復雜地質隧道施工工藝控制與優化探討

楊建榮

摘 要：近幾年，我國鐵路建設事業迅猛發展，對鐵路建設的施工提出了更高要求，尤其是復雜地質隧道的施工，為此，本文結合蘭州至合作鐵路黃家嶺隧道來探討復雜地質隧道的施工工藝控制與優化。

關鍵詞：復雜地質；隧道施工；施工工藝控制與優化

我國中西部地區地形多變，地質復雜，不可預測因素的存在等導致施工條件較差，這就需要采用隧道的形式來提高鐵路建設的安全等性能。本文結合黃家嶺隧道來探討復雜地質隧道施工工藝控制和優化。黃家嶺隧道位于黃土梁峁區，梁峁間溝壑縱橫，溝谷深切，地形起伏大，不良地質主要有坡面坍塌、巨型錯落、滑坡等，特殊巖土為濕陷性黃土和膨脹巖。進口位于紅地溝左側臺地上，該臺地地形相對較平坦，小沖溝及黃土陷穴發育，無交通便道，交通條件差。

一、黃家嶺隧道地質分析和洞口淺埋段施工

（一）黃家嶺隧道復雜地質分析

黃家嶺隧道進口端臨近錯落和滑坡帶，錯落、滑坡體內多為砂質黃土（Q4sl3），隧道進口DK48+849～DK49+048段沖溝臺地上多為砂質黃土（Q4al3），隧道洞身主要地層為泥巖（N2Ms），以黏土礦物為主，泥質結構，層狀構造，泥質膠結，夾有砂巖、泥質砂巖，砂質泥巖薄層，局部含有石膏巖，成巖作用差，錘擊易碎，強風化層厚度不等。進口砂質黃土長66m；其他以泥巖為主。施工中坡面溜坍、滑坡、塌方的可能性大，施工安全風險大。整體工程位于祁連褶皺系的東南端，屬于多旋回構造運動表現明顯的地區，僅在隧道進口端紅地溝有常年流水沖溝，水量不大，加上西北內陸干旱地區，生態環境較為脆弱，破壞后較難恢復。

（二）黃家嶺隧道洞口淺埋段施工工藝

黃家嶺隧道洞口淺埋段施工工藝及措施：1）在洞口淺埋段、溝谷段、偏壓段，采用短臺階法開挖，隨挖隨支，襯砌緊跟，設超前大管棚及小導管支護。2）加強施工用水管理，嚴防軟化地基出現坍塌。3）及時施做仰拱和封閉鋼架，特別是隧底部分，防止鋼架內移失穩造成塌方。4）在施做支護時，鋼架地基應平整壓實，設混凝土墊塊。5）錨噴支護的施工工序，應按開挖、初噴、布設錨桿、掛網和架立鋼架、復噴的步驟進行。在第一次開挖完成后，隧道斷面位移速度最大，應及時施做初期支護，約束圍巖早期變形。6）隧道在上半斷面施工支護完成并進行下部開挖時，拱腳位置應預先采取加固措施，打鎖腳錨桿，防止由于下部開挖拱腳失穩拱架下沉引起坍塌。7）淺埋隧道的施工，必須注意仰拱與掌子面的安全距離，仰拱開挖長度不大于3m，初期支護盡早封閉成環，襯砌緊跟。

二、黃家嶺隧道洞口淺埋段施工工藝控制與優化分析

隧道進口端在DK48+849～945巨型錯落體右側前緣錯落堆積體中通過，主要地質為砂質黃土夾砂巖及泥巖碎塊，該堆積體經后期流水沖刷已形成臺地，臺地地表地層為沖積砂質黃土，其下覆蓋有錯落堆積體。隧道在該段埋深較淺，該巨型錯落體主錯方向與線路走向近乎平行，目前該錯落處于穩定狀態，但若施工方法選取不當，如采用大開挖或爆破等方法施工，易引起錯落體局部復活，因此，要加強淺埋段的施工工藝控制和優化，具體措施如下：

（一）地表預加固注漿輔助優化加固性能

地表注漿主要應用于圍巖地質條件差、偏壓、洞口及淺埋層土體的固結、加固洞周圍巖等復雜地質中，通過注漿加固，平衡巖土壓縮性和不均勻性，充分利用圍巖的自承重能力來分擔支護結構的內力，強化巖土穩定性，降低變形，并將注漿區域等與隧道整體緊密聯系，改善隧道成洞條件，進一步維護土體，還能降低地表下沉以及偏壓、地下水等對隧道開挖的不利影響，這樣的輔助措施能進一步提升隧道工程的安全和穩定性能。

（二）采用絲網和外加劑強化錨噴控制技術

錨噴施工支護能利用金屬錨桿和噴射水泥混凝土的雙重作用加固巖層，并防止巖體的松動及分離，而面對破碎的巖體工程狀況時，可以采用絲網拉擋錨桿間的破碎巖塊來增強混凝土噴層，輔助噴錨支護，同時，為了強化噴射混凝土的強度和粘結力，減少回彈的發生，施工中可以通過水玻璃、早強劑等外加劑減少和避免混凝土脫落，也可在周邊添加鋼格柵，進一步提高噴層的抗裂性能。

（三）利用留核心土法延緩圍巖變形

施工過程中，根據監控量測提供的圍巖和支護的應力、應變和信息，對設計參數和施工方法進行必要的調整和修改，以保證施工階段支護體系有足夠的可靠度，從而確保施工安全。這時，可以采用留核心土法，在原有開挖方式的基礎且不影響施工的基礎上，預留適當面積和長度的核心土，并先開挖兩側再開挖拱頂后開挖核心土，依托核心土體增設扇形臨時支護來輔助開挖，能有效地控制變形，提高巖體的安全及穩定，降低施工投資，加快施工進程。

（四）加強施工檢測和反饋，優化施工效果

施工過程的現場檢測要和后期的檢測相結合，密切監控量測施工中的圍巖、支護等的應力、應變、位移、變形等信息及情況，并及時的進行反饋，進而為施工方法的調整、優化和完善奠定基礎，確保施工的各個操作和措施更加可靠和安全，從而促進整體施工安全和穩定。尤其是對控制拱部沉降的檢測，在密切檢測的同時按照超前加固支護，合理開挖，重點控制拱部變形的原則來開展；對二次襯砌通過嚴密的檢測來確定進行襯砌的最佳時間，進而保證隧道圍巖的穩定性；同時，不實施錨桿的拱頂黃土段圍巖應當密切、重點檢測隧道及地表的沉降，進而通過反饋結果進行適當的加固和補強。

三、結語

復雜地質條件已經成為制約隧道工程建設的主要因素，這就要求在復雜地質隧道施工時應當更加詳盡嚴密的勘探地址構造，根據實際情況利用先進施工工藝優化施工，加強對施工質量及工藝的控制，進而保證隧道工程施工的安全性，促進隧道工程保質保速的竣工。

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