復雜地質條件下隧道信息化施工綜合技術研究實踐

呂慶海

摘 要：高速公路建設對于國家經濟的發展有著重要的作用，高速公路具有交通量大、路面質量好等優點，是國家基礎設施建設的重要組成部分。本文結合某高速公路隧道施工的具體情況，就復雜地質條件下，隧道施工的工藝技術進行探究討論，僅為類似工程建設提供參考。

關鍵詞：復雜地質條件；隧道施工；施工技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.115

受線形限制，高速公路隧道施工時隧道地質條件復雜多變，且隧道斷面面積較大，施工時工序比較多，可能會影響到圍巖的穩定性，難以控制其變形程度，為工程埋下安全隱患，復雜地質條件下的隧道施工一直以來都是高速公路施工的重難點問題之一。

1 工程概況

某省際高速公路中間有一段路段不良地質現象比較集中，工程規劃過程中，該路段中設計了一段分離式隧道。其中左洞長度為1750m，右洞長度為1765m，隧道區地下水主要來源于上部殘坡積土層中孔隙潛水和峽部基巖裂隙水，主要補給形式是地表水側向補給以及大氣降水垂向補給。洞身圍巖的完整性比較差，裂隙較發育，通過水位恢復觀測試驗、注水試驗以及簡易抽水試驗發現，巖性透水性比較好，巖層富水性較強，滲透系數在0.01～0.35m/d左右，洞身開挖時，構造破碎帶地下水富集地段容易出現涌水、滲漏的現象。

本次隧道施工過程中存在的許多不穩定風險因素，比如低瓦斯、富水、粉砂巖等，這都為具體的工程施工帶來了較大的困難。隧道地處低山丘陵地貌，需要穿越東西向低山區，地形起伏比較大，山口狹窄，但進口段地形又相對而言比較平緩，山坡坡度在15°～25°之間，隧道區上部薄薄覆蓋著一層殘坡積粘性土，下部巖層主要是二疊系童子巖組煤系地層，巖性以砂巖、粉砂巖及炭質泥巖為主，局部夾由較薄的煤層煤線，整體上圍巖的完整性比較差。

2 隧道信息化施工綜合技術研究應用

（1）隧道軟弱圍巖超前地質預報及監控測量技術研究。隧道超前地質預報需要根據隧道施工具體的地質情況等進行選擇。洞口段Ⅳ、Ⅴ級圍巖可以利用紅外探水技術以及地質雷達探測技術進行監測預報；富水隧道施工中，除了要采用紅外探水預報手段之外，還需要利用超前地質鉆機進行探水試驗，輔助測量。隧道中間段落的地質預報可以利用TGP輔助以紅外探水技術；其它普通路段的施工，只需要安排專業的具有地質工作經驗的工程師采用地質編錄的方法即可完成圍巖預測工作。

超前地質預報主要有長期超前地質預報、短期超前地質預報、中期超前地質預報以及臨兆預報四種技術手段。其中長期超前地質預報指的是通過對隧道進行宏觀的超前地質預報，通過地質投射法、地質綜合分析法等技術手段找出隧道施工過程中的所有疑難點，分析不良地質及重點地段作用類型及分布流程，為后期的施工提供依據。中期超前地質預報指的是對隧道掌子面前方30～200m范圍內的隧道地質情況進行預報，主要的作用是進一步確認超前地質預報中得出的重點路段的情況。短期超前地質預報則是對30m范圍內的隧道情況進行超前地質預報，能夠有效地提高超前地質預報的準確率，常見的短期超前地質預報方法主要有水平鉆探法、地質法、物探法幾種。一般情況下地質災害前都會有一定的預兆，相關工程施工人員在具體的作業過程中，一旦發現巖層破碎帶、煤系巖層有害氣體或者其它地質災害的預兆反映時要能夠及時的做出臨兆預報，盡可能減少因地質災害帶來的損失，保證施工人員的安全。

隧道開挖及支護工程完成之后，需要及時的采集隧道水平收斂設上下兩斷面的相關數據，一般需要在支護完成后24h內采用水平收斂儀完成原始數據的采集工作，獲得原始數據后，進行初始讀數。為了提高監測的精度，可以利用水平基線監測的方法，做好溫度修正工作，同時要能夠按照監測頻率定期觀測分析數據。拱頂沉降主要利用測桿、水準尺、水準儀等工具，斷面隧道確定監測，開挖或者初噴后24H內，在隧道拱頂部埋設一個測樁即可。監測時采用水準抄平方法，洞內及洞外都需要設置基準點，為了有效的提高監測的精度，可以輔助以冗余觀測方法，計算時采用二次回歸曲線參數進行。

通過對隧道的F03、F04、F05進行斷層監測發現，F03斷層沒有斷層及富水現象，但與地址縱斷圖相比，F03斷層位置稍稍滯后了約50m左右，施工過程中為了盡量減少工程損失，可以適當的調整實時支護參數。預報顯示，F04斷層圍巖主要是中風化粉碎巖，強度較低，不夠穩定，但不會出現突水的現象，因此實際施工時為了節約建設資金，該段可以采用超前小導管注漿工藝。

隧道工程施工過程中，超前地質預報及收斂觀測必不可少，隨著相關技術的研究發展，超前地質預測的準確度明顯提升，為技術人員的支護施工奠定了良好的基礎，為保證不良地質路段的施工安全做出了重要的貢獻。

（2）隧道富水、炭質泥巖施工技術研究。粉砂巖及巖質泥巖技術。無水洞段及富水洞段粉砂巖及巖質泥巖處理方法存在較大的區別。無水洞段施工時，現場施工人員要首先對圍巖的完整性以及巖石的堅固程度進行勘測分析，然后進行爆破施工。一般情況下，無水洞段圍巖爆破主要采用光面爆破工藝，光爆眼通常小于45cm，抵抗線長度一般是周邊眼間距的1～1.2倍，光面爆破可以選用毫秒雷管電力起爆手段。富水洞段施工情況相對比較復雜，施工之前，現場工作人員要做好超前規劃工作，確保隧道施工過程中不會因為突水、涌水等突發情況使得地質條件惡化加劇。該樁號地段施工之前，有關人員要能夠根據預先設計的最大涌水量做好動態水量監測工作，同時制作量水堰，開挖積水井，避免地下水大量聚集，浸泡圍巖段拱腳。富水段軟弱圍巖采用雙液帷幕注漿施工工藝、臺階法施工技術、機械開挖方式。隧道開挖支護完成之后，施工人員要能夠根據拱頂沉降監測以及水平收斂監測結果，分析圍巖穩定后是否需要采取仰拱及二次鋼筋混凝土襯砌。

隧道變形控制技術。本段施工隧道存在粉質砂巖及炭質泥巖，遇水后，圍巖很容易出現膨脹、軟化的問題，導致圍巖強度降低，如果初期支護出現明顯的變形或者隧道水平收斂超過2mm/d時，需要結合隧道變形的實際情況選擇恰當的控制變形方法，以免隧道出現掉拱、塌方等安全事故。隧道局部變形時，可以利用化學藥卷錨桿及鋼筋網，在變形出補噴混凝土，限制圍巖變形進一步擴張。隧道出現偏幫，導致拱腰出現V字形塌腔或者巖體順層滑動時，可以在穩定圍巖周圍打化學藥卷錨桿，并按照塌腔的范圍掛設鋼筋網，將鋼筋網與錨桿焊接起來，最后噴射設計同級混凝土，從而限制圍巖進一步變形。隧道出現明顯的變形之后，要加強收斂觀測及拱頂沉降觀測，每天的觀測頻率不能少于2～3次，做好數據的記錄整理分析工作，為后期塌方、偏幫、掉拱的治理工作提供依據。

富水帶施工。富水帶施工時，現場施工人員需要結合具體的工程概況合理選擇施工方法。隧道出現滲水、滴水等不良現象時，粉砂巖、炭質泥巖被軟化，強度可能會有所下降，隧道開挖之后，施工人員要能夠利用噴射混凝土、錨桿及掛網支護的方法，將圍巖封閉，從而有效的減緩圍巖風化的速度。除此之外，現場施工人員還需要做好后期圍巖觀測工作，要能夠根據具體的觀測結果決定是否進行二次鋼筋混凝土施工；隧道開挖之后，如果存在明顯的散狀水流，初噴混凝土之前，現場施工人員要能夠利用防水板進行集中引水，然后采用HPDE管將水流引排到排水溝內，如果存在集中水流，初噴混凝土之前，需要在出現點位置設置一道彈簧排水管，并將其與原設計中的縱向排水管連接起來。

3 結束語

本次高速公路隧道施工技術難度較高，施工過程中存在著許多潛在的隱患，本文主要就實際的隧道施工過程中隧道軟弱圍巖超前地質預報及監控測量技術以及隧道富水、炭質泥巖施工技術進行了研究分析。實際上，該段路段隧道施工中，下部巖層主要是二疊系童子巖組煤系地層，局部夾由較薄的煤層煤線，因此施工過程中還需要采用隧道瓦斯控制技術，就隧道內部瓦斯濃度進行監測控制，做好施工通風以及煤層防突處理，對裝載機、挖掘機、混凝土攪拌車等有關機械進行防爆性能改裝，受篇幅所限，本文不能一一詳述，謹在此簡單歸納，希望能夠對類似工程施工有所幫助。

參考文獻：

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