隧道巖土工程中的施工策略研究

陳功杰

安徽省經(jīng)工建設(shè)集團(tuán)有限公司 安徽 合肥 230092

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，隧道巖土工程施工數(shù)量逐漸增多。隧道對(duì)人們的生活具有重要的影響，能夠顯著提高人們的生活質(zhì)量，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)促進(jìn)作用。隧道巖土工程是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程建設(shè)活動(dòng)，在開(kāi)展工程建設(shè)活動(dòng)之前，需要制定科學(xué)的施工策略，只有制定出了科學(xué)的施工策略，才能夠提升施工效率，減少資源消耗，保障工程建設(shè)質(zhì)量。本文結(jié)合隧道巖土工程的施工特點(diǎn)，查閱施工活動(dòng)的管理方案，嘗試分析工程建設(shè)中的施工策略。

1 關(guān)于隧道巖土工程的認(rèn)識(shí)

隧道巖土工程包括隧道工程和巖土工程，二者都屬于土木工程施工活動(dòng)，既具有聯(lián)系，又存在區(qū)別，具體內(nèi)容如下。

1.1 隧道工程

隧道是指在地下山嶺中修建出來(lái)的工程建筑，這種工程建筑在兩端設(shè)置有出入口，可以讓行人、往來(lái)車(chē)輛、水流以及相關(guān)管線通過(guò)。一般而言，隧道工程具有兩方面的含義。首先，隧道工程是一門(mén)工程技術(shù)或者應(yīng)用科學(xué)，相關(guān)研究人員圍繞這門(mén)應(yīng)用科學(xué)或者工程技術(shù)展開(kāi)研究活動(dòng)，為建造隧道提供規(guī)劃、設(shè)計(jì)、勘測(cè)以及養(yǎng)護(hù)工作。其次，隧道工程也包括在巖體或者土層中建設(shè)的各種通道或者相關(guān)地下建筑。隧道工程的類(lèi)型非常多，可以從多個(gè)方面來(lái)對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。從地質(zhì)條件的視角來(lái)劃分，可以把隧道工程劃分為巖質(zhì)層隧道和土質(zhì)層隧道；從埋置深度的角度出發(fā)，可以劃分為深埋型隧道和淺埋型隧道；按照隧道所處的位置來(lái)劃分，可以劃分為城市隧道、山嶺隧道和水底隧道；從隧道的用途來(lái)劃分，則可以分成交通隧道、市政隧道、礦山隧道等。

1.2 巖土工程

巖土工程是一種新穎的技術(shù)體制，最初是由歐美國(guó)家在土木工程中發(fā)展起來(lái)的，后來(lái)在世界范圍內(nèi)發(fā)展壯大。巖土工程研究的問(wèn)題比較廣泛，主要表現(xiàn)在土體和巖體的工程問(wèn)題，研究對(duì)象主要涉及邊坡和地下工程、地基和基礎(chǔ)等多個(gè)方面。土體和巖體是巖土工程的主要研究對(duì)象，巖體在形成和存在的過(guò)程中，經(jīng)受了各種地質(zhì)作用，存在多樣化的應(yīng)力環(huán)境。不同地區(qū)的巖體所經(jīng)歷的地質(zhì)作用不同，所以開(kāi)展的工程性質(zhì)存在很大的區(qū)別。巖石在經(jīng)受了風(fēng)化作用之后，它們或者留在原來(lái)的地方，或者在外力作用下，與其他地區(qū)形成土層。由于外力作用程度不同，所以不同地區(qū)的土體所具備的工程性質(zhì)呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域性特征。

2 隧道巖土工程中的施工技術(shù)

2.1 盾構(gòu)法施工技術(shù)

盾構(gòu)法施工技術(shù)是一種新穎的機(jī)械化開(kāi)挖隧道的施工技術(shù)，與傳統(tǒng)施工方法不同，盾構(gòu)法的地質(zhì)適應(yīng)能力比較差，它發(fā)揮作用的關(guān)鍵點(diǎn)在于機(jī)械和巖土發(fā)生相互作用，也就是說(shuō)盾構(gòu)機(jī)要實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)得住、吃得下和排得出”[1]。為了成功運(yùn)用這一技術(shù)，需要在施工前做出正確的選型設(shè)計(jì)，讓施工參數(shù)設(shè)計(jì)和地質(zhì)條件相契合。成功實(shí)施盾構(gòu)法的關(guān)鍵是做好調(diào)研工作，了解地貌條件，開(kāi)展高質(zhì)量的工程勘察工作。在盾構(gòu)法基礎(chǔ)上開(kāi)展的勘察工作，涵蓋了多個(gè)方面，不僅滿(mǎn)足了盾構(gòu)機(jī)在設(shè)計(jì)、選型、掘進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)等方面的要求，而且充分研究了與盾構(gòu)法相關(guān)的巖土工程問(wèn)題。

盾構(gòu)法的應(yīng)用范圍廣泛，通過(guò)在隧道中使用盾構(gòu)機(jī)，運(yùn)用盾構(gòu)機(jī)的外殼和管片來(lái)對(duì)隧道周?chē)膰鷰r產(chǎn)生支撐作用，防止坍塌現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時(shí)，通過(guò)使用一些切削裝置來(lái)開(kāi)挖隧道中的土體，然后借助出土機(jī)械把土堆運(yùn)出隧道外。在巖土隧道中使用盾構(gòu)法施工技術(shù)時(shí)，需要嚴(yán)格遵守施工流程，具體流程如下圖1所示。

圖1 盾構(gòu)法施工流程圖

2.2 蓋挖逆作法施工技術(shù)

蓋挖逆作法是一種運(yùn)用廣泛的施工技術(shù)，在隧道巖土工程中使用頻率很高，在具體的運(yùn)用過(guò)程中，需要首先構(gòu)筑好外墻和中間承重柱，然后再構(gòu)筑結(jié)構(gòu)頂板。最后，依托于頂板、外墻和中間承重柱，按照自上而下的順序，開(kāi)展隧道巖土施工。比較著名的例子有王府井大廈的施工、北京地鐵8號(hào)線的施工等，這些案例都是成功使用蓋挖逆作法的典型代表。

2.3 地下工程防水施工技術(shù)

在隧道巖土工程建設(shè)中，需要合理使用地下工程防水施工技術(shù)。結(jié)合以往隧道巖土工程建設(shè)的案例，可以發(fā)現(xiàn)工程自身具備的防水功能是開(kāi)展防水施工技術(shù)的關(guān)鍵。在隧道巖土工程施工的時(shí)候，如果發(fā)生了貫穿性裂縫的問(wèn)題，需要使用合適的材料加以應(yīng)對(duì)，其中使用較多的材料，是兼具防滲和抗裂效果的混凝土外加劑。比如在北京地鐵建設(shè)中，施工人員使用的FS防水劑和U形膨脹劑，就取得了理想的效果。另外在大遙山隧道建設(shè)中，施工人員還使用了復(fù)合式襯砌防水技術(shù)，這種技術(shù)有效解決了防水問(wèn)題，取得了理想的效果。

2.4 地基處理施工技術(shù)

目前，在隧道巖土工程建設(shè)方面，地基處理施工技術(shù)的使用頻率也很高，提高了工程建設(shè)效率，取得了理想的成績(jī)。在隧道巖土工程建設(shè)方面，技術(shù)人員立足于傳統(tǒng)施工技術(shù)，不斷開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新，突破了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)，取得了許多具有代表性的技術(shù)成就，比如二灰樁復(fù)合地基、渣土與鋼渣土復(fù)合地基等多種地基處理技術(shù)。隨著這些新型地基處理技術(shù)的推廣，隧道巖土工程建設(shè)效率得到提升，環(huán)境污染問(wèn)題得到了有效控制，施工企業(yè)降低了工程建設(shè)費(fèi)用。

2.5 邊坡加固施工技術(shù)

邊坡加固施工技術(shù)在隧道巖土工程建設(shè)中也得到了大量的使用，在這一技術(shù)的支撐下，隧道巖土工程建設(shè)更加安全、穩(wěn)定。隨著隧道巖土工程的發(fā)展，邊坡加固施工技術(shù)也在不斷革新，呈現(xiàn)出更加成熟和完善的狀態(tài)。其他行業(yè)也在使用這一項(xiàng)技術(shù)，比如水利水電和基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)等。

2.6 多道瞬態(tài)面波施工技術(shù)

多道瞬態(tài)面波施工技術(shù)在隧道巖土工程中發(fā)揮著重要的作用，在眾多施工技術(shù)中占據(jù)著核心地位。通過(guò)使用多種介質(zhì)，來(lái)高效地傳遞速度面波，為工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。此外，多道瞬態(tài)面波施工技術(shù)，能夠讓施工人員了解施工場(chǎng)地內(nèi)的介質(zhì)震動(dòng)情況，幫助施工人員科學(xué)地分析面波，然后科學(xué)分析和判斷施工場(chǎng)地內(nèi)巖土的性能和振幅。

3 隧道巖土工程施工策略創(chuàng)新的基礎(chǔ)

在隧道巖土工程建設(shè)中，采用先進(jìn)的勘察技術(shù)具有深遠(yuǎn)的意義，能夠?yàn)樗淼缼r土工程建設(shè)提供充分的保障。所以在創(chuàng)新施工策略之前，需要做好全面的勘察工作，為隧道巖土工程施工策略的創(chuàng)新打下基礎(chǔ)?？偟膩?lái)看，需要做好以下6個(gè)方面的勘察工作。

3.1 施工現(xiàn)場(chǎng)勘察

在施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展勘察工作具有重要的意義，能夠及時(shí)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，確保工程建設(shè)的質(zhì)量，提高工程建設(shè)效率，加快工程建設(shè)進(jìn)度。此外，在開(kāi)展工程建設(shè)活動(dòng)時(shí)，需要?jiǎng)澏ê霉こ探ㄔO(shè)內(nèi)容。一般情況下，施工現(xiàn)場(chǎng)的勘察工作包括以下幾個(gè)方面的工作內(nèi)容，包括在隧道巖土工程建設(shè)中的勘察成果驗(yàn)證與核查工作，控制監(jiān)理質(zhì)量、監(jiān)測(cè)各種載荷對(duì)土壤或者巖石的反應(yīng)特性、環(huán)境影響因素的監(jiān)測(cè)等[2]。在開(kāi)展施工現(xiàn)場(chǎng)勘察工作時(shí)，要詳細(xì)記錄收集到的數(shù)據(jù)，為后續(xù)工程建設(shè)項(xiàng)目的開(kāi)展，提供關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)。

3.2 地下水位勘察

地下水位勘察工作對(duì)隧道巖土工程建設(shè)具有重要的影響，做好隧道巖土工程建設(shè)工作，能夠有效確保隧道巖土工程建設(shè)的安全。在隧道巖土工程建設(shè)過(guò)程中，必須制定出科學(xué)的降水、止水、排水等多個(gè)方面的措施，這樣可以有效防止相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，為工程建設(shè)項(xiàng)目的穩(wěn)定性和安全性奠定基礎(chǔ)。在一些復(fù)雜的情況中，隧道可能會(huì)穿過(guò)城市的地下道路，地下道路可能會(huì)臨近很多建筑物，這些建筑物附近可能會(huì)分布很多管線，施工人員進(jìn)行的降水、排水、止水等活動(dòng)可能會(huì)給周?chē)ㄖ锖偷叵鹿艿缼?lái)消極影響。

3.3 軟土和地面沉降勘察

在隧道巖土工程建設(shè)的過(guò)程中，需要做好軟土和地面沉降的勘察工作。具體來(lái)看，在隧道巖土工程建設(shè)中，施工人員所采用的掘進(jìn)模式、防范失水的措施，以及注漿壓力，都會(huì)在不同程度上導(dǎo)致地面沉降問(wèn)題的出現(xiàn)。施工人員在挖掘隧道的過(guò)程中，可能會(huì)引發(fā)地面沉降問(wèn)題，進(jìn)而致使建筑物開(kāi)裂，這些問(wèn)題的出現(xiàn)和隧道土體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)存在密切的聯(lián)系，因?yàn)橐坏┧淼劳馏w的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，就容易在外力的作用下，出現(xiàn)崩塌的問(wèn)題。

3.4 地質(zhì)均勻性勘察

在隧道巖土工程建設(shè)中，需要做好地質(zhì)均勻性勘察工作。因?yàn)樗淼缼r土工程具有特殊性的構(gòu)造，包括地質(zhì)的整體性、管片結(jié)構(gòu)、襯砌結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度等，這些特性都會(huì)加大對(duì)不均勻地質(zhì)的多種要求。在隧道巖土工程建設(shè)中，施工人員在選擇合適的機(jī)械設(shè)備、加固地基和設(shè)置相關(guān)參數(shù)時(shí)，需要密切結(jié)合隧道巖土工程地質(zhì)的均勻性特點(diǎn)，確定和收集勘察數(shù)據(jù)。

3.5 殘積土和強(qiáng)風(fēng)化巖勘察

在隧道巖土工程建設(shè)過(guò)程中，需要做好殘積土和強(qiáng)風(fēng)化巖勘察的工作。因?yàn)樵诠こ探ㄔO(shè)過(guò)程中，含水層和地表潮濕等多種因素都會(huì)導(dǎo)致殘積土和強(qiáng)風(fēng)化巖內(nèi)部發(fā)生滲水的情況。在工程建設(shè)過(guò)程中，施工機(jī)械會(huì)擾動(dòng)周遭的土體，致使隧道巖土周?chē)霈F(xiàn)土層松動(dòng)、掉塊的現(xiàn)象。針對(duì)這些問(wèn)題，可以通過(guò)使用錨噴、注漿等方式，來(lái)在其周?chē)M(jìn)行加固。

4 隧道巖土工程施工策略的創(chuàng)新

4.1 創(chuàng)新工程測(cè)試

在隧道巖土工程建設(shè)中，工程測(cè)試發(fā)揮著重要的作用。施工人員通過(guò)開(kāi)展工程測(cè)試，能夠獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)依據(jù)。嚴(yán)格的工程測(cè)試也能夠保障工程建設(shè)質(zhì)量，防范相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。目前在隧道巖土工程測(cè)試中，使用比較多的工程測(cè)試技術(shù)是鉆探技術(shù)和坑探技術(shù)。在運(yùn)用鉆探技術(shù)的時(shí)候，需要把鉆頭放置到地面以下不同深度，詳細(xì)分析不同深度的地質(zhì)結(jié)構(gòu)[3]。坑探技術(shù)主要是在鉆探技術(shù)無(wú)法發(fā)揮原有作用的時(shí)候使用的，技術(shù)人員通過(guò)使用合適的設(shè)備來(lái)開(kāi)展勘探作業(yè)，采集相關(guān)地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。目前使用比較多的坑探技術(shù)有地震折射波、物探技術(shù)和面波等。在隧道巖土工程測(cè)試中，工作人員需要立足這兩種測(cè)試技術(shù)，創(chuàng)新工程測(cè)試模式，為隧道巖土工程建設(shè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

4.2 創(chuàng)新觸探技術(shù)

在隧道巖土工程建設(shè)中，工作人員在使用坑探和鉆探這兩種技術(shù)時(shí)，都需把探頭深入地下，這就涉及了初探技術(shù)。探頭的使用涉及動(dòng)力觸探和靜力觸探，在施工過(guò)程中，對(duì)探頭施加壓力，把靜力傳導(dǎo)到探頭上，從而推動(dòng)探頭前進(jìn)，因?yàn)榈叵峦临|(zhì)結(jié)構(gòu)存在差異，所以探頭在前進(jìn)的過(guò)程中會(huì)遇到大小不同的阻力。通過(guò)對(duì)阻力大小展開(kāi)分析，能夠確定地下不同深度土層的物理性質(zhì)。施工人員在使用靜力觸探技術(shù)的時(shí)候，就需要充分結(jié)合施工環(huán)境，選擇合適的探頭。在應(yīng)用靜力觸探技術(shù)的時(shí)候，需要選擇合適的探頭，探頭一般分為單橋、孔壓和雙橋這3種類(lèi)別。在對(duì)探頭加壓的過(guò)程中，也包括3種方式，分別是液壓加壓、機(jī)械加壓和人力加壓。通過(guò)使用靜力觸探技術(shù)，可以確定不同地基和土層的承受力。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，隧道巖土工程發(fā)展較快，原有的施工策略難以滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)中的施工需求，所以需要?jiǎng)?chuàng)新施工策略。在施工過(guò)程中，勘察工作是一種基礎(chǔ)性工作，能夠?yàn)槭┕せ顒?dòng)奠定基礎(chǔ)，所以本文首先分析了需要開(kāi)展的勘察工作的內(nèi)容，然后在勘察內(nèi)容的基礎(chǔ)上，提出了創(chuàng)新性的施工策略。