山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)下的公路隧道施工技術(shù)研究

朱傳龍

（中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430000）

0 引言

國(guó)內(nèi)各地區(qū)的交通工程建設(shè)對(duì)于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展及民生發(fā)展極為重要。山區(qū)公路建設(shè)本身就極具難度，遇到軟弱圍巖地質(zhì)時(shí)會(huì)進(jìn)一步增加公路隧道施工的危險(xiǎn)性和困難性。在這種惡劣的地質(zhì)環(huán)境下，如何保證施工的安全性和有效性就成為公路隧道建設(shè)時(shí)需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。旨在探討山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)下的公路隧道施工技術(shù)，希望能為公路隧道施工提供切實(shí)可行的施工方案。

1 工程概況

案例項(xiàng)目是位于四川省涼山彝族自治州的“文若公路改擴(kuò)建工程”，該工程項(xiàng)目總投資約5 億元人民幣，建設(shè)里程約為44.7km，建設(shè)周期為3 年。該工程項(xiàng)目的主要問(wèn)題是地質(zhì)條件復(fù)雜，有大量軟弱圍巖，地形險(xiǎn)峻，氣候惡劣，建設(shè)環(huán)境極為復(fù)雜。為確保工程安全有效，該項(xiàng)目采取了一系列特殊措施。首先，在地質(zhì)勘測(cè)和設(shè)計(jì)上，該項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和勘探，制訂了合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。其次，在施工過(guò)程中，該項(xiàng)目采用超前預(yù)支護(hù)技術(shù)和大型鉆機(jī)等設(shè)備，對(duì)軟弱圍巖進(jìn)行加固和支護(hù)。最后，該項(xiàng)目對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)格的安全管理和監(jiān)測(cè)，確保施工過(guò)程的安全和穩(wěn)定。

2 山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)的特征與形變特征

2.1 地質(zhì)特征

山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)的主要特征是巖層松軟、地下水豐富、地質(zhì)條件不穩(wěn)定。在山區(qū)，石灰?guī)r、頁(yè)巖、泥巖等軟弱圍巖厚度各異，巖性復(fù)雜，巖體中含有大量的天然裂隙和構(gòu)造裂縫，這些特點(diǎn)使隧道施工面臨很大的困難。因此，需要采取一系列措施來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。例如，可以在施工前進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘查和預(yù)測(cè)，制訂出科學(xué)合理的施工方案，以盡可能減少對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞。此外，還可以使用現(xiàn)代化的隧道掘進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，以提高施工效率和質(zhì)量。總之，在面對(duì)山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)特征時(shí)，必須采取切實(shí)可行的措施，以確保隧道施工的安全和順利進(jìn)行。

2.2 形變特征

山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)的形變特征主要表現(xiàn)在地層變形和地表沉降等方面。由于地質(zhì)條件的不穩(wěn)定性，地層變形、地表沉降等問(wèn)題往往會(huì)給公路隧道的施工和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。首先，在進(jìn)行施工前，需要對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析，以便預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題并采取相應(yīng)的措施。其次，在施工中，需要使用特殊的設(shè)備和技術(shù)，以確保施工的順利進(jìn)行。再次，由于地下水豐富也會(huì)對(duì)施工造成一定影響，因此需要采取相應(yīng)的措施來(lái)控制水位。最后，在施工完成后，還需要定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，以確保隧道的安全運(yùn)營(yíng)。

3 山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)下的公路隧道施工技術(shù)

3.1 邊仰坡施工措施

3.1.1 噴射混凝土前期的準(zhǔn)備工作

在噴射混凝土施工前，需要進(jìn)行一系列準(zhǔn)備工作，這些準(zhǔn)備工作包括地質(zhì)勘探、地下水處理、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。首先，地質(zhì)勘探是必不可少的，其中包括對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、巖石性質(zhì)、地下水狀況、地質(zhì)災(zāi)害等方面的詳細(xì)調(diào)查，其可以提供關(guān)于地質(zhì)條件和圍巖結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，確定地質(zhì)條件和圍巖結(jié)構(gòu)，制訂適當(dāng)?shù)氖┕し桨?，以便在施工過(guò)程中更好地應(yīng)對(duì)各種地質(zhì)問(wèn)題。其次，在地下水處理方面，需要對(duì)地下水進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和分析，以確定地下水的水質(zhì)、水位和流量等參數(shù)。然后，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的地下水處理措施，如井點(diǎn)降水、注漿加固等，以減小地下水對(duì)施工的影響。最后，在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和參數(shù)，如錨桿、鋼支撐、土釘墻等。設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮地質(zhì)條件、施工工藝以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等因素，以保證施工質(zhì)量。

3.1.2 噴射混凝土作業(yè)

在進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)時(shí)，需要遵循以下要求以確保施工的效果和品質(zhì)。第一，準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備期間要確定施工現(xiàn)場(chǎng)的范圍和形狀，清理現(xiàn)場(chǎng)，確保混凝土輸送設(shè)備和噴射設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。第二，混凝土配方。根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的混凝土配方，包括水泥、石灰、砂和礫石等材料的比例。第三，混凝土輸送。將混凝土輸送到噴射設(shè)備的箱體中，通過(guò)高壓泵將混凝土送到噴射槍。第四，噴射混凝土。在施工過(guò)程中，需要精確控制噴射速度和厚度，以保證混凝土的質(zhì)量和穩(wěn)定性。噴射應(yīng)從下往上進(jìn)行，每次噴射的厚度一般不應(yīng)超過(guò)10cm。第五，混凝土養(yǎng)護(hù)。施工完成后，需要對(duì)噴射混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以確?；炷恋膹?qiáng)度和穩(wěn)定性；養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為28d 左右，期間需要定期檢查和維護(hù)。

3.1.3 懸掛鋼筋網(wǎng)施工

在進(jìn)行隧道噴射混凝土之后，需要進(jìn)行懸掛鋼筋網(wǎng)施工。這一步驟對(duì)于提高隧道的整體穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，需要仔細(xì)考慮懸掛鋼筋網(wǎng)的設(shè)計(jì)和安裝，以確保施工的質(zhì)量和效率[1]。具體施工步驟如下：

第一，鋼筋網(wǎng)的選材。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇質(zhì)量好、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的懸掛鋼筋網(wǎng)。在選材時(shí)，應(yīng)檢查材料的質(zhì)量和規(guī)格是否符合要求，材料表面是否光滑，是否有裂紋或變形等缺陷。

第二，鋼筋網(wǎng)的布置。應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況，在隧道內(nèi)的墻壁上進(jìn)行布置。在布置之前，應(yīng)先進(jìn)行墻面的清理和處理，以確保鋼筋網(wǎng)與墻面之間的黏結(jié)牢固可靠。在布置鋼筋網(wǎng)時(shí)，應(yīng)保證網(wǎng)格的平整，網(wǎng)格之間的距離和大小應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

第三，鋼筋網(wǎng)的固定。應(yīng)采用合適的固定方法，將鋼筋網(wǎng)固定在墻面上，具體的固定方法包括使用專(zhuān)用的固定夾或膨脹螺栓等。

第四，鋼筋網(wǎng)的連接。鋼筋網(wǎng)之間應(yīng)采用合適的連接方式，以確保整個(gè)鋼筋網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和牢固性，連接方式包括焊接、鉤接、搭接等。

第五，鋼筋網(wǎng)加固。在鋼筋網(wǎng)固定和連接完成之后，應(yīng)進(jìn)行加固，加固方法包括噴涂混凝土、注漿等。噴涂混凝土可以增加鋼筋網(wǎng)和墻面之間的黏結(jié)力，提高整個(gè)鋼筋網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。注漿可以填充鋼筋網(wǎng)和墻面之間的空隙，增加整個(gè)系統(tǒng)的牢固性和穩(wěn)定性。

3.1.4 復(fù)噴施工

在懸掛鋼筋網(wǎng)施工后，需要進(jìn)行復(fù)噴施工。該步驟可以進(jìn)一步提高隧道的整體穩(wěn)定性，防止土壤松散，保護(hù)隧道的完整性。復(fù)噴施工應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制和調(diào)整，以確保施工的質(zhì)量和效率。在進(jìn)行復(fù)噴施工時(shí)，應(yīng)該注重以下幾個(gè)方面：第一，噴涂厚度。應(yīng)根據(jù)隧道壁面的平整程度和材料的特性進(jìn)行控制。第二，噴涂速度。應(yīng)該適當(dāng)減緩噴涂速度，以確保涂層的均勻性和完整性。第三，噴涂間隔。應(yīng)該根據(jù)材料的固化時(shí)間和涂層的厚度來(lái)控制噴涂間隔，避免出現(xiàn)裂縫和孔洞。通過(guò)對(duì)上述要點(diǎn)進(jìn)行控制和調(diào)整，可以進(jìn)一步提高復(fù)噴施工的效果，并確保隧道的整體穩(wěn)定性和安全性。

3.1.5 CD 法

在山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)下的公路隧道施工過(guò)程中，地下水控制是一項(xiàng)非常重要的工作。如果地下水不能得到有效控制，會(huì)對(duì)施工過(guò)程造成很大影響，甚至?xí)斐蓢?yán)重的安全事故[2]。因此，在進(jìn)行隧道施工前，首先需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和分析，以便確定地下水的流向和水位。其次，可以采用CD 法來(lái)控制地下水位，這樣可以保證施工的安全性和可靠性。CD 法是一種有效的地下水控制方法，其能夠有效降低地下水對(duì)施工造成的影響。在CD 法的應(yīng)用過(guò)程中，需要采取一系列措施來(lái)控制地下水的流向和水位。例如，可以在施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)O(shè)置防滲墻，以防止地下水從周?chē)鷿B入；還可以采用井點(diǎn)降水的方法，將地下水引入井點(diǎn)之后再泵出；此外，還可以采用注漿加固的方法，將混凝土漿液注入地下孔洞中，形成加固體，以改善地下水環(huán)境。在進(jìn)行CD 法時(shí)，需要注意一些問(wèn)題，例如，要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的地下水處理措施，以減小地下水對(duì)施工的影響；還需要對(duì)CD 法進(jìn)行不斷調(diào)整和改進(jìn)，使其能夠適應(yīng)不同的地質(zhì)條件和施工需求。

3.2 超前預(yù)支護(hù)施工

3.2.1 超前大管棚施工

超前大管棚施工的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行，以確保施工的質(zhì)量和效率[3]。在設(shè)計(jì)方面，需要考慮隧道的長(zhǎng)度、形狀、地質(zhì)條件等因素，以便確定合適的超前大管棚施工方案。在施工方面，需要使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和工具，進(jìn)行嚴(yán)格的施工管理，以確保施工的質(zhì)量和安全。具體施工流程如下：

第一，定位。根據(jù)設(shè)計(jì)方案和實(shí)際情況，確定超前大管棚的位置和方向。在定位過(guò)程中，需要考慮到地質(zhì)條件、隧道長(zhǎng)度和形狀等因素，以確保施工的順利進(jìn)行。

第二，建設(shè)大管棚。在定位完成后，需要進(jìn)行大管棚的建設(shè)。大管棚的建設(shè)需要使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和工具，如大型挖掘機(jī)和鉆機(jī)等，以確保施工的效率和質(zhì)量。在建設(shè)過(guò)程中，需要對(duì)大管棚的質(zhì)量和安全進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管，以確保施工的順利進(jìn)行。

第三，預(yù)支護(hù)。在大管棚建設(shè)完成后，需要進(jìn)行預(yù)支護(hù)作業(yè)。預(yù)支護(hù)是指在隧道頂部和側(cè)壁進(jìn)行支護(hù)，以確保施工的安全性和穩(wěn)定性。在預(yù)支護(hù)過(guò)程中，需要使用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)材料和設(shè)備，如鋼筋網(wǎng)和錨桿等，以確保支護(hù)的質(zhì)量和安全。

第四，掘進(jìn)。在完成預(yù)支護(hù)作業(yè)后，可以進(jìn)行隧道的掘進(jìn)作業(yè)。掘進(jìn)作業(yè)需要使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和工具，如鉆機(jī)和爆破器等，以確保施工的效率和質(zhì)量。在掘進(jìn)過(guò)程中，需要對(duì)隧道的質(zhì)量和安全進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，以確保施工的順利進(jìn)行。

第五，排水。在施工過(guò)程中，需要對(duì)隧道進(jìn)行排水處理，以減少地下水對(duì)施工的影響。排水處理可以采取井點(diǎn)降水、注漿加固等方式，以確保施工的順利進(jìn)行。

3.2.2 超前小導(dǎo)管注漿施工

在進(jìn)行超前大管棚施工之后，需要進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿施工，以進(jìn)一步提高隧道的整體穩(wěn)定性。超前小導(dǎo)管注漿施工的具體內(nèi)容如下：

第一，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全檢查和規(guī)劃，確保施工的安全和順利進(jìn)行[4]。其中包括施工現(xiàn)場(chǎng)的安全防護(hù)措施、施工設(shè)備的檢查和調(diào)試、施工人員的培訓(xùn)和安全意識(shí)的提高等。

第二，安裝超前小導(dǎo)管，使其與大管棚對(duì)接并固定。超前小導(dǎo)管是指直徑較小的鋼管，其作用是在大管棚施工完成后，進(jìn)一步加固隧道圍巖。在安裝超前小導(dǎo)管時(shí)，需要保證其與大管棚的對(duì)接質(zhì)量，以確保施工質(zhì)量。

第三，在超前小導(dǎo)管內(nèi)部注入高性能注漿材料，以填充小導(dǎo)管周?chē)目障逗土芽p。注漿材料指的是一種特殊的材料，其具有較高的流動(dòng)性和黏附性，可以填充巖層中的裂縫和空洞，并固化成堅(jiān)固的固體，從而加固圍巖。

第四，對(duì)注漿材料進(jìn)行壓漿，以確保注漿材料充分貼合導(dǎo)管周?chē)膸r體。壓漿是指通過(guò)注漿設(shè)備對(duì)注漿材料進(jìn)行高壓注入，從而將注漿材料充分壓實(shí)并使其貼合導(dǎo)管周?chē)膸r體，以此提高注漿效果和固化質(zhì)量。

第五，對(duì)注漿后的小導(dǎo)管進(jìn)行檢查和測(cè)試，以確保其具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。檢查和測(cè)試的內(nèi)容包括對(duì)注漿后的小導(dǎo)管進(jìn)行質(zhì)量和強(qiáng)度的檢查，以確保其符合規(guī)范和要求，并具有足夠的承載能力和穩(wěn)定性。

第六，在超前小導(dǎo)管注漿施工過(guò)程中，需要注意施工過(guò)程中的安全問(wèn)題，并進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)措施，避免意外事故的發(fā)生。例如，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置安全警示標(biāo)志和安全警示牌以及對(duì)施工人員進(jìn)行安全教育和培訓(xùn)等，以確保施工過(guò)程中的安全和穩(wěn)定。除此之外，在進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿施工之前，還需要進(jìn)行詳細(xì)的施工準(zhǔn)備工作，包括地質(zhì)勘探、注漿材料的選擇和配比、注漿設(shè)備的調(diào)試等。

3.2.3 超前錨桿施工

超前錨桿施工是一項(xiàng)非常重要的公路隧道施工技術(shù)。在進(jìn)行施工時(shí)，需要仔細(xì)考慮施工方案和具體操作內(nèi)容，以確保施工的效率和質(zhì)量[5]。首先，進(jìn)行鉆孔，以便鋼筋和錨桿能夠順利安裝。鉆孔過(guò)程中需要控制鉆孔深度和鉆孔角度，以確保鋼筋和錨桿的安裝質(zhì)量。鉆孔直徑一般為50cm，深度為6m。其次，安裝鋼筋。鋼筋的數(shù)量和規(guī)格應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，一般采用φ22mm 圓鋼。同時(shí)，還需要注意鋼筋的長(zhǎng)度和間距，以保證施工的效果和品質(zhì)。再次，在鋼筋安裝完成后，需要進(jìn)行錨桿的安裝。錨桿的長(zhǎng)度和規(guī)格應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確定，通常采用φ25mm 鋼筋。安裝錨桿時(shí)需要注意控制錨桿的角度和位置，以確保施工效果和品質(zhì)。最后，需要進(jìn)行注漿。注漿的目的是固定鋼筋和錨桿，以加強(qiáng)隧道的整體穩(wěn)定性。注漿材料應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，注漿壓力一般為10MPa，注漿量視具體情況而定。

4 結(jié)語(yǔ)

在山區(qū)軟弱圍巖地質(zhì)下，合理有效地應(yīng)用公路隧道施工技術(shù)具有重要意義。在這種情況下，施工人員必須采取適當(dāng)措施來(lái)確保隧道的建設(shè)，如人工加固、地質(zhì)勘測(cè)和隧道支護(hù)等。此外，在這種地質(zhì)條件下，隧道工程的安全性和可靠性需要得到高度重視。因此，施工人員應(yīng)制訂有效的安全管理計(jì)劃，以確保施工過(guò)程中不會(huì)發(fā)生事故或損失。最后，施工人員還應(yīng)該進(jìn)行定期維護(hù)和檢修，并制訂有效的維護(hù)計(jì)劃，從而確保公路隧道能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)營(yíng)。