隧道巖土工程勘察及施工技術(shù)分析

張熊

（中鐵二院（成都）建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司，成都 610000）

1 引言

隧道巖土工程是一門綜合性的學(xué)科，對(duì)勘察技術(shù)有較高的要求，需要明確勘察技術(shù)的核心與方向，保障隧道巖土勘察能夠順利進(jìn)行。隧道巖土工程需要注重勘察策略的制定，在勘察方法上精心鉆研，對(duì)隧道巖土進(jìn)行全面的探測(cè)，確?？辈旃こ棠軌蛴行蜷_展。隧道巖土工程的實(shí)施具有一定的難度，需要通過勘察結(jié)果為施工過程提供依據(jù)，對(duì)隧道工程的施工質(zhì)量進(jìn)行控制。

2 隧道巖土工程勘察方法分析

2.1 探地雷達(dá)探測(cè)法

探地雷達(dá)是重要的勘探工具，通過電磁波對(duì)地質(zhì)進(jìn)行勘探，可以對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行了解，提高地質(zhì)勘察方法的有效性。探地雷達(dá)的工作頻率在1 MHz~1 GHz，以電磁波作為信號(hào)來源，構(gòu)建電磁波信號(hào)與位移電流之間的關(guān)系，對(duì)隧道巖土情況進(jìn)行分析，為隧道設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。利用探測(cè)雷達(dá)進(jìn)行勘探時(shí)，需要注重空間矢量點(diǎn)的確定，確保平面波能夠順利極化，采用規(guī)范化的計(jì)劃方式，避免出現(xiàn)勘察參數(shù)無法確定的情況?？睖y(cè)過程中，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，應(yīng)注重A/D轉(zhuǎn)換模塊的應(yīng)用，使接收信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式保存下來，提供豐富的隧道勘察數(shù)據(jù)[1]。

2.2 地質(zhì)測(cè)繪法

地質(zhì)測(cè)繪是判斷地質(zhì)特征的有效方法，需要嚴(yán)格對(duì)測(cè)繪過程進(jìn)行分析，明確測(cè)繪過程中存在的參數(shù)，保障測(cè)繪過程能夠順利實(shí)施，隧道工程的地質(zhì)構(gòu)造、地形變化是重要的測(cè)量特征，需要注重對(duì)測(cè)量環(huán)節(jié)的把控，確保地質(zhì)測(cè)繪法能夠得到實(shí)施。地質(zhì)測(cè)繪過程中，應(yīng)遵循以往的勘察經(jīng)驗(yàn)，采用規(guī)范化的測(cè)繪形式，確保測(cè)繪結(jié)果具有良好的穩(wěn)定性，保證測(cè)繪過程能夠順利進(jìn)行。

隧道測(cè)繪具有一定的難度，需要依據(jù)以往的測(cè)繪經(jīng)驗(yàn)分析巖土結(jié)構(gòu)，確定巖土的具體特征，保證巖土可以更好地投入使用。地質(zhì)測(cè)繪需要對(duì)土層的含水量引起關(guān)注，對(duì)松散巖土的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，同時(shí)對(duì)隧道的整體情況進(jìn)行把控，提前對(duì)隧道做好排水工作，保障隧道施工能夠順利進(jìn)行。

2.3 巖層鉆探法

巖層鉆探是一項(xiàng)重要的勘察技術(shù)，需要合理對(duì)鉆探方法進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)隧道巖層的厚度、性質(zhì)等展開分析。巖層鉆探需要的斷面較小，尺寸一般在1.8 m×2.0 m~2.2 m×2.2m，能夠在較小斷面的情況下實(shí)現(xiàn)鉆探，提高鉆探方法的有效性。通過巖層鉆探可以直接對(duì)巖層進(jìn)行采樣，提高對(duì)巖層的分析效率，保證隧道質(zhì)量控制的嚴(yán)格性，進(jìn)而獲得較為真實(shí)的采樣數(shù)據(jù)。采樣控制具有一定的復(fù)雜性，采樣過程需要遵守DZ/T 0227—2010《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》的要求，采用規(guī)范化的鉆探形式使鉆探工作得到有效推進(jìn)，保障巖層鉆探工作能夠有序開展[2]。

2.4 原位測(cè)試法

原位測(cè)試法也能進(jìn)行隧道巖土勘察，可以對(duì)隧道的受力情況進(jìn)行分析，防止隧道在受力方面出現(xiàn)問題，保障隧道能夠更安全地進(jìn)行使用。隧道巖土受力容易受到環(huán)境的影響，需要對(duì)巖土的受力情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，防止隧道在局部產(chǎn)生較大的負(fù)荷，導(dǎo)致隧道發(fā)生形變。原位測(cè)試法可以在不擾動(dòng)土壤的情況下實(shí)現(xiàn)勘察，防止取樣過程中產(chǎn)生應(yīng)力釋放。原位測(cè)試法需要對(duì)測(cè)點(diǎn)間距進(jìn)行布置，測(cè)點(diǎn)間距在1.0~1.5 m。若地勢(shì)情況較為復(fù)雜，則需要采用跨孔法進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)點(diǎn)間距調(diào)整為4.0~5.0 m，應(yīng)對(duì)復(fù)雜地勢(shì)的變化，保障勘察取樣過程能夠順利進(jìn)行。

2.5 室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)

隧道巖土工程勘察過程中，還可以應(yīng)用室內(nèi)試驗(yàn)技術(shù)，獲取更加精準(zhǔn)的巖土分析數(shù)據(jù)，為隧道施工過程提供支持。室內(nèi)試驗(yàn)需要對(duì)隧道巖土進(jìn)行采樣，將巖土樣品帶到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。需要注意的是，分析前應(yīng)保證樣品的原本形態(tài)，不能對(duì)巖土形態(tài)造成破壞，否則將會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，影響巖土性質(zhì)的分析精度。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，可以對(duì)巖土所處環(huán)境進(jìn)行模擬，如圍巖壓縮情況、地下水壓力變化等，獲取充分的隧道環(huán)境信息，發(fā)揮出地質(zhì)環(huán)境模擬的作用，為隧道巖土工程施工提供依據(jù)，分析巖土對(duì)隧道施工的影響，保障隧道巖土工程能夠順利進(jìn)行。

3 隧道巖土工程施工技術(shù)分析

隧道巖土工程勘察可為隧道施工過程提供支持，獲得精準(zhǔn)的巖土信息，對(duì)隧道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，提前為隧道施工過程做好準(zhǔn)備。隧道巖土工程勘察方法眾多，可實(shí)現(xiàn)隧道整體情況的迅速采樣，將巖土勘察與隧道工程結(jié)合起來，可保證施工過程順利進(jìn)行。以雷達(dá)探測(cè)法為例，可與盾構(gòu)施工、防水施工、地基施工、邊坡施工等結(jié)合起來，對(duì)隧道周邊地質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，精確掌握施工范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，有助于對(duì)施工工藝參數(shù)進(jìn)行控制。

3.1 盾構(gòu)法施工技術(shù)

圖1為盾構(gòu)法施工流程圖，需要嚴(yán)格按照盾構(gòu)法的施工流程進(jìn)行施工，順利地進(jìn)行土方挖掘。準(zhǔn)備工作在盾構(gòu)法施工中是不可或缺的，需要對(duì)隧道的始端和終端進(jìn)行確認(rèn)，做好軸線的測(cè)量工作，確保盾構(gòu)機(jī)能夠沿著軸線工作，使盾構(gòu)機(jī)穩(wěn)定行進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)是盾構(gòu)法施工的核心內(nèi)容，涉及測(cè)量、軸控、油壓、注漿等環(huán)節(jié)，需要采用全面化的控制形式，保證推進(jìn)過程的有序開展。盾構(gòu)機(jī)放置過程中需要采用混凝土進(jìn)行加固，防止設(shè)備在運(yùn)行過程中發(fā)生偏移，保證盾構(gòu)法施工的精度。盾構(gòu)法施工過程中，隧道寬度應(yīng)大于盾構(gòu)直徑1.6~2.0 m，因此，需要根據(jù)隧道要求對(duì)盾構(gòu)直徑進(jìn)行選擇，保障隧道的寬度符合要求。挖掘后，渣土可由運(yùn)送機(jī)運(yùn)出，將隧道內(nèi)部的渣土進(jìn)行清除，并且需要將渣土清理干凈，形成干凈的盾構(gòu)推進(jìn)環(huán)境。

圖1 盾構(gòu)法施工流程圖

3.2 防水施工技術(shù)

地下水對(duì)隧道具有一定的腐蝕作用，關(guān)系到隧道的防滲能力。為此，做好防水施工工作較為重要，需要積極地落實(shí)防水措施，避免地下水對(duì)隧道施工產(chǎn)生影響，提高隧道的防滲能力。隧道施工過程中，需要注重原材料（速凝劑、砂石等）的比例控制，控制速凝劑偏差小于±2%，砂石偏差小于±3%，用于防止隧道施工過程中發(fā)生開裂現(xiàn)象，避免地下水從裂縫中滲入。同時(shí)，需要對(duì)注漿過程引起重視，保障漿液能夠均勻分布，對(duì)注漿壓力進(jìn)行控制，防止隧道發(fā)生變形，進(jìn)而提高隧道的防滲控制效果[3]?；炷撂砑觿┦翘岣叻浪阅艿年P(guān)鍵，如U形膨脹劑、FS防水劑等，提高隧道混凝土結(jié)構(gòu)的防水質(zhì)量，避免混凝土凝結(jié)過程中產(chǎn)生裂縫，從材料角度提高混凝土的質(zhì)量，保證對(duì)裂縫的抑制作用。

以復(fù)合式襯砌防水技術(shù)為例，有助于提高隧道的防水效果，形成多層防水結(jié)構(gòu)，使混凝土襯砌與防水層相輔相成。復(fù)合式混凝土初砌階段，采用網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行支護(hù)，在鋪設(shè)防水層后進(jìn)行二次襯砌，進(jìn)而提高混凝土的防水質(zhì)量。防水層結(jié)構(gòu)采用厚1.5 mm的EVA材料，該材料具有良好的耐水性，具有可靠的防水效果，改善隧道的防水抗?jié)B效果，便于控制防水層的施工成本。混凝土襯砌過程中，需要以防水板作為緩沖層，采用無釘熱熔鋪設(shè)法進(jìn)行施工，避免對(duì)防水層造成損傷。鋪設(shè)過程中，需要與混凝土表面貼緊，預(yù)留出不少于150 mm的搭接余量，每條焊縫寬度控制在15~20 mm，保障防水板能夠有效貼合。為了進(jìn)一步鞏固防水能力，需要注重止水帶的使用，拉伸強(qiáng)度不低于15 MPa，斷裂延伸率不低于2 380%，保證止水帶具有優(yōu)質(zhì)的機(jī)械性能，保障地下防水施工技術(shù)得到有效應(yīng)用。

3.3 地基處理施工技術(shù)

隧道地基施工具有一定的難度，需要做好隧道地基的處理工作，使地基具有良好的承載力。一旦隧道地基的強(qiáng)度不足，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沉降問題，導(dǎo)致地基斷裂，不僅會(huì)影響地基的強(qiáng)度，還會(huì)降低地基的防滲能力。為了提高地基的強(qiáng)度，需要做好地基的加固工作，對(duì)地基采取夯實(shí)操作，使地基可以更好地投入使用，同時(shí)可以采用基樁對(duì)地基進(jìn)行加固。隧道地基強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

式中，fk為承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；ηb、ηd分別為基礎(chǔ)寬度和埋深的承載力修正系數(shù)；b為基礎(chǔ)寬度，m；d為基礎(chǔ)埋置深度，m；γ為基底下底重度，kN/m3；γ0為基底上底平均重度，kN/m3。

3.4 邊坡加固施工技術(shù)

邊坡是隧道的重要組成部分，一旦邊坡的穩(wěn)定性不足，會(huì)影響隧道整體的穩(wěn)定性，導(dǎo)致隧道無法正常投入使用。邊坡加固分析過程中，需要注重邊坡有限元模型的使用，以便對(duì)邊坡的受力影響范圍進(jìn)行確定。邊坡加固可以采用掛網(wǎng)噴漿+砂漿錨桿的方式，在坡面澆筑10 cm厚的C25混凝土，將長(zhǎng)3 m的錨桿貫穿坡面進(jìn)行加固，提高邊坡坡面的穩(wěn)定性，避免隧道坡面發(fā)生滑坡現(xiàn)象（見圖2）。另外，還應(yīng)做好邊坡的排水工作，降低雨水對(duì)邊坡的滲透作用，保障邊坡能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，鞏固邊坡的加固效果。

圖2 隧道邊坡模型

4 結(jié)語

綜上所述，隧道巖土工程勘察具有一定的復(fù)雜性，需要對(duì)勘察方法進(jìn)行全面分析，使勘察結(jié)果能夠更好地展現(xiàn)出來，防止對(duì)勘察精度造成影響，導(dǎo)致勘察過程無法順利進(jìn)行?？辈焓撬淼朗┕さ氖滓襟E，需要注重勘察方法的選擇，明確隧道巖土工程的特征。隧道巖土工程勘察與施工技術(shù)具有密切聯(lián)系，需要通過勘察方法對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行指導(dǎo)，避免隧道施工過程中出現(xiàn)失誤，保障隧道施工方法的有效性，防止施工過程中產(chǎn)生問題，保障施工質(zhì)量得到嚴(yán)格控制。