大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)研究

陳怡昕

（福建省高速公路集團有限公司龍巖管理分公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

隨著城市化進程的加快和交通需求的不斷增長，大斷面隧道作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施之一，在現(xiàn)代社會中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，在實際施工過程中，大斷面隧道往往遭遇復(fù)雜的地質(zhì)條件，如巖溶地質(zhì)、軟弱地層、水文地質(zhì)特點等，給施工帶來諸多挑戰(zhàn)。

在復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工，施工人員需要面對多種地質(zhì)問題和風(fēng)險，如地層不穩(wěn)定性、地下水涌出、地質(zhì)災(zāi)害等，這些問題都對施工的安全性和效率提出了更高的要求。因此，深入研究大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)具有重要的理論和實踐意義。

1 大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件對隧道施工的影響

1.1 巖溶地質(zhì)特點分析

巖溶地質(zhì)是一種常見的復(fù)雜地質(zhì)條件，對隧道施工具有明顯影響。巖溶地質(zhì)中存在著豐富的溶洞、地下水系統(tǒng)和弱化帶等地質(zhì)現(xiàn)象，這些因素可能引發(fā)隧道臨時性或永久性的變形和坍塌，給隧道工程帶來極大的不確定性。在設(shè)計和施工過程中，必須充分考慮巖溶地質(zhì)的特點，采取適當(dāng)?shù)闹ёo措施，以減少巖溶地質(zhì)對隧道穩(wěn)定性的不利影響。

1.2 軟弱地層問題

在某些地區(qū)，土壤和巖石松軟、膨脹或黏性較大，稱為軟弱地層。這類地層在隧道施工中常引發(fā)塌方、側(cè)噴、沉降等問題，給施工帶來不確定性和安全風(fēng)險。針對軟弱地層的特點，需要采取相應(yīng)的預(yù)處理措施，如排除地下水、加固坡面等，在隧道開挖過程中還需增強地層的穩(wěn)定性和承載能力。

1.3 地下水對施工安全的影響

地下水是隧道施工中的常見問題。地下水的涌出或積聚可能導(dǎo)致隧道洞體坍塌、潛水等危險情況，嚴重的還會危及施工人員的安全和工程的穩(wěn)定性。因此，在隧道施工前，必須進行充分的地下水勘測，并采取合理的排水措施，保持施工現(xiàn)場的穩(wěn)定和干燥。

1.4 斷層和褶皺帶的挑戰(zhàn)

斷層和褶皺帶是地質(zhì)構(gòu)造中常見的地質(zhì)現(xiàn)象，其發(fā)育與活動性給隧道施工帶來很大的不確定性。斷層或褶皺帶的存在可能導(dǎo)致隧道局部變形、巖層錯動，甚至引發(fā)地震等地質(zhì)災(zāi)害。施工過程中需要針對具體情況，靈活調(diào)整支護方案，以確保施工的安全和隧道的穩(wěn)定。

2 大斷面復(fù)雜地質(zhì)勘查與預(yù)處理技術(shù)

2.1 地質(zhì)勘查方法及應(yīng)用

地質(zhì)勘查在隧道工程中扮演著重要的角色，它通過采用多種方法綜合解析地下情況，為施工方案設(shè)計和工程管理提供準確的數(shù)據(jù)和依據(jù)。地質(zhì)鉆探能夠獲取地下巖土的物理和力學(xué)性質(zhì)，地震勘探可以測定地質(zhì)構(gòu)造和巖層連續(xù)性，地質(zhì)勘探則能揭示地下水情況。通過這些勘查方法的綜合應(yīng)用，可以獲得對地質(zhì)情況全面準確的認識，幫助工程師們更好地評估風(fēng)險、制訂施工方案，并在項目實施過程中進行合理的工程調(diào)整和管理措施的制訂。因此，地質(zhì)勘查是保障隧道工程安全、順利進行的重要前期工作。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)測

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)測是隧道工程面臨的一項重要任務(wù)。通過對地質(zhì)特征和歷史數(shù)據(jù)的綜合分析，利用數(shù)學(xué)模型和計算方法，可以定量評估和預(yù)測可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害。通過地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)測的結(jié)果，可以確定隧道工程中存在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的區(qū)域和條件，并根據(jù)不同類型的地質(zhì)災(zāi)害采取相應(yīng)的施工措施，如支護加固、排水處理等。同時，及時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)的建立也是必要的，以便在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時能夠及時采取措施，保障隧道工程的安全和穩(wěn)定。通過科學(xué)的地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)測，可以最大限度地降低地質(zhì)災(zāi)害對隧道工程造成的影響，確保隧道工程的順利進行。以下是一些常見的地質(zhì)災(zāi)害及其預(yù)測方法。

2.2.1 巖層滑動：通過對地層傾角、巖性特征和地應(yīng)力狀態(tài)等因素的評估，并采用計算模型如邊坡穩(wěn)定分析等，預(yù)測出巖層滑動的概率和可能的規(guī)模。

2.2.2 地下水涌流：結(jié)合地下水位、滲透系數(shù)和原始水位等數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)建模和計算方法，預(yù)測地下水涌流的情況及其對隧道工程的影響。

2.2.3 巖爆：通過地震監(jiān)測、巖層裂隙監(jiān)測等手段，收集并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值模擬和統(tǒng)計方法，預(yù)測巖爆的危險性和可能發(fā)生的范圍。

2.2.4 巖體變形：利用地表和巖體位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合巖石力學(xué)理論和數(shù)值計算，評估巖體變形的趨勢和可能的危險性。

2.3 巖體力學(xué)參數(shù)確定方法

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，準確確定巖體力學(xué)參數(shù)對于隧道工程的設(shè)計和支護方案的確定至關(guān)重要。然而，由于巖體本身的非均質(zhì)性和地質(zhì)條件的復(fù)雜性，要想獲取準確的巖體力學(xué)參數(shù)往往具有一定的困難。為解決這一問題，常采用現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬等方法來確定巖體力學(xué)參數(shù)?，F(xiàn)場試驗可以直接獲取巖體的力學(xué)性能參數(shù)。

例如，壓力板試驗可通過加載壓力板并測量其變形程度來確定巖體的強度和模量；鋼筋錨桿試驗可以測試巖層的錨桿支護效果，并間接推斷巖石的抗剪強度。室內(nèi)試驗主要通過對巖樣進行試驗來確定其力學(xué)性能參數(shù)。

例如，巖心強度試驗會測定巖樣在不同加載條件下的抗壓強度、抗拉強度等參數(shù)；巖石蠕變試驗則可測定巖樣在長期加載下的變形和破壞特性。數(shù)值模擬是通過計算方法對巖體的力學(xué)行為進行模擬和分析來推斷其力學(xué)參數(shù)。常用的方法包括有限元分析，可以對復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)進行數(shù)值建模，并通過模擬不同加載條件下的響應(yīng)來推斷巖體的強度、剛度等參數(shù)。綜合應(yīng)用現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬等方法，可以獲得較為準確的巖體力學(xué)參數(shù)。

例如，通過實際工程中的現(xiàn)場壓力板測試，得到某巖層的抗壓強度約為150MPa；再結(jié)合室內(nèi)巖心強度試驗結(jié)果，推斷其抗拉強度約為15MPa。這些數(shù)據(jù)將為隧道工程的設(shè)計和支護方案的確定提供可靠的依據(jù)，確保施工過程中巖體的穩(wěn)定性和安全性。

3 大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工技術(shù)與支護措施

3.1 隧道施工方法選擇

在大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工中，選擇適合的施工方法對提高施工效率和安全性至關(guān)重要。常見的施工方法包括爆破法、盾構(gòu)法和隨機頂進法。在選擇施工方法時，需要綜合考慮地質(zhì)條件、工程規(guī)模和環(huán)境要求等因素。爆破法適用于巖性較硬的地質(zhì)條件，通過爆破控制性地破碎并清除巖石。盾構(gòu)法適用于穩(wěn)定的地層，通過盾構(gòu)機進行地下推進，同時開挖和安裝襯砌，以減少對周圍環(huán)境的影響。隨機頂進法適用于軟土和松散地層，通過連續(xù)開挖、支護和襯砌的方式形成隧道。選擇最合適的施工方法需要詳細地勘查地質(zhì)條件和進行工程設(shè)計，以確保施工方案的可行性。在實際施工過程中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)變化和工程進展進行調(diào)整和優(yōu)化，以保證隧道施工的順利進行。

3.2 隧道初始支護措施

隧道初始支護是在隧道開挖初期采取的措施，旨在防止地表沉陷和洞體坍落，以確保隧道的安全施工和穩(wěn)定性。常見的隧道初始支護方法包括鋼格架、鋼筋網(wǎng)噴錨支護、噴射混凝土和壓力注漿等。鋼格架是通過在隧道壁面安裝鋼制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來加固巖體和分散地表壓力，從而減少地表沉陷風(fēng)險，并提供臨時支撐。鋼筋網(wǎng)噴錨支護是將鋼筋網(wǎng)固定在洞體表面，并通過噴射錨桿漿液與周圍巖體連接在一起，提高巖體強度和穩(wěn)定性，減少洞體變形和坍落風(fēng)險。噴射混凝土是將混凝土材料噴射到洞體壁面形成均勻的覆土層，以增強巖體的承載能力和穩(wěn)定性，阻止洞體坍落。壓力注漿是將漿液或封堵材料注入地層裂縫和孔隙中，通過加固巖體并填補空隙，以提高地層強度、密實性和穩(wěn)定性。選擇合適的隧道初始支護方法需要綜合考慮地質(zhì)條件、隧道類型和工程要求。及時進行隧道初始支護能確保隧道在開挖過程中的安全穩(wěn)定，并為后續(xù)的主體支護奠定基礎(chǔ)，這些初始支護方法的應(yīng)用能有效保障隧道施工的順利進行[1]。

3.3 隧道主體支護技術(shù)

隧道主體支護是對隧道開挖后的巷道進行加固和支護的重要措施。常見的隧道主體支護技術(shù)包括錨桿支護、噴錨網(wǎng)片支護、隧道襯砌和防水補強等方法。這些技術(shù)能夠有效增強巷道的承載能力，抵抗地質(zhì)力學(xué)作用，從而確保隧道的穩(wěn)定性和安全性。錨桿支護是通過在巷道壁面灌注混凝土的鋼筋索，將巖體和支護結(jié)構(gòu)連接在一起，形成堅固的支護系統(tǒng)。噴錨網(wǎng)片支護則是將鋼筋網(wǎng)片固定在巷道壁面，再用噴錨材料將其連接至巖體上，以增強巷道的強度和穩(wěn)定性。隧道襯砌是指在巷道內(nèi)設(shè)置混凝土或磚石等材料，起到包裹和保護巖體的作用。它能夠分擔(dān)地壓力，給巷道提供承載能力和防止巖體侵蝕。防水補強是在主體支護中較為重要的一環(huán)。通過使用防水材料和特殊處理方法，能夠有效防止水的滲透和滲漏，保護隧道的結(jié)構(gòu)和設(shè)備。這些主體支護技術(shù)的選擇和應(yīng)用，要根據(jù)地質(zhì)條件、隧道尺寸、工程要求等因素進行綜合考慮。合理的主體支護能夠提高隧道的承載能力和穩(wěn)定性，確保隧道的安全使用。因此，在隧道施工過程中，主體支護是一個非常重要的環(huán)節(jié)。

3.4 隧道排水與防水處理

在大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工中，地下水的處理是至關(guān)重要的。合理的隧道排水與防水處理是確保施工安全和隧道長期使用的關(guān)鍵措施。常見的隧道排水與防水處理方法包括排水井、橫向排水和防水涂層等。通過適當(dāng)?shù)呐潘c防水處理，可以有效控制地下水的涌入和滯留，降低對隧道結(jié)構(gòu)的不利影響。同時，這些措施還可以減少地下水對隧道周邊環(huán)境的負面影響，維護地下水資源的合理利用和環(huán)境保護。因此，在隧道施工過程中，正確的地下水處理方案是非常重要的。

3.5 監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

為了及時發(fā)現(xiàn)隧道施工過程中的異常情況，并采取相應(yīng)的處理措施，建立監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)是非常重要的。這些系統(tǒng)通常包括地表沉降監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、振動監(jiān)測和地下水位監(jiān)測等，通過這些監(jiān)測手段，可以對隧道施工進行實時監(jiān)測，及時采取措施調(diào)整和處理問題，確保施工的安全進行。

4 大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工質(zhì)量與安全控制

4.1 質(zhì)量控制

在大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工中，施工質(zhì)量的保證是確保工程性能和壽命的重要因素之一。為了實現(xiàn)有效控制施工質(zhì)量，需要采取以下措施：首先，制訂合理的施工方案，包括施工順序、工序安排、支護措施等，確保施工過程的合理性和可行性。施工方案的設(shè)計應(yīng)考慮到地質(zhì)條件、施工限制和工期要求等因素，以確保施工質(zhì)量的可控性。其次，制訂詳細的質(zhì)量控制計劃，明確施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、驗收標準和控制措施。質(zhì)量控制計劃應(yīng)涵蓋施工過程中每個階段的施工質(zhì)量要求，并配備相應(yīng)的監(jiān)督和管理人員實施，以確保施工質(zhì)量的達標。最后，合理配置人力、物力和技術(shù)手段，進行資源管理。在施工過程中，需合理調(diào)配人力資源，培訓(xùn)和指導(dǎo)施工人員，確保他們具備必要的專業(yè)知識和技能。另外，合理使用施工設(shè)備和材料，確保其質(zhì)量和有效性，定期進行檢查和驗收，并對施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵部位進行抽查和全面檢測。通過檢查和驗收，可及時發(fā)現(xiàn)和處理問題和質(zhì)量隱患，確保施工質(zhì)量達到或超出設(shè)計要求。當(dāng)發(fā)現(xiàn)任何施工異常情況或不合格部位時，應(yīng)立即采取相應(yīng)的糾正措施，防止問題的擴大和影響工程質(zhì)量[2]。

4.2 施工安全控制

第一，要進行專業(yè)的安全培訓(xùn)，對施工人員進行相關(guān)的安全知識和技能培訓(xùn)，確保他們具備必要的安全知識和技能，提高其安全意識和應(yīng)急能力。第二，制訂詳細的安全管理策劃，明確施工過程中的安全責(zé)任、安全規(guī)章制度和事故應(yīng)急預(yù)案等。通過落實和執(zhí)行這些安全控制措施，以有效管理施工現(xiàn)場的安全風(fēng)險。第三，建立安全監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，監(jiān)測施工過程中的安全指標和風(fēng)險因素。通過對施工現(xiàn)場安全狀況的實時監(jiān)測，及時預(yù)警并采取相應(yīng)的措施，避免事故的發(fā)生。第四，根據(jù)具體施工工藝和工種特點，配置適當(dāng)?shù)陌踩O(shè)備和防護措施。比如，安全帽、防護眼鏡、安全繩等，為施工人員提供必要的個人防護，以確保其人身安全。第五，對可能發(fā)生的事故或已經(jīng)發(fā)生的事故進行調(diào)查和分析，并總結(jié)教訓(xùn)，通過事故調(diào)查與總結(jié)，識別施工過程中的安全隱患和問題，加強安全控制和管理，從而提高施工的安全性。

5 結(jié)語

本文研究了復(fù)雜地質(zhì)條件對隧道施工的影響，重點關(guān)注地質(zhì)探測與預(yù)處理技術(shù)，并提出相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)和風(fēng)險控制手段。此外，還探討了大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工的技術(shù)與支護措施、質(zhì)量與安全控制。在隧道施工仍面臨困難和挑戰(zhàn)的情況下，呼吁持續(xù)加強科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新，完善施工技術(shù)和設(shè)備，提高隧道施工效率和安全性。加強地質(zhì)勘查與預(yù)測工作，加強監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，為保障隧道施工質(zhì)量和安全提供基礎(chǔ)支持。通過實踐研究，為大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工提供實用解決方案和管理策略，對促進隧道工程發(fā)展具有重要意義。