复杂地质条件下隧道施工技术研究

2021-04-01陈建波

工程建设与设计 2021年20期

陈建波

（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇岛 066000）

1 引言

近年来，我国交通行业得到了全面的提升和发展，为此，隧道工程项目的数量逐渐增加。但在隧道实际建设施工过程中，经常会遇到地质条件相对复杂的情况，为了有效开展隧道工程施工，需要技术人员根据不同类型的地质条件选择合适的施工模式，在确保施工安全的同时，最大限度地提升隧道工程建设的质量和效率。

2 隧道施工中常遇到的复杂地质条件

2.1 大断层隧道区域

在隧道建设工程实际开展过程中，经常会遇到比较复杂的地质环境，其中，土质结构大断层问题相对比较常见。通常情况下，在受到土壤塌方、结构渠道涌水及水压等外界因素的综合影响下，会加大土壤结构断层破碎问题产生的概率。尤其是隧道挖掘施工时，遇到的断层问题产生较多，此种地质结构及条件相对比较复杂，施工危险性较高，在实际工程建设中，不仅严重影响了整体建设项目和工程的安全性，而且在一定程度上还影响了建筑工程的整体进度。同时，由于地质结构中大断层区域的规模较大，会产生较多间层，因此，往往具有富水特性，最终导致建筑施工过程中极易出现涌泥、涌水等问题。同时，在这种地质结构中，地下水活动也相对频繁，进一步增加了隧道内部施工的整体难度。

2.2 软弱围岩隧道区域

在隧道工程的施工过程中，技术人员应首先对隧道施工的实际情况、技术要点以及施工重点等进行全面的分析，并以此为基础，充分了解隧道的围岩情况后进行技术处理。隧道内部建设的围岩结构主要是指隧道在基础应力条件下，依靠设备和技术手段建设出可以承载整个建设项目应力的岩石结构体，以此保证隧道工程施工作业的安全性，避免出现软弱岩石结构问题。对于软弱围岩隧道区域，其主要问题是岩石结构强度较小，基础承载力无法达到进行隧道建设的标准。同时，此种岩石通常分布不均匀，在隧道施工时，极易产生岩石结构体损坏或松散现象，从而导致大量岩石出现裂缝。如果水从裂缝中渗入岩层，会使岩层受到严重侵蚀，加速岩石软化，最终产生塌方问题[1]。

3 复杂地质条件隧道施工技术

3.1 浅埋偏压隧道施工技术

通过对目前我国大部分隧道地质结构和岩石成分进行综合分析可知，浅埋偏压地质结构属于常见的隧道施工基础，为了尽可能降低浅埋偏压地质条件对隧道工程的影响，进而减少隧道建设产生的安全问题，提升隧道结构的安全性和可行性，需要技术人员选择适合的施工技术和结构体系。只有施工人员全面了解浅埋偏压基础地质条件特点，结合隧道施工可能产生的形变和安全问题，才能以此为基础制定出相关的解决措施。浅埋偏压地质与其他类型地质结构相比较，由于其深埋程度相对较浅，且整体土壤覆盖结构层相对较薄，因此，在后期隧道建设过程中，无法形成独立的衬砌结构，最终导致塌陷事故。尤其是在实际工程施工过程中，一旦地表产生塌陷或其他结构问题，破坏了岩土体的平衡状态，会对隧道结构安全性及隧道施工质量造成不利影响。

在浅埋偏压隧道的施工过程中，首先需要将地面结构全面冲刷填平，填充裂缝并夯实。其中，单侧加长锚杆以及水平钢在基础结构上要保证支撑水平，需要在产生较大形变问题初级阶段针对施工现场的实际情况使用应急措施。在施工初期，通常要在隧道顶部位置使用厚度为8 cm，直径为6 mm 的钢筋网并全面喷射混凝土完成基础铺砌施工。基础铺设范围需要在中轴线范围左侧20 m 直至右侧坡边，保证将两侧铺设成制作成斜坡状态，并且设置横向以及环向地面节流，强化排水系统。

同时，在隧道中间区域需要采用I20 钢设置横向基础支撑，间距控制在约1.2 m，其中，工字钢为上、下2 排结构，2 排工字钢的间距需要能够设置至少3 道竖向支撑结构，工字钢两侧需要与钢材结构架进行焊接处理，并且将所有的工字钢使用直径为22 mm 的钢筋进行纵向连接。在使用锚杆、横向工字钢支撑后，虽然隧道外部形变虽然得到了一定的控制，但是其形变问题仍然有缓慢增长趋势，为了进一步确保隧道边坡结构稳定性和施工安全性，需要使用洞顶减压卸载技术进行施工，从而加强坡体基础稳定性。在具体实施过程中，首先需要在隧道洞顶上方使用进行挖掘，其挖掘深度需要根据地质形态和基础深度确定，并在坡脚设置顶宽1.0 m 的浆砌片石挡墙，形成反压护道，以达增阻目的。

3.2 围岩施工技术

由于隧道工程建设的特殊性，从工程地质结构方面进行分析和对比，软弱围岩地质结构在隧道施工过程中，极易受到外界因素的影响，加上我国不同地域的地质条件各不相同，其外界影响因素也存在着特殊性和复杂性。因此，在软弱围岩地质条件下进行隧道施工时，技术人员应根据工程周边的自然环境和实际情况准确判断影响隧道建筑施工的主要外界因素，并以此为基础优化现有的隧道建设模式，如合理的支护方法可以有效防止在隧道施工期间软弱围岩土质结构产生变形问题，尽可能降低工程建设经济损失。

复杂地层环境下隧道挖开之后，可能会造成围岩形变问题，或者由于地质结构长期受到水的浸泡、风化等作用造成结构性裂缝问题，削弱了围岩的支撑能力，进而破坏工程基础稳定性。针对此问题，应首先针对围岩压力以及地质结构层转变情况进行详细的分析和讨论，掌握系统变化规律。同时，为了进一步减少对围岩的扰动，需要使用无爆破掘进技术并结合掘进机、风镐、液压镐开挖设备和技术模式，科学、合理地减少围岩暴露的时间，防止出现围岩膨胀变形。

4 复杂地质条件隧道施工技术应用

4.1 隧道孔洞施工

在隧道孔洞施工过程中，挖掘环节应选择适合的开挖模式，相关的技术人员首先应在对隧道整体建设方案进行全面了解后，结合隧道建设区域的地质和岩石特性进行综合数据和信息分析，最终制定隧道挖掘和爆破方式。由于隧道周边各级别、类型的岩石较多，因此，可以使用台阶模式进行深度挖掘，并且在实际工程施工过程中，对隧道过度挖掘等问题进行严格把控。而在对5 级软弱岩石使用台阶方式进行挖掘时，应在隧道周边建设临时支撑仰拱结构，采用光面爆破技术进行施工，在此过程中，需要合理布置爆破点和整体炸药使用量。并且在对5 级岩石进行开展的过程中，应使用交叉中隔壁施工技术，针对隧道复杂区域岩石进行小范围爆破和挖掘，从而有效提高隧道挖掘进度[3]。

为了在隧道挖掘时取得较高的光面爆破质量，在炸药的布置过程中，应使其均匀分布，并将药眼直径控制在合理范围内，以保证炸药爆破强度。另外，在爆破之前，应对该区域的瓦斯浓度进行检测，如果超出安全标准，技术人员应对其挖掘流程进行合理安排，为后续光面爆破打下良好环境基础。