復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路隧道施工技術(shù)管控分析

段雪峰

摘 要：隨著現(xiàn)代交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展，高速公路隧道施工面臨嶄新局面，對相應(yīng)施工技術(shù)方法提出了更高要求，基于此，介紹高速公路隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀，分析復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下公路隧道施工的地質(zhì)災(zāi)害。在探討復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路隧道施工技術(shù)路徑的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗，分別從施工災(zāi)害預(yù)警體系與應(yīng)急響應(yīng)程序等方面，探討了施工復(fù)雜地質(zhì)防治技術(shù)與應(yīng)急預(yù)案。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境；公路隧道；施工技術(shù)；管控方法

中圖分類號：U455.49? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）02-0004-03

0 引言

高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)帶動了高速公路施工技術(shù)的完善與創(chuàng)新。因此技術(shù)人員有必要從高速公路隧道工程項目的客觀實際出發(fā)，精準(zhǔn)把握復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境對施工過程帶來的多方面影響，做好科學(xué)防控，以確保整體施工效果。

1 高速公路隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀

高速公路隧道的建設(shè)可有效縮短公路里程，改善公路線行和交通運輸條件? ?。相關(guān)部門在施工技術(shù)規(guī)范、監(jiān)控監(jiān)測控制與施工成果驗收等方面，制定并實施了諸多具有導(dǎo)向性的政策，為隧道工程高效施工提供了基礎(chǔ)遵循與保障，破解了諸多技術(shù)性難題。施工單位在優(yōu)化整合高速公路隧道施工技術(shù)資源、拓展豐富隧道施工技術(shù)路線等方面，進(jìn)行了積極探索與研究，基于全流程的公路隧道施工框架體系初步形成。目前，鉆爆法施工和掘進(jìn)法施工是公路隧道施工的常用技術(shù)方法，二者在適用條件、技術(shù)應(yīng)用與預(yù)期效果等方面存在一定差異，技術(shù)特點各有優(yōu)劣[1]。

2 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下公路隧道施工的地質(zhì)災(zāi)害

2.1 涌水

涌水是復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下公路隧道施工中的常見地質(zhì)災(zāi)害問題，對施工過程的威脅與影響極為突出，若不注重采取有效措施予以應(yīng)對處置，勢必會降低隧道施工質(zhì)量，影響施工作業(yè)安全。復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境具有較強不穩(wěn)定性，易導(dǎo)致涌水問題的出現(xiàn)。部分公路隧道會出現(xiàn)多點涌水，整體涌水量、含泥量和單股流量等數(shù)值均相對較高。從工程實踐來看，在特定作業(yè)范圍內(nèi)進(jìn)行支護(hù)，易受水量影響，出現(xiàn)大量滲水狀況，甚至伴有泥沙。

2.2 塌方

復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境在地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性等方面，具有較強不確定性，有的高速公路隧道甚至需要穿越多個斷裂帶，這會使施工過程面臨塌方威脅。研究表明，高速公路隧道施工中規(guī)模相對較大的塌方與碳質(zhì)板巖性質(zhì)具有直接關(guān)系。由于其荷載能力較低，貫穿性節(jié)理復(fù)雜，難以有效承擔(dān)塌方體所形成的重力負(fù)荷，使塌方區(qū)域更大。針對塌方問題，應(yīng)根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的實際特點，采取噴射鋼纖混凝土等方式進(jìn)行強化處理，避免塌方災(zāi)害進(jìn)一步擴(kuò)展[2]。

2.3 洞口滑坡

在高速公路隧道施工中，隧道洞口區(qū)域會受進(jìn)場道路的擾動影響，出現(xiàn)滑坡狀況，尤其在灰黃色碎石土或強風(fēng)化泥質(zhì)板巖等條件下，更容易造成大面積滑坡。洞口滑坡地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)還與短時強降水、地表水下滲具有潛在關(guān)系。洞口滑坡問題會造成進(jìn)場道路阻斷，形成高度較大的陡坎，不利于后續(xù)施工作業(yè)步驟的有序推進(jìn)，且會增加工程量和工程成本。隨著現(xiàn)代高速公路隧道施工技術(shù)的創(chuàng)新完善，洞口滑坡問題也得到了較好防控。

2.4 溶洞

高速公路隧道在多個施工作業(yè)地段范圍內(nèi)均存在溶洞或溶縫等隱患。部分復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的圍巖破碎狀態(tài)明顯、巖溶水豐富，影響隧道圍巖穩(wěn)定性，并會形成溶洞。隧道施工切穿溶縫后，存在于上部區(qū)域的巖溶水可涌入隧道。

溶洞問題可分為上部溶洞、邊墻溶洞和底板溶洞等類型。從溶洞充填物角度而言，其大多為泥砂，由于其不具備自穩(wěn)能力，因此更多呈自然滑落狀態(tài)，且上、下行線間水系相互連通。

3 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路隧道施工技術(shù)路徑

3.1 施工方案的確定

提前對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘察分析，根據(jù)開挖跨度、斷面面積和隧道埋深等基本條件，擇定最為符合實際的施工技術(shù)方案，明確每項施工作業(yè)內(nèi)容的具體要求。按照前后錯開開挖的施工原則，優(yōu)化注漿、爆破、支護(hù)和封閉等施工內(nèi)容之間的順序關(guān)系，使施工技術(shù)方案具有更強可操作性，并確保施工作業(yè)安全，將施工作業(yè)成本控制在允許范圍內(nèi)。以減少圍巖擾動影響為導(dǎo)向，采取技術(shù)手段對圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分有效保護(hù)，做好監(jiān)測測量。加強對圍巖變形范圍的監(jiān)測分析，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息及時優(yōu)化改進(jìn)施工技術(shù)方案，通過強支護(hù)方式限制圍巖變形。

3.2 隧道模型與計算參數(shù)

現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，為復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路隧道模型建立與參數(shù)計算等提供了更為靈活多變的技術(shù)工具，使傳統(tǒng)技術(shù)條件下難以實現(xiàn)的參數(shù)化過程控制效果更具實現(xiàn)可能。因此，可搭建基于軟件技術(shù)的公路隧道施工信息平臺，選擇具有代表性的技術(shù)參數(shù)，構(gòu)造隧道施工過程模型。針對破碎圍巖或泥灰?guī)r等客觀環(huán)境，對各項參數(shù)進(jìn)行三維模擬計算，直觀地展現(xiàn)高速公路隧道技術(shù)狀態(tài)。在隧道模型與參數(shù)計算中，應(yīng)對隧道斷面拱高、上半圓半徑和側(cè)墻圓半徑等數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化[3]。

3.3 隧道二襯合理支護(hù)時機

3.3.1 二襯合理支護(hù)時機確定方法

按照規(guī)定對高速公路隧道圍巖變形量進(jìn)行準(zhǔn)則測量，在已變形達(dá)到各項預(yù)計變形總量的特定比例后，可將其作為二襯最佳構(gòu)筑時機。在現(xiàn)代技術(shù)條件下，二襯合理支護(hù)時機需根據(jù)周邊位移速率和拱頂下沉速率等技術(shù)參數(shù)綜合確定?？v觀以往傳統(tǒng)技術(shù)條件下的高速公路隧道施工，普遍存在二襯合理支護(hù)時機確定不準(zhǔn)的問題，這不僅不利于形成最優(yōu)支護(hù)效果，還會加大經(jīng)濟(jì)成本。對此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與時間關(guān)系等，確保隧道受力條件有效釋放。

3.3.2 收斂限制法確定二次襯砌合理支護(hù)時機

在二次襯砌合理支護(hù)時機確定過程中，可采用的技術(shù)方法多種多樣，其中收斂限制法的應(yīng)用效果最佳。該方法旨在選擇最優(yōu)化的收斂參數(shù)，為二次襯砌支護(hù)設(shè)定多維度收斂條件，然后用公式進(jìn)行擬合處理，從而得出二次襯砌的各項技術(shù)參數(shù)?？蓪⒐绊斚鲁梁椭苓吺諗康确謩e作為監(jiān)測項目，按照圍巖等級標(biāo)準(zhǔn)，確定收斂條件，使其符合行業(yè)技術(shù)規(guī)范要求。在二次襯砌支護(hù)中，應(yīng)根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件實際，密切做好施工過程跟蹤監(jiān)測，滿足二次襯砌支護(hù)與開挖面間距要求。

3.4 隧道噴射混凝土和防水混凝土的配制與施工

3.4.1 品質(zhì)要求與配比選擇

實踐表明，高速公路隧道所采用的濕噴混凝土與防水混凝土具有較高的流動性和坍落度，可以在更短時間內(nèi)形成穩(wěn)定可靠的混凝土施工效果，早期強度滿足施工要求。在配比方面，應(yīng)選擇質(zhì)地堅硬、形狀規(guī)則、大小適中的優(yōu)質(zhì)集料，以及強度系數(shù)達(dá)標(biāo)的高效外加劑。根據(jù)混凝土抗?jié)B等級要求，確定不同的水灰比?，F(xiàn)場按照材料批次不同，及時對配合比進(jìn)行優(yōu)化，確?，F(xiàn)場施工順暢，保證施工質(zhì)量。

3.4.2 施工工藝流程

隧道初支濕噴混凝土施工采用常規(guī)濕噴作業(yè)。隧道二襯防水混凝土施工是構(gòu)造穩(wěn)定防水層的過程，直接影響整個隧道后期運營防水效果和耐久性。

施工前需要檢查防水板等材料是否焊接牢固，不得存在孔洞或裂縫，確保鋼筋綁扎效果良好。使用專業(yè)測量儀器進(jìn)行測量放樣，對模板臺進(jìn)行準(zhǔn)確定位，再將提前拌制完成的混凝土運送至指定作業(yè)位置。設(shè)定泵送壓力，保持泵送速度，不得過快或過慢，以免影響混凝土凝固成型效果。跟進(jìn)現(xiàn)場施工狀態(tài)監(jiān)測，在作業(yè)范圍內(nèi)依次進(jìn)行施工處理，用振搗棒和附著式振動器配合振搗，排除潛藏氣泡。

3.5 隧道超前地質(zhì)預(yù)報

高速公路隧道施工如果遇到的地質(zhì)災(zāi)害問題，會嚴(yán)重阻礙施工進(jìn)度，提高經(jīng)濟(jì)成本，甚至造成人員傷亡等，因此需要在施工過程中做好超前地質(zhì)預(yù)報。隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報可分為常規(guī)預(yù)報、成災(zāi)預(yù)報和專門預(yù)報等，三者分別預(yù)報不同的內(nèi)容，發(fā)揮不同預(yù)報作用，為隧道竣工后的維修養(yǎng)護(hù)提供參考。

根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件，合理選擇TSP地質(zhì)超前預(yù)報、地質(zhì)雷達(dá)，結(jié)合水平超前探孔、調(diào)查預(yù)測法或三維網(wǎng)絡(luò)模擬法等，形成地質(zhì)變化趨向疊加圖，分析地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性，對不穩(wěn)定圍巖進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報，便于指導(dǎo)現(xiàn)場施工，降低施工風(fēng)險。

3.6 隧道施工監(jiān)控測量

復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的高速公路隧道施工往往會受諸多客觀因素影響，需要采取科學(xué)有效的監(jiān)控測量技術(shù)，運用各類儀器設(shè)備和量測元件等，對施工影響范圍進(jìn)行準(zhǔn)確測量，以觀察分析隧道圍巖及支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)。

制定完善可行的隧道施工監(jiān)控測量流程，針對應(yīng)力分布狀態(tài)，預(yù)測圍巖穩(wěn)定性變化趨向，為修正施工技術(shù)工藝等提供參數(shù)依據(jù)。準(zhǔn)確記錄施工監(jiān)控測量數(shù)據(jù)，對洞內(nèi)觀察、拱頂沉降、周邊收斂量等進(jìn)行測量。運用全過程監(jiān)控測量方法，設(shè)置斷面與測點位置，保持收斂與拱頂下沉量測頻率。隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測項目及量測方法如表1所示。根據(jù)監(jiān)控測量的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場施工進(jìn)度，安全步距規(guī)定要求，合理安排二襯施工[4]。

4 施工復(fù)雜地質(zhì)防治技術(shù)與應(yīng)急預(yù)案研究

4.1 施工災(zāi)害預(yù)警體系

復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，一旦在施工中出現(xiàn)開挖或支護(hù)處理不力，勢必會影響施工成效。對此，應(yīng)根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)狀況，確定隧道地質(zhì)災(zāi)害分級，結(jié)合巖溶發(fā)育程度、涌水涌泥程度、斷層穩(wěn)定程度、地質(zhì)因素對隧道施工影響程度和地應(yīng)力影響程度等，分別確定嚴(yán)重、較嚴(yán)重、一般、輕微等災(zāi)害等級。

建立復(fù)雜地質(zhì)預(yù)警體系，形成清晰明確的預(yù)警思路，并根據(jù)危險程度高低為不同預(yù)警事件賦予黃、橙、紅等顏色。運用預(yù)警體系，分別標(biāo)識巖溶不良地質(zhì)、富水不良地質(zhì)和瓦斯不良地質(zhì)等。

4.2 施工災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)程序

按照分級響應(yīng)方法要求，成立復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路隧道施工應(yīng)急響應(yīng)機構(gòu)，比如搶險救援小組、物資保障小組、交通保障小組和醫(yī)療救援小組等，明確不同小組的具體職責(zé)要求。在應(yīng)急事故發(fā)生后，施工作業(yè)人員應(yīng)及時上報施工作業(yè)安全長和響應(yīng)搶險小組，同步處置現(xiàn)場、搶救傷員、上報監(jiān)理和業(yè)主。搶險小組根據(jù)職責(zé)要求，制訂搶險方案，配備應(yīng)急響應(yīng)所需用到的各類物資和設(shè)備，循序開展搶險救援。在先期處置中，應(yīng)保護(hù)隧道施工現(xiàn)場，做好疏散撤離，防止擴(kuò)大[5]。

4.3 復(fù)雜地質(zhì)的防治技術(shù)應(yīng)用

對于存在巖溶或溶洞水的狀況，可對其進(jìn)行動態(tài)防治。在隧道施工作業(yè)范圍內(nèi)設(shè)置排水管道，保持排水暢通，并隨時觀察分析地下水賦存情況等，將多余水分引入中心排水溝。在溶洞處置中，應(yīng)根據(jù)溶洞大小清除洞內(nèi)填充物、錨噴支護(hù)洞壁，確保隧道基底以下的橫向?qū)挾葍蓚?cè)超出基底。采用涌水突泥防治技術(shù)，根據(jù)預(yù)注漿和后注漿等注漿方式差異，分別在作業(yè)范圍內(nèi)進(jìn)行徑向注漿、局部注漿和補充注漿，防止巖溶涌水突泥，做好排水與止水，保證隧道建設(shè)符合要求。

5 結(jié)束語

技術(shù)人員應(yīng)摒棄傳統(tǒng)陳舊的高速公路隧道施工技術(shù)理念，在宏觀層次優(yōu)化整合施工技術(shù)資源要素，拓展豐富施工過程監(jiān)測監(jiān)控方法，積極有效引入多元化的施工過程控制手段，搭建基于信息化技術(shù)的高速公路隧道施工管控平臺，提高施工作業(yè)人員技能，為全面提升隧道施工技術(shù)成效奠定基礎(chǔ)，為促進(jìn)道路交通建設(shè)事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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