探析復雜地質下公路隧道施工技術

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摘要：我國地域廣闊，地形地貌復雜多變，在設計隧道工程方案的同時也要考慮到地形、地貌以及地質等多方面問題，才能保證隧道施工安全和質量。為促進我國隧道工程建設的持續(xù)推進，在文章中針對復雜地質環(huán)境下高速公路隧道施工技術進行研究，希望為同類工程項目提供借鑒，也希望通過研究提高我國高速公路隧道施工技術水平。

關鍵詞：復雜地質環(huán)境；高速公路；隧道；施工技術

隧道工程已經(jīng)成為高速公路工程建設中不可缺少的一部分，但是隧道施工過程中因為項目規(guī)模大、工期長、工序多、不可預見的因素多等特點，增加了隧道施工的安全隱患以及難度。所以與一般工程項目相比，隧道工程施工風險很大，必須綜合考慮，保證施工方案的合理性和安全性，引入先進的施工技術與工藝，提高隧道施工技術水平。在本文中主要針對復雜地質環(huán)境下隧道施工技術進行研究，解決復雜地質環(huán)境對于隧道工程帶來的影響，促進隧道工程的健康發(fā)展，切實提高我國隧道施工技術水平。

1隧道施工方法及其特點

1.1隧道施工方法

近年來，我國隧道施工技術伴隨著高速公路工程建設的發(fā)展得到進一步提升，各種新的隧道施工技術不斷涌現(xiàn)，對提高隧道施工技術水平起到了重要作用，而且每一種隧道施工技術都有其自身的特點，比如一些隧道施工技術的工期比較短、隧道施工技術的造價比較低，有的隧道施工技術安全性比較高等，可以根據(jù)隧道工程實際情況選擇施工方法[1]。同時，不同的隧道施工方法之間有著一定的聯(lián)系，可以根據(jù)不同的隧道技術設計施工方案并從中選擇經(jīng)濟性、安全性等比較好的方案。

1.2不同隧道施工技術的優(yōu)缺點

隧道工程中已經(jīng)形成了比較完整的隧道施工方案體系，施工方法多種多樣，常見的施工方法包括全斷面法、臺階法以及分部開挖法三個大類，不同施工方法的綜合比較見表1，對這三大類施工方法的優(yōu)缺點進行了如下分析。首先是全斷面開挖法，是按照設計的隧道輪廓采取一次爆破形成的施工技術，在爆破后進行全方位支護然后再修建襯砌。該施工方法需要達到I~IV級圍巖，比如針對IV級圍巖，圍巖必須具備采取全斷面開挖法時的初期到支護這一過程中能夠保持穩(wěn)定良好狀態(tài)的條件，對施工安全很重要[2]。同時，在隧道工程中有鉆孔臺車或者自制作業(yè)臺架和高效率裝運機械設備的條件下也可以采取該施工方法，但是需要注意的是在采用全斷面施工方法時隧道的長度不宜太短，至少在1km以上，這是從經(jīng)濟性角度考慮的，因為大型機械設備施工需要投入大量的成本。另外，機械設備的配套必須保證，否則會對施工效率、進度以及質量等帶來一定影響。全斷面施工方法的優(yōu)點比較顯著，比如工作面空間很大，可以使用大型機械設備進行施工作業(yè)，減輕施工人員勞動強度；開挖工序簡單，只有一道開挖工序，施工速度比較快；施工過程中因為工序簡單，所以干擾比較小，便于管理，也能保證施工安全及質量。但是全斷面施工過程中機械化程度很高，必須保證施工組織嚴密。其次是臺階法，該方法中需要將掌子面橫向分割成兩個或三個部分，然后分部開挖，一般分為上半斷面和下半斷面兩次開挖成型。該施工方法需要按照如下順序進行施工：開挖上半部、拱部錨桿噴射混凝土支護、拱部襯砌、下半部中央部分開挖、邊墻部分開挖、邊墻噴射混凝土支護及襯砌，總體來說臺階法施工對于各方面的要求比較低，比如圍巖使用范圍更廣泛，只要保證隧道洞內有一定工作空間、一定的施工速度、開挖面具有一定穩(wěn)定性就可以，而且在該施工方法中是先進行上部開挖支護，下部開挖作業(yè)有穩(wěn)定安全的施工環(huán)境[3]。因為臺階法的優(yōu)勢比較明顯，所以在很多隧道工程中都比較適用。最后是分部開挖法，包括環(huán)形開挖預留核心土法、雙側壁導坑法、交叉中隔壁法和中隔壁法幾種施工方法，主要適用于軟弱圍巖無法進行大斷面開挖的隧道工程。（1）環(huán)行開挖預留核心土法可以在V~VI級圍巖中應用，采取人工配合挖掘機的方式進行支護，然后開挖核心土體和下半部土體，再進行邊墻初期支護并進行逢低。該施工方法的工作面具有良好的穩(wěn)定性，所以施工環(huán)境比較安全，風險較小。（2）雙側壁導坑法，也稱“眼鏡工法”，該方法可以適用于IV~V級圍巖。在施工過程中先開挖兩側導坑，初期支護由下到上形成，可以解決土地承載力不足的問題，降低施工風險，保障人員安全。但是該施工方法中工序比較復雜，管理難度大，施工效率低，工期長，如果導坑臨時支護還會增加額外的成本，經(jīng)濟性不好。（3）交叉中隔壁及中隔壁法，主要適用于大跨淺埋隧道工程中。中隔壁法每一步施工都需要做好錨噴支護、設置鋼架、施作中隔墻、臨時仰拱等，而交叉中隔壁法采用自上而下分二或三步開挖中隔墻的一側，做好支護，然后才能進行另一側作業(yè)。

2常見的復雜地質環(huán)境類型

在隧道工程中常見的復雜地質環(huán)境包括以下幾種。（1）不良地質條件，比如滑坡、泥石流、煤層瓦斯、濕陷性黃土等。當遇到不良地質條件時施工活動很容易導致隧道圍巖變形、塌方、瓦斯爆炸以及下沉等問題，極易引發(fā)施工安全事故[4]。（2）巖溶。在部分地區(qū)中比較常見，如果遇到巖溶地質條件極易引發(fā)突水、突泥等地質災害，嚴重情況會威脅到人員安全，所以隧道工程遇到巖溶地質條件時必須做好超前預報等，確保施工的安全性。（3）大斷層帶。一些深隧道工程中可能會遇到區(qū)域性斷層的問題，影響整體施工進度，加上工程規(guī)模比較大，難以對大斷層帶風險進行預測和判斷，會增加施工成本和施工難度，造成巨大的損失。（4）膨脹巖。一般會含有大量的水分，體積變大，內應力較大，膨脹力的大小及其分布范圍會直接影響到隧道主體結構安全性，應該加強試驗，提前防范。（5）軟弱圍巖。會降低圍巖的承載力及粘結力，在遇到水以后會發(fā)生一定程度的軟化，極易引發(fā)裂縫、塌方、滑坡等災害，造成人員傷亡。隨著我國高速公路隧道工程的快速發(fā)展，面臨的地形地貌更加嚴峻，應該根據(jù)不同地質條件尋求針對性的施工方法，保證隧道施工質量以及施工期間的人員安全性問題。尤其針對復雜地質環(huán)境，做好充分的調查、超前預報、支護等措施，切實保證隧道施工的順利進行。

3復雜地質環(huán)境下高速公路隧道施工存在的主要問題

3.1地質環(huán)境復雜

地質環(huán)境復雜主要從兩方面體現(xiàn)出來。一方面是指該地區(qū)自身的地質環(huán)境比較差，如地下層的結構復雜、堅固性比較低等，會增加高速公路施工難度。如果遇到硬度大的巖石還需要將其打通，但遇到硬度比較低的巖石，極易引起巖石變形，嚴重情況還會造成隧道坍塌，人員傷亡。另一方面是指高速公路工程周圍地質環(huán)境比較復雜，比如黃土地、礦洞、天然氣管道、城鄉(xiāng)建筑物等，在隧道施工中如果沒有考慮到這些問題，盲目施工，會嚴重威脅到城鄉(xiāng)居民生活，還會使施工過程安全風險加大。

3.2施工技術水平偏低

隧道工程中施工技術是非常關鍵的，施工技術選擇是否合適會直接影響到施工質量。目前，隧道工程中為了順利施工會引進鉆爆法、掘進機法、通風技術、支護技術等，但是各種施工技術的引進需要投入大量的資金與人力[5]。當資金和人力等無法滿足要求時，勢必會對施工進度產(chǎn)生影響，在隧道工程的發(fā)展中引進先進的施工技術是非常重要的。

3.3隧道施工全過程管理存在不足

在隧道工程中必須提前做好設計、計劃、組織以及管理等事宜，尤其要重視地質環(huán)境條件，做好全方位的勘察和超前預報等，這也是為了避免各種地質災害風險引發(fā)安全事故，威脅施工人員安全。大量的實踐研究發(fā)現(xiàn)，地質條件是造成隧道坍塌事故發(fā)生的重要原因，而且地質條件是不可抗性的，做好安全防護等措施的落實是非常重要的。但是在實際施工過程中，施工單位對于隧道工程的經(jīng)濟性考慮比較多，安全管理制度落實不到位，安全防護工作仍然是薄弱環(huán)節(jié)。另外，因為重視不足，地質勘測技術人員的專業(yè)性要求不高、施工人員技術水平低等，導致勘測工作質量不高，施工質量無法保障。尤其是面對復雜地質環(huán)境條件下，施工單位應該提高管理重視程度，避免各類地質災害引發(fā)安全事故。

4復雜地質環(huán)境下高速公路隧道施工技術

4.1地質勘測施工技術

復雜地質環(huán)境下高速公路隧道施工安全風險比較大，極易引發(fā)施工質量問題和安全事故，還會對施工進度帶來影響，因此提前做好地質勘測是非常有必要的。首先，聘請專業(yè)的勘測單位和人員根據(jù)隧道工程的建設要求對周邊的地形地貌進行調查，對地質災害風險及風險程度進行科學的預測，對于極易發(fā)生的安全事故和地質災害可以通過現(xiàn)金的測量儀器進一步確定風險程度，并根據(jù)勘測調查結果編制方案以及分析隧道工程實施的可行性。其次，要綜合考慮隧道工程所在區(qū)域的地形地貌情況，通過地質探孔等方法判斷隧道線形范圍之內的地質情況，分析是否存在地質災害風險以及是否滿足施工條件等。另外，對調查勘測的結果進行分析，確定隧道工程所在區(qū)域的巖溶、破碎帶、軟弱圍巖等不良地質范圍、隧道用水量及其影響等。最后，確定隧道圍巖級別，正確選擇隧道施工技術及工藝方法，保證隧道施工質量和安全[6]。

4.2斷層與破裂帶施工技術

當隧道工程中所在區(qū)域為斷層區(qū)時，為了保證隧道施工安全和進度，可以用直徑為42mm的超前注漿導管做好隧道的支護工作，利用施壓的方法關注水泥漿體，使松散巖體得到固結，保證圍巖強度，也能有效改善圍巖不同變形的問題。在具體操作時將花管樣式的導管作為注漿的支護導管，長度為4.5m。在開挖隧道時需要結合光面爆破技術，再根據(jù)圍巖的等級情況選擇合適的鉆孔裝置、爆破計劃等，確保施工的順利進行，也能保證預期的隧道開挖效果。另外，光面爆破技術對于隧道圍巖的干擾比較小，可以保證圍巖的整體性，減少過多的挖掘對圍巖的影響，對提高隧道施工效率、施工質量及整體安全性起到重要作用。4.3隧道變形控制技術在很多隧道工程中周圍區(qū)域都會存在炭質泥巖和粉質砂巖的情況，容易發(fā)生軟化，在頻繁的施工活動下造成塌方等事故的發(fā)生，對隧道工程發(fā)展是不利的。為了保證隧道整體承載能力，應該采用更高水平的施工技術，保證隧道工程的抗塌方和變形能力。隧道工程中為了深入了解工程所在區(qū)域的地質情況，可以進行前期的勘測，判斷是否會發(fā)生坍塌事故以及發(fā)生的概率，確定事故發(fā)生概率比較大的地段，提前制定防治方案。同時要求施工人員采取藥卷錨桿支護的方法，掛上鋼筋網(wǎng)，并在鋼筋網(wǎng)上補噴一定量的混凝土，可以起到有效的防止隧道變形的效果，也能阻止塌方事故發(fā)生，對提高施工質量和安全性非常關鍵。另外，需要注意的是隧道工程中即便是沒有發(fā)生塌方、變形或其他的問題，也必須提前制定相應的預防方案，防患于未然，也是為了保障施工人員的安全，對促進隧道工程的順利開展起到重要作用。

5復雜地質環(huán)境下隧道施工的安全管理

在復雜地質環(huán)境下隧道施工過程中不確定性的風險比較多，對此，除了提高隧道施工技術水平，正確選擇施工技術，做好防護等工作以外，還應該做好施工安全管理，保證隧道施工過程的安全性和規(guī)范性。首先，做好安全風險預防工作。對施工人員進行安全教育，增強施工人員的安全意識，在隧道施工過程中堅持安全第一的原則，將施工人員的安全放在首位，對提高施工人員的施工效率和積極性是非常重要的。其次，做好施工過程的管理與控制。對隧道工程周邊的地質情況進行實時監(jiān)測，為施工過程提供重要的數(shù)據(jù)參考，也有助于提高施工效率和安全。所以專業(yè)的勘察隊伍是非常重要的，不能因為節(jié)約成本而選擇專業(yè)性差的勘察單位，同時還要做好地質勘測過程的監(jiān)管，確?？睖y信息是真實有效的。施工人員的安全意識很重要，要完善安全管理體系，嚴格落實制度規(guī)范，增強施工人員安全責任意識。再次，做好施工現(xiàn)場的規(guī)范化管理。加大每一個施工環(huán)節(jié)的監(jiān)督管理，加強施工安全生產(chǎn)模式的落實，在做好充分的預測和防范準備的同時，也要對施工人員的操作、技術、工藝等進行監(jiān)管，可以第一時間發(fā)現(xiàn)施工過程中的安全隱患并及時處理，將安全風險從根源上消除。當隧道施工現(xiàn)場發(fā)生安全事故時，要冷靜，采取正確的處理方法，做好安全防護，停止施工，在消除隱患，確保施工能夠安全順利的進行時才能進行下一步施工。復雜地質環(huán)境下隧道施工的難度大、風險系數(shù)比較大，很多時候都是不可抗性的，所以規(guī)范化管理施工過程是非常重要的。最后，制定完整的應急預案與具體措施。因為隧道施工過程中安全事故發(fā)生是具有不確定性和不準時性的，除了外部環(huán)境因素的影響以外，內部施工人員自身的因素也容易引發(fā)安全事故。如果施工過程中發(fā)現(xiàn)地質災害必須及時停止施工作業(yè)，而不是憑借個人經(jīng)驗去應對，引發(fā)更嚴重的后果。另外，施工人員的操作必須按照施工規(guī)范進行，對于關鍵性施工內容必須由專人進行，持證上崗，這也是為了避免人為操作不規(guī)范等因素引發(fā)安全事故。在做好施工之前的勘察工作后，根據(jù)地質情況以及隧道工程的實際情況提前做好完整的應急預案，做好充足的準備，提高施工安全性。

6結束語

綜上所述，復雜地質環(huán)境下高速公路隧道施工的難度加大、風險增加，為了保證隧道施工的安全順利開展，必須保證隧道施工技術水平，引進先進的隧道施工技術，對現(xiàn)有的隧道施工技術進行改進和創(chuàng)新。同時全方位做好隧道周邊區(qū)域的地質地形地貌等的調查，為隧道施工提供可靠數(shù)據(jù)參考，正確選擇隧道施工技術，提高隧道施工質量。

參考文獻：

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[3]龍銘謙.復雜地質環(huán)境下高速公路隧道施工技術分析[J].低碳世界，2016（15）：198-199.

[4]王超.復雜地質環(huán)境下高速公路隧道施工技術分析[J].黑龍江交通科技，2020，43（11）：122+124.

[5]宋毅.復雜環(huán)境下的高速公路隧道施工相關分析[J].建筑技術開發(fā)，2018，45（3）：52-53.

[6]林琳.高速公路隧道施工管理的實施及注意事項研究[J].價值工程，2018，37（26）：72-73.

作者:楊永貴 單位:德宏公路局