关于复杂地质条件下隧道综合施工技术的研究

徐天檄

摘要： 经济的发展在很大程度上得益于发达的交通系统。随着中国交通网的发散性铺设，连接各个地区，缩短了中国各个地区之间距离，也促进了中国经济的发展。其中，在山区、恶劣气候的地区，隧道的应用缩短了行车路程，同时也增加了行车的安全性。但是在隧道施工的过程中，通常会碰到高低温、软土、云母片岩等复杂的地质环境，阻碍道路的施工。本文以某高速公路路段的隧道施工为例，探究复杂地质条件下对施工技术的综合应用，为当前的道路施工提供借鉴。

Abstract： Economic development has benefited from developed transport systems to a large extent. With the divergent laying of China's transport network， the various regions are connected， shortening the distance between China's various regions， and also promoting the development of China's economy. Among them， in the mountains and bad weather areas， the application of tunnels shortens the journey distance， and also increases the safety of traffic. However， in the construction process of tunnel， high and low temperature， soft soil， mica schist and other complex geological environment are usually encountered， which hinders the construction of highway. In this paper， the tunnel construction of a expressway section is taken as an example， the comprehensive application of construction technology under the complex geological conditions is explored to provide reference for the current highway construction.

關键词： 复杂地质；隧道；公路；施工技术

Key words： complex geology；tunnel；highway；construction technology

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）01-0169-02

0 引言

在山区、气候复杂的地区，为缩短距离、提高行车安全性，通常采用挖掘隧道的方式修建铁路、公路[1-2]。隧道的出现，提高了复杂地区的道路施工水平，进一步实现了中国交通网的全面铺设。但是在大多数时候，施工的过程中并非一帆风顺，施工单位通常会碰上软路基、冻土、云母片岩等复杂的地质条件，给工程施工增加难度。因此，为应对复杂地质给工程带来的挑战，在实施的过程中需要采用综合施工技术克服困难，在保证质量的情况下如期完成工程。

1 工程状况介绍

要致富先修路，当前铁路、公路建设工作在神州大地如火如荼地进行着。其中，某高速公路工程的实施，带动了地区的经济发展，而该路段也是当前国家规划的重点干线公路。其中，某隧道是该工程中的重点隧道工程，也是复杂地质较为明显的施工段。该隧道为分离式隧道，其中，左洞长1750m、右洞1765m。该隧道位于低山丘陵地貌、地表的起伏较大，再加上瓦斯、富水、粉砂岩等不安全因素的存在，大大增加了施工的难度。为顺利、安全地完成施工，施工时采取了一系列的施工技术，克服了由于复杂地质条件给施工带来的重重阻碍，实现了主干道高速公路顺利通车，促进了地区经济的发展。

2 综合施工技术的应用

2.1 超前地质预报技术

由于地质的复杂性，准确的施工参数是工程安全性的重要保障，因此，获取准确的地质情况对于规划施工、控制施工质量而言尤为重要。在进行施工前，施工对采用超前地质预报技术对该隧道施工段的地质情况进行数据采集。主要的监测工具有红外线探水、地质雷达、TGP、地质钻机等探测工具，其中，红外线探水与地质雷达主要应用在隧道洞口段IV、V级围岩的监测工作中，TGP与红外线相辅应用在监测隧道中段的工作中，而地质钻机与红外线探水则用于在富水隧道的监测工作。此外，在监测过程中注意临兆预报预警，当监测发现塌方、瓦斯、岩石破碎带等情况时及时作出临兆预报，规避并降低施工意外带来的损失。在开挖并支护隧道后24h，仍需要对数据进行监测、收集，该隧道上下断面的数据采集工本工程使用水平收敛仪来完成。本阶段数据收集采用隧道收敛计，监测方法则使用水平基线监测方法，而拱顶沉降则使用水准尺、水准仪、钢尺进行测量，获取各个施工阶段的数据参数。在隧道初喷后的24h内，将带挂钩的测柱埋设入隧道拱顶部，使用水准仪、水准尺、水准抄平法进行监测[3]。在监测频率的控制上，均使用地质雷达，根据不同地质条件、不同距离进行探测，但是本工程的考虑搭接围岩的长度均为5m。其中，洞口段、V级围岩部分每30m监测一次，富水洞段每20m测一次。超前地质预报技术的应用完善了当前的道路施工预报制度，极大地提高了施工的安全性与科学性。

2.2 富水带施工技术

富水带的存在是阻碍该隧道施工的一个不可忽视的客观存在。在施工的过程中，施工队需要进行渗水处理，提高隧道的安全性，在施工的过程中，该隧道隧道存在滴水、渗水的情况，情况虽然并不严重，但是考虑到可能易引发的后续影响，如粉砂岩软化、塌方等情况的出现需要采用相应的处理手段。因此，在富水段隧道完成开挖作业后，施工人员采取围岩封闭方式，在很大程度上延缓了岩石风化的速度。主要的操作方式是使用4～6cm的喷射砼、锚杆以及挂网进行隧道洞的支护，在此基础上增加对围岩的观测力度并根据观测情况进行第二次的混凝土施工[4]。此外，在进行围岩密封式处理的同时也着手处理水流。在本次施工中出现明显的水流现象，因此在散状水流区域使用防水板进行集中引水并使用HPDE管集中将其排出隧道；在集中水流区域则连接排水管设置一根Ω型弹簧排水管在出水点，将多余的水通过排水系统排出隧道之外。通过富水处理，本次施工并未出现严重的塌方状况，均在可控制范围内，不影响施工进程。endprint

2.3 隧道变形控制技术

鉴于该隧道地段存在着粉质砂岩与炭质泥岩，容易出现软化的情况，塌方的几率较大。为提高隧道的承载能力，需要采取一定技术提高隧道抗变形、抗塌方的能力。通过前期的监测，判断出塌方趋势明显的地段，如隧道水平收敛超过2mm/d时，或者已经出现变形时，施工人员及时进行化学药卷锚杆并在此基础上挂上钢筋网，再补喷上适量的混凝土，使该地段的隧道变形受限，阻止进一步的塌方、变形。同时，进行收敛观测，每天观测次数在3次以上。对于岩体顺层滑动或者V形塌方情况的出现，则将化学药卷锚杆增打在四周隧道壁面上，根据塌方的范围挂上钢筋网并焊接锚杆焊，最后喷射砼进行支护。对于未出现塌方、变形的工段也需要采取一定的预防措施，在总结塌方、变形工段发生的原因之后，施工团队制定预防方案。在爆破、钻孔环节，在边墙部位使用长度为4.5m左右的化学药卷锚杆；同时，根据爆破的威力，增加减震孔数量并采取隔孔装药的方式。通过有效的预防措施，在控制、预防隧道变形、塌方工作中取得了良好的效果。

2.4 粉砂巖及岩质泥岩处理技术

针对于粉砂岩、泥岩等特殊但是又普遍存在的情况，该工程也采取了一系列的应对措施。在无水洞段采取光面爆破的方式，同时为了保证安全性、爆破效果的统一，控制相关技术参数。主要如下：45cm以下光爆眼间距，1～1.2倍的周边眼间距，开挖间距控制在2m以内；装药时采取间隔不连续的方式，爆破使用毫秒雷管。在富水带工段的施工，在施工前施工段根据最大涌水量进行超前的规划，并制作量水堰对该工段的水量进行实时的动态监测。在富水带软弱围岩区域，采取常规双液帷幕注浆的同时区别对待强度不同的围岩地段。如较软的围岩则采取台阶法的开挖方式，同时结合机械开挖方式，在爆破时也相应地进行弱震浅孔爆破，从而将爆破带来的危险性将至最低。此外，进行双液注浆的时候严格控制压浆时间，初凝时间在5分钟以内，终压在3分钟以内；如隧道涌水则减少压浆时间，初凝时间在3分钟以内，终压则控制在2分钟以内。隧道支护结束后且隧道围岩状态稳定后，采用仰拱结合二次钢筋混凝土衬砌的施工方式，进一步降低隧道关门等不良施工事故的发生率。上述处理技术对于富水带工段隧道施工而言具有较高的应用价值，具有较高的推广潜力。

2.5 隧道瓦斯控制技术

2.5.1 防爆系统的设置

在隧道开挖的过程中，瓦斯的存在不仅威胁着工程的安全性，对于施工人员的生命安全而言也是一个巨大的威胁。为降低瓦斯爆炸的可能性，将危险扼杀在摇篮里，通风降低瓦斯浓度是一种最为有效的措施。本项目施工的通风系统中，设置自然通风与机械通风两种方式。其中，自然通风则通过开挖进行，可将风筒将瓦斯引至距离工作面至少20m的坑道中。在瓦斯含量较大的地段则可在煤层设置多个排放孔并形成卸压带，将瓦斯气体引流至煤层的深部，避免溢出。此外，还可在隧道中设置主扇与局扇两个部分，给予24小时的连续通风。其中，主扇主要的作用是进行全工段的通风处理，而局扇则是侧重于某一工段隧道的通风。此外，在瓦斯环境中，设备起火花、发热等都会引起瓦斯爆炸，因此，提高设备在瓦斯环境中的安全运行性能尤为关键。在本工程中，主要是通过改装机械的性能使其达到瓦斯防爆的作用。通常通过改装挖掘机、输送泵、自卸汽车、搅拌机等设备的方式降低危险性，使其工况符合瓦斯状态下安全运行标准。配套的通风防爆系统也需要同时建立起来，在供配电系统设置方面，主张通过降低设备自爆的方式降低瓦斯爆炸率。本工程的动力源为电力，隧道施工环境较为复杂，停电情况较为常见，因此容易引发防爆系统的崩溃等带来的一系列的不良影响。为保障瓦斯工况下防爆系统的正常运行，本工程将容量为250kW的柴油发电机建在瓦斯工况的出口处作为备用电站。当出现用电故障时，电站可在10min内进行继续供电，保证主扇、局扇以及瓦斯抽放泵站防爆系统的正常运行。

2.5.2 建立瓦斯监测系统

防瓦斯爆炸是一项重要的工作。为提高瓦斯爆炸的防范能力，对于瓦斯爆破的控制需要结合超前地质预报技术提供的数据进行分析，分析各个工段的瓦斯存在的可能性及浓度等，同时对于整个隧道施工而言具有积极的指导意义。在进入煤气层前，根据钻孔取芯收集的气体分析其成分、压力、浓度等信息，进而确定煤层的位置、形状、厚度及估计溢出的瓦斯含量。此外，为实现对瓦斯的实时监测，需要使用瓦斯监测仪建立起与之相适应的瓦斯监测体系。为保证工作的严谨性，除了监测系统之外，本次工程还使用携带式甲烷检测器对隧道内的瓦斯浓度进行监测，超出相关标准及进行警报并采取相应的应对措施，进一步提高安全性。

3 结语

复杂的地质条件给隧道施工带来了更为严峻的考验，同时也要求施工队以高超的施工水平应对挑战。在复杂的地质条件下，施工人员需要对可能出现的不良施工情况进行分析，并且采取相应的技术一一规避不良情况带来的后果。随着中国交通网路建设工作的开展，施工人员面对的施工环境也更加复杂，因此，也提醒着施工人员、施工企业需要加强自身的施工水平，为道路施工行业的发展、中国经济的发展添砖加瓦。

参考文献：

[1]郝松超.探究复杂地质条件下铁路隧道施工技术研究[J].建筑工程技术与设计，2015（31）：770.

[2]侯万兴.复杂地质条件下公路隧道修筑技术探讨[J].低碳世界，2016（13）：189-190.

[3]杨开艮.复杂地质环境下的铁路隧道施工技术分析[J].四川水泥，2016（04）：57.

[4]张燕清.复杂地质条件下隧道综合施工技术研究与应用[J].科技与企业，2016（03）：180-182.endprint