān)業(yè)設(shè)備的使用，又對(duì)鉆井技術(shù)提出了較高的要求，處理不當(dāng)，就會(huì)演變成地質(zhì)災(zāi)害。還有特殊地質(zhì)條件，如地下洞穴等。為了防止地下管線(xiàn)之間的安全距離過(guò)大，在城市隧道施工時(shí)，必須協(xié)調(diào)好各管線(xiàn)之間的安全距離。因此需要設(shè)計(jì)、施工人員區(qū)別復(fù)雜地質(zhì)條件與建筑環(huán)境之間的關(guān)系，全面研究施工技術(shù)，提出行之有效的施工方案[1]。

2 復(fù)合地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)分析

隧道施工在復(fù)雜地質(zhì)條件下，面臨著一定的挑戰(zhàn)，為了提高隧道施工質(zhì)量，必須抓住各種地質(zhì)條件的具體情況，科學(xué)、合理地進(jìn)行施工技術(shù)審查和分析，不同地質(zhì)類(lèi)型需要有針對(duì)性的施工技術(shù)，能體現(xiàn)因地制宜的思想，具體問(wèn)題要有針對(duì)性地解決方案。

為了提高隧道施工的質(zhì)量和效率，隧道施工技術(shù)應(yīng)以實(shí)際地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，西南地質(zhì)條件多為斷層或中間地層，由于地質(zhì)地層穩(wěn)定程度不高，隧道施工時(shí)應(yīng)先加強(qiáng)巖層處理，增強(qiáng)地面強(qiáng)度，以確定地質(zhì)是否有豐富的煤炭資源，由于長(zhǎng)期煤網(wǎng)破碎，若施工前檢查瓦斯?jié)舛仍跇?biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，為保證施工人員的安全，在巖溶形式比較復(fù)雜的情況下，必須全面控制巖溶地質(zhì)。首先，要全面檢查洞穴整體內(nèi)部，了解洞穴中物質(zhì)的組成，清潔軟石表面，清理或填充不平整的部分。填方時(shí)，應(yīng)充分利用固體材料，使其完全進(jìn)入洞室，洞室墻可采用錨桿砌筑，增加洞室的穩(wěn)定性，減少對(duì)洞室的破壞，具體施工可采用鋼筋混凝土設(shè)備。同時(shí)，可采用專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)備，加強(qiáng)洞室內(nèi)的地基基礎(chǔ)，并對(duì)地基進(jìn)行特殊處理，使其防水。其次，加強(qiáng)洞窟內(nèi)部支護(hù)，使其更堅(jiān)固，特別是洞室頂部的穩(wěn)定，以提高其抗壓性能。

3 隧道施工技術(shù)

3.1 氣成層

為了地質(zhì)預(yù)測(cè)、改善建筑物的通風(fēng)和排水條件和改善工作面，在隧道出口左側(cè)(線(xiàn)前進(jìn)方向)設(shè)置了一段較長(zhǎng)的平行位置。打開(kāi)并聯(lián)后，利用并聯(lián)位置作為通道進(jìn)行滅火、救援和維修。在隧道實(shí)際工作條件下，采用鉆孔抽放法，減小瓦斯壓力，抽放高度大于隧道出口輪廓線(xiàn)。施工中還需根據(jù)按設(shè)計(jì)要求，沿隧道縱向每隔1.0m設(shè)置拱壁式鋼架，以加強(qiáng)采空區(qū)外空洞的封閉，減少巖石面積和破碎面，防止破壞。應(yīng)嚴(yán)格按照程序減少進(jìn)入隧道的空氣體積，加強(qiáng)通風(fēng)，提高風(fēng)速，增加隧道內(nèi)空氣量，確保隧道內(nèi)氣體濃度不超過(guò)0.3%。檢驗(yàn)程序完成后，設(shè)立專(zhuān)職安全員，對(duì)氣體進(jìn)行連續(xù)檢驗(yàn)。在隧道內(nèi)的任何地方，氣體濃度都能被吸入。因此在鉆孔、裝填和爆炸前，必須嚴(yán)格執(zhí)行瓦斯?jié)舛取耙粯寖煽亍钡囊?guī)定，加強(qiáng)瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)和管理。在隧道內(nèi)，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1.5%時(shí)，掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)報(bào)警，調(diào)整施工人員，停止一切作業(yè)，增加通風(fēng)量，若隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1.5%，則必須將相臨近隧道內(nèi)的施工人員進(jìn)行疏散，以達(dá)到警示和預(yù)防的目的[2]。

3.2 石膏層

石膏穿孔結(jié)構(gòu)采用超短臺(tái)階法開(kāi)挖，當(dāng)條件允許時(shí)，可采用人工或鉆孔法結(jié)合人工挖掘的減壓、初期支護(hù)加固初期支護(hù)，應(yīng)按照靈活、及時(shí)、多支護(hù)的思路，將高強(qiáng)度、高抗震、大變形的材料和構(gòu)件納入第一支護(hù)。隧道壁采用錨固方式，軸心采用后軸線(xiàn)。管道結(jié)構(gòu)的首次支護(hù)組合，帶動(dòng)了小型管道，錨桿和噴射混凝土。嚴(yán)禁洞內(nèi)設(shè)置脫水通風(fēng)站，噴淋水，注意排水，防止積水溢流，保持巖體干燥，隧道加固為橢圓形襯砌結(jié)構(gòu)?？紤]石膏的受力特點(diǎn)、空間要求和水源特性，選用橢圓襯砌結(jié)構(gòu)，既能滿(mǎn)足排水要求，又具有較大的承載能力。

3.3 巖溶層

在隧道的洞穴中，溶溝、溶溝和溶洞注射器是最常見(jiàn)的溶洞，廣泛分布于隧道的線(xiàn)路結(jié)構(gòu)兩側(cè)，拱頂?shù)装?，道床或?cè)墻的底部。一般山洞規(guī)模小、影響小、處理相對(duì)簡(jiǎn)單，從而降低工程的進(jìn)度和質(zhì)量。因此，大部分150-75砂漿紅寶石溶洞被反吹；弧形拱頂加上1.0RTL厚片保護(hù)砂漿；纖維層下面的溶洞由Bram梁支撐；墻下面的溶洞由橫梁支撐，或者兩次更換。同時(shí)，列舉了三種特殊的跳洞處理方法。

該組合是根據(jù)洞穴的形態(tài)特征和地質(zhì)條件確定的，洞口線(xiàn)右側(cè)設(shè)擋泥墻，后端清空，若洞穴寬2.5m，高2.5m；則右端以2.5m砂漿柱支撐頂面，上接32M橫梁交叉。由于洞室兩端巖溶性較強(qiáng)，不宜作為受水部位；梁澆筑時(shí)間長(zhǎng)，影響設(shè)計(jì)，故不設(shè)梁寬。采用地基易減薄掛膜技術(shù)，有利于圍巖加固，襯砌與基床分離，有利于路基基床沉降。對(duì)于溶洞的具體處理措施如下：挖取溶洞頂板，清除施工期間藥筒的填充物和放射性殘?jiān)?，按填石要求分層填筑，頂面厚度不超過(guò)洞底1.0m，可引碎石入洞，澆注50號(hào)混凝土。側(cè)壁和箭頭：側(cè)壁和拱圈使用錨桿。鋼筋吊裝的鋼砼內(nèi)襯，進(jìn)行預(yù)留沉降作業(yè)。

4 復(fù)合地質(zhì)條件下的安全生產(chǎn)管理

在施工過(guò)程中，容易遇到特殊巖土工程和不良地質(zhì)條件，主要有富水圍巖、斷層帶、破碎較差的圍巖、斷層、巖溶、風(fēng)積砂巖、含水砂層、瓦斯、巖層、擠壓圍巖、巖脹、溶覆層等。面對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件的危害，隧道施工應(yīng)充分解決，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置，避免安全隱患，確保隧道施工質(zhì)量和效率。

4.1 加強(qiáng)地質(zhì)勘查工作

加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查，復(fù)雜的地質(zhì)條件對(duì)隧道施工有很大的影響。因此，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查，全面了解隧道施工質(zhì)量，對(duì)隧道施工地質(zhì)條件應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢查：一是施工前對(duì)隧道地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)的滑坡、軟巖崩塌、巖溶、瓦斯涌出等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使用專(zhuān)業(yè)測(cè)量?jī)x器，保證隧道施工的可行性；二是對(duì)巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害分析，深入隧道，分析預(yù)測(cè)圍巖狀況，為施工提供合理指導(dǎo)，確保施工安全[3]。

4.2 選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)

要根據(jù)不同的地質(zhì)條件，選擇合適的施工工藝，掌握施工效率和背筋質(zhì)量。一是，在進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作時(shí)，應(yīng)掌握井壁前部地質(zhì)條件和地下水情況，并采取有效的防治措施。二是，完善輸送技術(shù)，實(shí)施地質(zhì)超前支護(hù)，確保施工人員的人身安全；三是，對(duì)隧道施工過(guò)程進(jìn)行全面控制，對(duì)于地質(zhì)條件較為敏感的夾層，可采用其他加固方法，如小管、大管組等，提高其強(qiáng)度和承壓能力，提高施工安全性；排水宜采用帶芯土主步板圓形排水，雙線(xiàn)、多線(xiàn)排水宜采用中墻法、橫墻法或雙墻表示法。在碳源斷開(kāi)后，應(yīng)加強(qiáng)氣體監(jiān)測(cè)，避免氣體濃度過(guò)高對(duì)山區(qū)巖溶地貌造成的影響，應(yīng)采取以下措施：按設(shè)計(jì)要求，對(duì)溶洞內(nèi)的巖溶充填、軟巖進(jìn)行回填，鋪設(shè)加固地基，采取防水層；對(duì)溶洞內(nèi)的邊墻采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，加強(qiáng)端部，改善水質(zhì)。對(duì)溶洞側(cè)壁的處理，可采用錨桿形狀的支護(hù)水面，用鋼-混凝土結(jié)構(gòu)加固邊墻，避免邊墻受壓力、應(yīng)力破壞或變形，確保背筋的安全。抗巖敏感地層的施工應(yīng)采用灑水軟化圍巖、鉆孔等措施來(lái)消除或抑制內(nèi)部應(yīng)力，施工中應(yīng)采取超前加固措施。

4.3 加強(qiáng)技術(shù)管理和隧道施工管理

嚴(yán)格的技術(shù)控制和管理是工程設(shè)計(jì)中保證工程質(zhì)量的重要因素，應(yīng)根據(jù)不同圍巖的地質(zhì)條件，采用先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)測(cè)方法，對(duì)不同類(lèi)型的圍巖進(jìn)行地質(zhì)速繪、鉆孔、放射等地質(zhì)設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)條件和輻射效應(yīng)，及時(shí)調(diào)整輻射系統(tǒng)或參數(shù)，編制施工組織設(shè)計(jì)，經(jīng)專(zhuān)業(yè)人員批準(zhǔn)后才能實(shí)施，如地質(zhì)條件有變化，拆除方法必須與設(shè)計(jì)要求相一致，按程序改變降壓方法，修改設(shè)計(jì)。

4.4 加強(qiáng)安全管理

健全風(fēng)險(xiǎn)防范制度，最有效地規(guī)范員工行為，使員工按規(guī)定的程序工作，減少事故的發(fā)生。其次，要實(shí)施施工工程師管理，對(duì)典型案例進(jìn)行安全培訓(xùn)，以安全操作為主要內(nèi)容，提高施工人員的安全意識(shí)。在開(kāi)采過(guò)程中，每一步都嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，清除了山上的不穩(wěn)定物質(zhì)，確保山體隧道施工中的安全性。施工方需要在能夠基本了解地質(zhì)條件，能夠有效地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。為了解決這一問(wèn)題，就必須根據(jù)不同的地質(zhì)條件，制定相應(yīng)的安全措施，并建立相應(yīng)的制度，例如在隧道內(nèi)外設(shè)置電子監(jiān)控設(shè)備，對(duì)隧道中的施工情況進(jìn)行實(shí)時(shí)嚴(yán)密監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常，立即采取防范措施[4]。

4.5 加強(qiáng)施工過(guò)程的安全管理

強(qiáng)化安全管理，施工質(zhì)量是保證工程安全的重要前提，必須不斷加強(qiáng)建筑安全生產(chǎn)管理。設(shè)立紅外報(bào)警，建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)；發(fā)現(xiàn)安全隱患后，報(bào)警者迅速了解情況并制定解決方案。此外，要提高施工機(jī)械的安全性，如有損壞或故障，要及時(shí)通知機(jī)械設(shè)備；設(shè)備的維護(hù)和正常運(yùn)行是施工人員正確操作的前提，尤其是在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，施工過(guò)程中要保證相關(guān)科技設(shè)備的安全。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)連接接收到的可信度信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，注意保證數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)，建設(shè)高海拔隧道還需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備，因此要保證隧道的保溫，以保證隧道的正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

隧道工程的質(zhì)量與安全是保障人們生命安全的重要保障，也是中國(guó)交通發(fā)展的推動(dòng)力。在對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道工程，應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件的復(fù)雜程度、進(jìn)行具體地質(zhì)分析及施工工藝的改進(jìn)。此外保證隧洞安全管理工作的開(kāi)展是維系隧洞安全施工的基礎(chǔ)，為此，必須采取充分的防范措施，加強(qiáng)監(jiān)督管理，不斷提高施工質(zhì)量，確保隧道安全運(yùn)行。

[1]王鑫.復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)與安全管理[J].全文版:工程技術(shù),2016,000(005):P.312-312.

[2]孫鵬祥.復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2018,000(032):319.

[3]夏正洋.復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道建設(shè)安全保障技術(shù)分析[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)(全文版)自然科學(xué),2016(8):00180-00180.

[4]張陽(yáng).復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工安全管理分析[J].磚瓦世界,2019,000(002):98.

S210

A

1007-6344（2021）04-0242-02