探讨隧道工程不良地质段处治施工技术

王思

摘要 公路工程施工常遇到山地、河流等复杂地形，多通过隧道施工的形式解决山地、河流的穿越问题。隧道施工的质量管控是整个公路工程管理的重中之重，主要因其施工大多在地下或水下进行，加之受外界环境变化、复杂地形的影响，施工难度颇大。文章结合某隧道工程案例，首先阐述了隧道工程的施工特点，而后对常见的不良地质问题及对应举措进行了重点剖析，以供类似工程参考与借鉴。

关键词 隧道工程;不良管控;施工特点;对应举措

中图分类号 U455.49 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0132-03

0 引言

隧道施工多适用于公路工程中山地、河流等复杂路段，对于合理利用地下空间、保护生态环境具有重要意义。隧道工程多在地层下进行，施工隐蔽，作业范围广，工程量较大[1]。近几年随着科学技术的进步，我国地质勘探技术逐渐成熟，但受施工工艺、设备功能等多变因素的影响，施工过程中对于地质条件的勘测仍无法达到精细掌握的程度[2]。该文结合工程实践的相关经验，对隧道施工遇到的地质问题进行分析，为隧道施工的研究提供一定参考。

1 工程概况

某公路工程隧道施工路段全长712 m，岩层段的穿透借助钻爆实现，回填土段借助机械开挖并采用大管棚方案，通过小导管注浆，实现超前支护补强。

该隧道地下水多来源于大气降水补给，地下水位线高于隧洞底板，结合水层特性划分标准可知，该处水系发育一般且水性主要为孔隙水、基岩裂隙水。现场勘查发现，不同的土质地段对应不同的开挖方法，例如隧洞K0+600～K0+857地段全长257 m，主要为人工杂填土构成，岩层松垮强度较差，可通过CRD法开挖;K0+857～K1+214 m段全长357 m，主要由泥质砂岩构成，岩层稳定性较差，可通过台阶法开挖。

2 隧道施工特点

（1）地质勘测多变性：隧道工程多在地層下施工作业，施工前须借助设备对地质情况进行勘测，受勘测技术、设备操作、施工工艺不稳定的影响，无法完全捕捉到局部的地质变化情况[3]。

（2）施工作业扰动性：岩体爆破是隧道施工常见的作业工序，通常会借助钻孔机、劈裂机等机械设备对山体施加作用力，因施工环境的复杂性、地质情况的多变性，山体开挖过程中极易出现涌水、突水、坍塌等不良灾害。因此要密切关注施工现场的作业情况，及时调整技术措施以应对施工作业扰动带来的变化。

（3）现场施工隐蔽性：隧道施工现场地形复杂，施工作业多集中在地下且工程量较大，岩体穿透作业存在诸多未知性变化，过程中的质量检测面临着很大挑战。

3 隧道常见不良地质情况施工措施

3.1 浅埋地段

浅埋地段位于隧道进出口处，该地段地质松散脆弱，作业现场常出现坍塌、滑坡等地质灾害，多通过以下举措进行有效预防：

（1）加强施工支护。在易出现地质灾害的关键点位添加防护结构，通过稳固的支撑，降低岩体开挖过程中钻爆等工序对地质的破坏。

（2）预防天然水害。隧道进出口处地形复杂，洞口断层处常受到天然水害的侵蚀，要密切关注地下水、地表水的流向，并积极采取截水、引流等有效措施[4]。

（3）保护开挖断面。对开挖断面的防护要引起足够的重视，可通过洞口顶部弧形开挖，保留洞口顶部起支撑作用核心土层的形式，缩小开挖断面的暴露区域。

（4）掩护开挖洞口。隧道进出口是各施工工序的必经之处，可通过管棚法，有效规避仰拱隆起工况的发生。

3.2 塌方处理

3.2.1 预防塌方施工措施

（1）地质监测预报。通过对地质状态的监测预报，掌握地质情况的变化趋势，可以有效预防隧道坍塌灾害的影响。

（2）六项工艺原则。隧道施工遵循先排水、短进尺、弱爆破、强支护、快衬砌、勤勘测六项工艺原则。

（3）快速反应机制。通过对地质监测数据、变化趋势的分析，密切关注隧道开挖过程中岩土的作用力状态，建立快速反应机制，一旦出现违规状况立即启动应急预案。

3.2.2 处理塌方的方法及步骤

（1）事故现场查找原因，并提供对应措施。

（2）若塌方程度判定为一般性，对塌方区域实施加固[5]。

（3）对于严重塌方甚至是冒顶的情况，对塌方区域地表陷坑实施加固;若同时存在天然水灾害，则须先处理水害。

（4）塌方处理要将安全第一作为首要原则，配备科学专业的设备、人力资源，为现场施工安全保驾护航。

3.2.3 塌方处理方法

锚喷法适用于一般性塌方，施工工艺如下：

（1）借助钢管导出岩内积水，表层加喷早强混凝土，强化塌体面层。

（2）塌体顶部嵌入锚杆支护，底部搭建钢拱架向上作用，挂网二次加喷早强混凝土，满足施工设计参数。

（3）塌体面层基本稳定后，采用超前大管棚技术进行施工。

（4）严重塌方处应进行特别加固处理，主要体现在锚喷支护后的混凝土灌浆[6]。

塌方处理方法见图1。

3.3 破碎带、断层

（1）事故现场实况勘测，通过对各项数据的分析，得出具体结论。

（2）为预防断层处出现碎裂二次损害，首先要对岩面实施加固，减少暴露面积。

（3）爆破施工对岩体稳定性影响较大，易引起位移等损害，爆破时要严控炸药用量，或通过预裂爆破的形式，减少对保留岩体的破坏。

（4）断层地段施工存在较大安全隐患，对其安全管理要引起足够的重视，保证监测频率的科学性、数据分析的准确性，每项施工问题都要有及时高效的解决方案。

3.4 岩爆地段

处在隧道深处且主体完整的岩层地段，当外界施工干扰过大时，会因初始应力的作用猛烈释放聚积的弹性变形势能，引发岩爆危害，常见的处理措施有以下几点：

（1）控制爆破力度，减少扰动，缩小爆破作用力的影响范围。

（2）可通过预设超前钻孔等形式分阶段释放深层基岩的应变能，降低岩石强度，减缓岩爆。

（3）做好爆破后的加固预案，通过加设锚杆、钢筋网的形式加强施工支护工作。

3.5 穿越溶洞

溶洞有大小、是否漏水之分，不同性质溶洞的处理方案受体量大小、所处方位、地质结构、发育情况等因素的影响多有不同[7]。分析现场地质工况、勘测数据可知，该项目岩层主要由石灰岩构成，内部还分布着多处聚集性溶洞，开挖难度较大。考虑到开挖过程中潜在的风险性，每种地质缺陷均匹配了对应的治理方案，方案细节如下：

（1）深度>2 m的溶洞，选择回填方法治理。

（2）2 m<深度<5 m且位处拱腰以上、在开挖界限以外的较大溶洞：1）有水有填充时首先进行排水，后通过锚杆增设、混凝土浇筑、布设钢筋网喷射混凝土的方法加固;2）无水无填充时，通过锚杆布设、混凝土浇筑、喷射混凝土进行加固。

（3）深度>5 m且位处拱腰以上、在开挖界限以外的较大溶洞：1）有填充时借助高压注浆加固、布设钢筋网、喷射混凝土二次加固;2）无填充物时，通过锚杆增设、混凝土浇筑、布设钢筋网喷射混凝土的方法加固。

（4）拱腰以上大溶洞（有填充物）处理示意见图2。

（5）隧道基地大型溶洞的治理：新增承载力高于1 200 kPa以上的混凝土桥板，借助板块结构增大受力面积的原理。

4 质量控制要点分析

4.1 超前地质预报

超前地质预报应基于工程实况并结合历史数据，建立一套完善的作业流程，同时为保证勘查数据的真实性及代表性，过程中注重粗细勘查、各类勘查方法的组合[8]。

4.2 监控量测

（1）根据技术标准将监测点位的间距设置为3 m。

（2）施工初期阶段地质情况稳定性较差，要加大测量点位密度并提升测量次数[9]。

（3）布设的基准点必须坚固稳定且便于长期保存。

（4）测量点位的布设要科学严谨，点位处在同一断面且勘测数据足以反映地质实况。

4.3 量测数据的处理与应用

（1）参照技术标准定期完成数据量测，及时记录并利用“变化时态散点图”等图表工具分析相关参数的动态趋势，结合分析结果对回归系数及时作出调整。

（2）重点关注10～30日期间的数据动态变化，通过回归分析推测峰值及变形。

（3）對比变形峰值、速率与安全标准的差距，为围岩的安全系数判定提供理论依据[10]。

5 结论

隧道施工是解决公路工程中山地、河流等复杂地段横跨难度的核心技术，独具的穿越能力使其在公路工程线路设计优化、运输成本降低、安全行驶保障等层面发挥着重大意义。隧道施工大多在地层以下隐蔽进行，多发的不良地质情况是其主要的施工难点。该文重点剖析了浅埋地段、塌方、断层、岩爆、溶洞五大不良地段的地质特性所对应关键举措，便于工程质量的有效管控。受恶劣施工环境、多变地质情况的影响，隧道施工过程存在很大未知性，突发且严重的施工隐患威胁着整个公路工程的安全，因此要特别重视超前地质预报的运用，特别是对于现场勘测数据、地质动态变化所呈现出的施工问题要建立快速反应机制，有效降低事故灾害的发生率。

参考文献

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[3]谭勇. 高速公路隧道的控制测量研究[J]. 建材与装饰， 2017（30）： 276-277.

[4]杨晓艳. 探讨试验检测对保证工程公路隧道质量的重要性[J]. 科技创新导报， 2019（23）： 19-20.

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[6]李潇， 严松宏. 篮家岩隧道软弱围岩大变形机理分析及综合控制[J]. 公路交通技术， 2015（1）： 102-105.

[7]蒋嘉. 分析公路隧道工程施工中的难度与技术[J]. 科技与创新， 2015（7）： 158-159.

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[10]高健.  复杂山区长大隧道越岭段铁路选线方法研究[C]//. 复杂艰险山区铁路勘察设计创新与应用——中国铁道学会工程分会第七届线路专业委员会第四次会议论文集（下册）， 2020： 246-253.