探討隧道工程不良地質段處治施工技術

王思

摘要 公路工程施工常遇到山地、河流等復雜地形，多通過隧道施工的形式解決山地、河流的穿越問題。隧道施工的質量管控是整個公路工程管理的重中之重，主要因其施工大多在地下或水下進行，加之受外界環(huán)境變化、復雜地形的影響，施工難度頗大。文章結合某隧道工程案例，首先闡述了隧道工程的施工特點，而后對常見的不良地質問題及對應舉措進行了重點剖析，以供類似工程參考與借鑒。

關鍵詞 隧道工程;不良管控;施工特點;對應舉措

中圖分類號 U455.49 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0132-03

0 引言

隧道施工多適用于公路工程中山地、河流等復雜路段，對于合理利用地下空間、保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。隧道工程多在地層下進行，施工隱蔽，作業(yè)范圍廣，工程量較大[1]。近幾年隨著科學技術的進步，我國地質勘探技術逐漸成熟，但受施工工藝、設備功能等多變因素的影響，施工過程中對于地質條件的勘測仍無法達到精細掌握的程度[2]。該文結合工程實踐的相關經(jīng)驗，對隧道施工遇到的地質問題進行分析，為隧道施工的研究提供一定參考。

1 工程概況

某公路工程隧道施工路段全長712 m，巖層段的穿透借助鉆爆實現(xiàn)，回填土段借助機械開挖并采用大管棚方案，通過小導管注漿，實現(xiàn)超前支護補強。

該隧道地下水多來源于大氣降水補給，地下水位線高于隧洞底板，結合水層特性劃分標準可知，該處水系發(fā)育一般且水性主要為孔隙水、基巖裂隙水?，F(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，不同的土質地段對應不同的開挖方法，例如隧洞K0+600～K0+857地段全長257 m，主要為人工雜填土構成，巖層松垮強度較差，可通過CRD法開挖;K0+857～K1+214 m段全長357 m，主要由泥質砂巖構成，巖層穩(wěn)定性較差，可通過臺階法開挖。

2 隧道施工特點

（1）地質勘測多變性：隧道工程多在地層下施工作業(yè)，施工前須借助設備對地質情況進行勘測，受勘測技術、設備操作、施工工藝不穩(wěn)定的影響，無法完全捕捉到局部的地質變化情況[3]。

（2）施工作業(yè)擾動性：巖體爆破是隧道施工常見的作業(yè)工序，通常會借助鉆孔機、劈裂機等機械設備對山體施加作用力，因施工環(huán)境的復雜性、地質情況的多變性，山體開挖過程中極易出現(xiàn)涌水、突水、坍塌等不良災害。因此要密切關注施工現(xiàn)場的作業(yè)情況，及時調整技術措施以應對施工作業(yè)擾動帶來的變化。

（3）現(xiàn)場施工隱蔽性：隧道施工現(xiàn)場地形復雜，施工作業(yè)多集中在地下且工程量較大，巖體穿透作業(yè)存在諸多未知性變化，過程中的質量檢測面臨著很大挑戰(zhàn)。

3 隧道常見不良地質情況施工措施

3.1 淺埋地段

淺埋地段位于隧道進出口處，該地段地質松散脆弱，作業(yè)現(xiàn)場常出現(xiàn)坍塌、滑坡等地質災害，多通過以下舉措進行有效預防：

（1）加強施工支護。在易出現(xiàn)地質災害的關鍵點位添加防護結構，通過穩(wěn)固的支撐，降低巖體開挖過程中鉆爆等工序對地質的破壞。

（2）預防天然水害。隧道進出口處地形復雜，洞口斷層處常受到天然水害的侵蝕，要密切關注地下水、地表水的流向，并積極采取截水、引流等有效措施[4]。

（3）保護開挖斷面。對開挖斷面的防護要引起足夠的重視，可通過洞口頂部弧形開挖，保留洞口頂部起支撐作用核心土層的形式，縮小開挖斷面的暴露區(qū)域。

（4）掩護開挖洞口。隧道進出口是各施工工序的必經(jīng)之處，可通過管棚法，有效規(guī)避仰拱隆起工況的發(fā)生。

3.2 塌方處理

3.2.1 預防塌方施工措施

（1）地質監(jiān)測預報。通過對地質狀態(tài)的監(jiān)測預報，掌握地質情況的變化趨勢，可以有效預防隧道坍塌災害的影響。

（2）六項工藝原則。隧道施工遵循先排水、短進尺、弱爆破、強支護、快襯砌、勤勘測六項工藝原則。

（3）快速反應機制。通過對地質監(jiān)測數(shù)據(jù)、變化趨勢的分析，密切關注隧道開挖過程中巖土的作用力狀態(tài)，建立快速反應機制，一旦出現(xiàn)違規(guī)狀況立即啟動應急預案。

3.2.2 處理塌方的方法及步驟

（1）事故現(xiàn)場查找原因，并提供對應措施。

（2）若塌方程度判定為一般性，對塌方區(qū)域實施加固[5]。

（3）對于嚴重塌方甚至是冒頂?shù)那闆r，對塌方區(qū)域地表陷坑實施加固;若同時存在天然水災害，則須先處理水害。

（4）塌方處理要將安全第一作為首要原則，配備科學專業(yè)的設備、人力資源，為現(xiàn)場施工安全保駕護航。

3.2.3 塌方處理方法

錨噴法適用于一般性塌方，施工工藝如下：

（1）借助鋼管導出巖內(nèi)積水，表層加噴早強混凝土，強化塌體面層。

（2）塌體頂部嵌入錨桿支護，底部搭建鋼拱架向上作用，掛網(wǎng)二次加噴早強混凝土，滿足施工設計參數(shù)。

（3）塌體面層基本穩(wěn)定后，采用超前大管棚技術進行施工。

（4）嚴重塌方處應進行特別加固處理，主要體現(xiàn)在錨噴支護后的混凝土灌漿[6]。

塌方處理方法見圖1。

3.3 破碎帶、斷層

（1）事故現(xiàn)場實況勘測，通過對各項數(shù)據(jù)的分析，得出具體結論。

（2）為預防斷層處出現(xiàn)碎裂二次損害，首先要對巖面實施加固，減少暴露面積。

（3）爆破施工對巖體穩(wěn)定性影響較大，易引起位移等損害，爆破時要嚴控炸藥用量，或通過預裂爆破的形式，減少對保留巖體的破壞。

（4）斷層地段施工存在較大安全隱患，對其安全管理要引起足夠的重視，保證監(jiān)測頻率的科學性、數(shù)據(jù)分析的準確性，每項施工問題都要有及時高效的解決方案。

3.4 巖爆地段

處在隧道深處且主體完整的巖層地段，當外界施工干擾過大時，會因初始應力的作用猛烈釋放聚積的彈性變形勢能，引發(fā)巖爆危害，常見的處理措施有以下幾點：

（1）控制爆破力度，減少擾動，縮小爆破作用力的影響范圍。

（2）可通過預設超前鉆孔等形式分階段釋放深層基巖的應變能，降低巖石強度，減緩巖爆。

（3）做好爆破后的加固預案，通過加設錨桿、鋼筋網(wǎng)的形式加強施工支護工作。

3.5 穿越溶洞

溶洞有大小、是否漏水之分，不同性質溶洞的處理方案受體量大小、所處方位、地質結構、發(fā)育情況等因素的影響多有不同[7]。分析現(xiàn)場地質工況、勘測數(shù)據(jù)可知，該項目巖層主要由石灰?guī)r構成，內(nèi)部還分布著多處聚集性溶洞，開挖難度較大?？紤]到開挖過程中潛在的風險性，每種地質缺陷均匹配了對應的治理方案，方案細節(jié)如下：

（1）深度>2 m的溶洞，選擇回填方法治理。

（2）2 m<深度<5 m且位處拱腰以上、在開挖界限以外的較大溶洞：1）有水有填充時首先進行排水，后通過錨桿增設、混凝土澆筑、布設鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的方法加固;2）無水無填充時，通過錨桿布設、混凝土澆筑、噴射混凝土進行加固。

（3）深度>5 m且位處拱腰以上、在開挖界限以外的較大溶洞：1）有填充時借助高壓注漿加固、布設鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土二次加固;2）無填充物時，通過錨桿增設、混凝土澆筑、布設鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的方法加固。

（4）拱腰以上大溶洞（有填充物）處理示意見圖2。

（5）隧道基地大型溶洞的治理：新增承載力高于1 200 kPa以上的混凝土橋板，借助板塊結構增大受力面積的原理。

4 質量控制要點分析

4.1 超前地質預報

超前地質預報應基于工程實況并結合歷史數(shù)據(jù)，建立一套完善的作業(yè)流程，同時為保證勘查數(shù)據(jù)的真實性及代表性，過程中注重粗細勘查、各類勘查方法的組合[8]。

4.2 監(jiān)控量測

（1）根據(jù)技術標準將監(jiān)測點位的間距設置為3 m。

（2）施工初期階段地質情況穩(wěn)定性較差，要加大測量點位密度并提升測量次數(shù)[9]。

（3）布設的基準點必須堅固穩(wěn)定且便于長期保存。

（4）測量點位的布設要科學嚴謹，點位處在同一斷面且勘測數(shù)據(jù)足以反映地質實況。

4.3 量測數(shù)據(jù)的處理與應用

（1）參照技術標準定期完成數(shù)據(jù)量測，及時記錄并利用“變化時態(tài)散點圖”等圖表工具分析相關參數(shù)的動態(tài)趨勢，結合分析結果對回歸系數(shù)及時作出調整。

（2）重點關注10～30日期間的數(shù)據(jù)動態(tài)變化，通過回歸分析推測峰值及變形。

（3）對比變形峰值、速率與安全標準的差距，為圍巖的安全系數(shù)判定提供理論依據(jù)[10]。

5 結論

隧道施工是解決公路工程中山地、河流等復雜地段橫跨難度的核心技術，獨具的穿越能力使其在公路工程線路設計優(yōu)化、運輸成本降低、安全行駛保障等層面發(fā)揮著重大意義。隧道施工大多在地層以下隱蔽進行，多發(fā)的不良地質情況是其主要的施工難點。該文重點剖析了淺埋地段、塌方、斷層、巖爆、溶洞五大不良地段的地質特性所對應關鍵舉措，便于工程質量的有效管控。受惡劣施工環(huán)境、多變地質情況的影響，隧道施工過程存在很大未知性，突發(fā)且嚴重的施工隱患威脅著整個公路工程的安全，因此要特別重視超前地質預報的運用，特別是對于現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)、地質動態(tài)變化所呈現(xiàn)出的施工問題要建立快速反應機制，有效降低事故災害的發(fā)生率。

參考文獻

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