復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道施工技術(shù)應(yīng)用研究

蒲海青

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

近年來，我國的交通運輸事業(yè)迅速發(fā)展，隧道施工項目也在不斷增加，對施工質(zhì)量和施工安全提出更高的要求。在隧道工程中，由于地質(zhì)條件比較復(fù)雜，必須對淺埋偏壓和軟弱圍巖等地質(zhì)條件進(jìn)行有效治理，根據(jù)不同地質(zhì)情況，選用適宜的施工工藝，從根本上保障施工人員生命安全和整個隧道的施工質(zhì)量[1]。

1 常見復(fù)雜地質(zhì)類型

1.1 膨脹土地質(zhì)

與一般地質(zhì)條件相比，膨脹土質(zhì)更易發(fā)生圍巖變形。在工程建設(shè)中，工作人員要進(jìn)行細(xì)致勘察，準(zhǔn)確了解圍巖變形的原因、程度和影響，并據(jù)此采取相應(yīng)的防治措施。在膨脹土層地質(zhì)情況下，根據(jù)地區(qū)的特殊水文地質(zhì)特點，應(yīng)盡量避免全斷面開挖，可靈活運用側(cè)墻導(dǎo)坑法、臺階法等技術(shù)手段。同時，為了保證隧道的安全和穩(wěn)定，必須減少流變對隧道施工的影響。

1.2 喀斯特地貌

喀斯特地質(zhì)環(huán)境下的公路隧道建設(shè)也存在較大困難，特別是在工程地區(qū)發(fā)生流水溶蝕時，更是增加了工程施工難度。有關(guān)工程實踐證明，在喀斯特地質(zhì)類型的區(qū)域施工時，存在更大的安全隱患問題，在施工前如果沒有進(jìn)行細(xì)致全面的勘察分析，很容易受地下水運移情況的影響。因此需要提前摸清當(dāng)前地質(zhì)特征，及時采取相應(yīng)的措施，在隧道施工過程中才能保障施工人員的生命安全以及設(shè)備和材料的安全，減少發(fā)生事故產(chǎn)生的損失。在喀斯特地質(zhì)環(huán)境下，一般采用超前地質(zhì)預(yù)測方法，以保證隧道施工的安全性。通過勘察施工區(qū)域300 m范圍內(nèi)的地質(zhì)條件和環(huán)境條件，做出正確的分析和預(yù)測，將安全隱患抑制在萌芽階段，保證隧道施工的正常進(jìn)行。

1.3 松散破碎地質(zhì)

在公路隧道工程中，常常會碰到軟弱、破碎的地質(zhì)條件和圍巖結(jié)構(gòu)疏松、失穩(wěn)等問題，從而導(dǎo)致后期工程的崩塌。有關(guān)的研究和工程實踐證明，當(dāng)一定地段的圍巖較為疏松、破碎時，其水侵問題就會變得更為突出。由于破碎疏松的巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，存在大量孔隙，造成了高含水量，從而加大了工程難度。因此，在開挖過程中，普遍采取超前支護(hù)技術(shù)，可以通過加固圍巖來減少松散破碎地質(zhì)發(fā)生事故的可能性，保障施工進(jìn)度。超前支護(hù)技術(shù)主要是保障開挖工作面和圍巖穩(wěn)定性，使隧道內(nèi)的圍巖處于三向受力平衡狀態(tài)，從而提高隧道穩(wěn)定性。在此類地質(zhì)情況下，除了超前支護(hù)技術(shù)，有時還會用到鉆孔排水施工技術(shù)[2]。

1.4 流沙地質(zhì)

在實際工程中，經(jīng)常會遇到流沙地質(zhì)區(qū)域。流沙地質(zhì)主要是由于地基處于沙體之上，造成整個工程的穩(wěn)定性較差，在工程建設(shè)過程中容易發(fā)生塌方、變形等問題，嚴(yán)重時會引起工程安全事故。因此，必須對不同類型的水文地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)查，確定工程場地的流沙分層狀況、流沙層粒徑、塑性指數(shù)等。在施工之前，首先要對該地區(qū)施工的重點和難點進(jìn)行分析，然后根據(jù)這些問題，制訂出一套科學(xué)的施工方案，以保證施工的質(zhì)量和安全。一般情況下，在流沙區(qū)施工時，工作人員應(yīng)注重土方開挖，做到先保護(hù)后挖掘，因此隧道的安全性和穩(wěn)定性能夠在一定程度上得到改善。

2 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下公路隧道施工存在的問題

2.1 復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境

地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性表現(xiàn)在兩個方面。一方面是由于該區(qū)域的地質(zhì)條件較差，例如地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜、堅固程度較低，從而給工程施工帶來一定的困難。如果遇到硬度較大的巖石，還可以挖掘打通，但如果是較為軟弱的圍巖，就會導(dǎo)致巖層變形，甚至?xí)?dǎo)致隧道崩塌。另一當(dāng)面是由于公路項目周邊的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，例如黃土地、礦山、電纜、天然氣管道等。在城市和農(nóng)村的建筑工程中，若不注意這些問題，盲目地進(jìn)行施工，將對城市和農(nóng)村的居民生活造成極大影響，同時也會影響工程施工的安全性。

2.2 施工工藝落后

隧道施工質(zhì)量的好壞，與施工工藝的選擇有較為密切的關(guān)系。目前，為了使施工順利進(jìn)行，普遍采用鉆爆法、掘進(jìn)法和通風(fēng)技術(shù)。而各類工程技術(shù)的引入往往會耗費巨大的財力和人力，如果沒有足夠的資金、人力資源，必然會對項目建設(shè)造成一定影響，因此采用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行隧道建設(shè)尤為必要。

2.3 過程管理不足

在隧道建設(shè)中，要做好設(shè)計、規(guī)劃、組織、管理等方面的工作，特別要注意地質(zhì)環(huán)境，做好全面的勘察和預(yù)測，防止出現(xiàn)各種地質(zhì)災(zāi)害，造成安全事故，危及施工人員安全。通過大量實際工作表明，地質(zhì)情況是導(dǎo)致隧道坍塌的主要因素，而地質(zhì)情況又具有不可抗性，因此必須采取相應(yīng)的安全措施[3]。但在實際施工中，由于施工單位對工程經(jīng)濟(jì)效益考量較多，安全管理體系未得到落實，因此，安全防范工作依然是薄弱環(huán)節(jié)。此外，由于缺乏足夠的重視，對地質(zhì)勘察技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)和施工人員技術(shù)水平要求不高，造成工程質(zhì)量不能得到保證。特別是在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的情況下，施工單位要加強(qiáng)對工程的管理，防止各種地質(zhì)災(zāi)害引起的安全事故。

3 公路隧道在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中的施工工藝

由于隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較大，因此相關(guān)部門應(yīng)綜合考慮各種技術(shù)指標(biāo)，采用合理的施工工藝，以降低外部環(huán)境對隧道施工的影響。在保證隧道施工各個環(huán)節(jié)的連續(xù)性和質(zhì)量效益的前提下，為穩(wěn)定地進(jìn)行復(fù)雜地質(zhì)下的隧道建設(shè)工作提供有力支撐。

3.1 淺埋偏壓隧道施工技術(shù)

淺埋偏壓是公路隧道施工中普遍存在的一種特殊地質(zhì)狀況，因此在工程地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，應(yīng)根據(jù)工程實際，采用適當(dāng)?shù)氖┕すに?，以控制淺埋偏壓地質(zhì)對公路隧道施工產(chǎn)生的不利影響。進(jìn)行公路隧道工程建設(shè)時，在淺埋偏壓地質(zhì)條件下，施工人員必須充分考慮各種變形問題，并根據(jù)不同的變形情況，采取不同的處理方法，以有效地控制隧道施工變形。同時，由于隧道的進(jìn)口和出口都存在淺埋偏壓，因此需要采用圍巖及支撐體系，以保證隧道的進(jìn)口和出口不會受到淺埋偏壓的影響，嚴(yán)格控制隧道入口、出口施工的變形。在淺埋偏壓地質(zhì)條件下，施工人員應(yīng)注意以下幾個問題：①在公路隧道工程中，采取超前管棚施工技術(shù)，并加強(qiáng)隧道地基穩(wěn)固性，避免淺埋偏壓條件下的路基坍塌。另外，在開挖過程中，還可以采用多步式預(yù)留基坑技術(shù)，并與現(xiàn)代施工技術(shù)相結(jié)合，以改善工程質(zhì)量；②在公路隧道建設(shè)中，應(yīng)加強(qiáng)對施工人員的保護(hù)。使有關(guān)施工人員能夠集中精力進(jìn)行隧道建設(shè)；③在淺埋偏壓地質(zhì)環(huán)境下，公路隧道施工過程比較繁瑣，需要相關(guān)部門對其進(jìn)行有效監(jiān)測，以減少在淺埋偏壓地質(zhì)環(huán)境中發(fā)生安全事故的發(fā)生。

3.2 軟弱圍巖隧道施工技術(shù)

在軟弱圍巖地質(zhì)條件下，施工單位可采取噴錨構(gòu)筑施工工藝。根據(jù)新奧法的基本原則，結(jié)合巖土力學(xué)特點和相關(guān)理論基礎(chǔ)，進(jìn)行錨噴施工，減少了圍巖在軟弱圍巖地質(zhì)條件下的影響。在軟弱圍巖地質(zhì)條件下，隧道施工應(yīng)考慮如下技術(shù)問題：①在開挖之前，應(yīng)充分結(jié)合圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及地質(zhì)構(gòu)造的特殊性，有針對性地改善圍巖結(jié)構(gòu)的安全、質(zhì)量，以防止軟弱圍巖地質(zhì)條件下的隧道工程出現(xiàn)問題；②在軟弱圍巖區(qū)域，應(yīng)強(qiáng)化注漿樁與錨桿的結(jié)合強(qiáng)度。如有需要時應(yīng)予以加固，并建議有關(guān)部門采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，以保證工程建設(shè)的順利進(jìn)行；③在軟弱圍巖地質(zhì)條件下，應(yīng)保證襯砌厚度合理，從而提高襯砌質(zhì)量，充分發(fā)揮襯砌結(jié)構(gòu)的作用，確保在軟弱圍巖地質(zhì)條件下能夠更好地發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢。

3.3 地表滑坡隧道施工技術(shù)

由于公路隧道的結(jié)構(gòu)及施工的復(fù)雜性，在進(jìn)行施工時，極易發(fā)生地面滑坡，產(chǎn)生滑坡體地質(zhì)，影響隧道工程的正常開展。因此，在工程建設(shè)前，必須對路基表面的地質(zhì)特征和內(nèi)在缺陷進(jìn)行有效分析，然后根據(jù)各個環(huán)節(jié)的分析結(jié)果采取相應(yīng)對策，目的是減少地表滑坡地質(zhì)條件對路基工程的影響[4]。同時，在地表滑坡地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行公路隧道建設(shè)，必須堅持“先治理，后開挖”的施工原則，避免在地表滑坡地區(qū)施工時發(fā)生隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)或圍巖坍塌。此外，在開挖前施工單位應(yīng)事先對滑坡進(jìn)行治理，并設(shè)置抗滑樁，在滑坡體前方設(shè)擋墻，進(jìn)行地面加固，防止地面徑流向隧道內(nèi)滲透，從而減少滑坡的發(fā)生。在施工過程中，可以采用大管棚超前支護(hù)方法，在規(guī)定的場地內(nèi)堆放施工物料，并將所有的施工用水都排到滑坡體外部[5]。鑒于地面滑坡處的公路隧道施工過程比較繁瑣，需要各有關(guān)部門根據(jù)具體的施工程序和地基因素進(jìn)行有效監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)在地面滑坡地質(zhì)情況下發(fā)生問題，應(yīng)立即通知有關(guān)人員進(jìn)行處理。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件隧道施工技術(shù)的應(yīng)用分析

4.1 工程概況

某隧道全長2.96 km，其地質(zhì)條件較為復(fù)雜，沿構(gòu)造帶分布呈現(xiàn)出不同程度的延伸，施工區(qū)域內(nèi)有大量的斷裂和背斜。該段隧道的洞體中有大量的溶洞，很可能會發(fā)生涌水、崩塌等問題。因此必須制訂切實可行的施工方案。

4.2 洞身施工

在進(jìn)行隧道開挖施工時，必須選用合理的開挖方式，并充分掌握隧道的施工方案，了解隧道的地質(zhì)、巖性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在該工程項目中，根據(jù)不同的圍巖，采用了以下幾種爆破方法。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類型圍巖具有良好的巖性，可以采用臺階法開挖，但在實際工程中，必須嚴(yán)格控制超挖問題。對Ⅴ型軟弱圍巖采用臺階法開挖，同時采取臨時仰拱、模擬光面爆破等措施，重點控制周邊眼間距及炸藥用量。為防止初選超欠挖問題，在開挖Ⅴ型軟巖圍巖時，利用CRD法對復(fù)雜地段的圍巖進(jìn)行小劑量爆破，從而對巷道開挖起到一定的輔助作用。

要達(dá)到良好的光面爆破效果，必須對圍巖特征進(jìn)行綜合分析，使周邊孔間距保持在合理的范圍內(nèi)，提高鉆孔質(zhì)量。在裝填過程中，必須在鉆孔附近均勻分布，藥筒的直徑應(yīng)在合理范圍內(nèi)，以確保爆炸的速度和效果。對于瓦斯爆炸危險性較大的復(fù)雜區(qū)域，不宜采用導(dǎo)爆索，必須嚴(yán)格監(jiān)測氣體濃度。一旦發(fā)現(xiàn)氣體濃度超過規(guī)定值，要采用連續(xù)式裝藥結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制爆破作業(yè)，為光面爆破打下良好基礎(chǔ)。

對巖層進(jìn)行光面爆破，每次開挖直徑應(yīng)控制在3.5 m以內(nèi)，并進(jìn)行實驗確定最佳爆破參數(shù)。當(dāng)遇到硬度極大的巖石時，其外圍眼抵抗線應(yīng)為70 cm左右，周圍孔間隔55 cm，裝藥集中度為0.35 kg/m。當(dāng)遇到硬巖石時，其外圍眼抵抗線應(yīng)控制在55 cm左右，周圍的孔隙為50 cm，裝藥集中度為0.20 kg/m。對軟巖石，其外圍眼抵抗線應(yīng)為45～60 cm，周圍的眼間隔為30～45 cm，裝藥集中度為0.10 kg/m。

4.3 隧道支護(hù)技術(shù)

4.3.1 噴射混凝土

在實際工程中應(yīng)逐層分段按先砌后拱的順序進(jìn)行，要保證混凝土噴射效果，必須合理地控制噴嘴的運動速度。同時，對水壓、風(fēng)壓等外部環(huán)境的影響進(jìn)行綜合分析，對回彈次數(shù)進(jìn)行有效的控制。對于5 cm以上的部分，必須采取分層施工方式，每一道工序之間的間隔時間應(yīng)為1 h，在前面工序完成后，必須對上一道工序進(jìn)行找平，并做好養(yǎng)護(hù)工作。

4.3.2 錨桿作業(yè)

在鉆孔過程中，應(yīng)采用鑿巖機(jī)進(jìn)行施工，徹底清除孔洞內(nèi)的雜物，并采用注漿泵對灌漿壓力進(jìn)行嚴(yán)密控制。同時，炸藥也要準(zhǔn)備好，在鉆孔結(jié)束后，要徹底清理錨桿上的孔眼，將炸藥裝在孔眼中。為了防止炸藥變形和滲漏，要將錨桿插在巖石孔之中。

4.3.3 管棚支護(hù)

在管棚支護(hù)中，選用的材料是無縫管，在連接部位處采用縱橫交錯的方式，把單數(shù)首節(jié)控制在6 m以內(nèi)，雙數(shù)首節(jié)控制在3 m左右，其余的都控制在6 m左右，以保證壓力的均勻性。管棚的入土深度根據(jù)設(shè)計要求確定。在接鋼管的過程中，先將上一根鋼管插在巖石孔內(nèi)，然后再用鋼管進(jìn)行連接，不得使用裂縫鋼管，并做好相應(yīng)的加固措施。

5 結(jié)語

總之，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，公路隧道的建設(shè)難度和風(fēng)險加大。要確保工程的安全和順利進(jìn)行，就必須確保隧道施工技術(shù)水平，對現(xiàn)有的隧道工程技術(shù)進(jìn)行改造與革新。同時，對隧道周圍的地質(zhì)、地形等因素進(jìn)行全面勘察，為隧道工程施工提供可靠資料，科學(xué)地選用隧道施工工藝，從而提高隧道的施工質(zhì)量。