復雜地質條件下隧道施工技術研究

代巨梁

（四川巴陜高速公路有限責任公司，四川 成都 610041）

對于復雜的工程地質條件來說，目前并沒有一個比較準確的定義，依據巖土工程勘察規范以及地質災害危險性評估劃分標準來講，一般認為巖土種類多且不均勻，性質變化需要進行特殊處理的，存在嚴重膨脹、軟弱等特點的特殊性巖土和需要做專門處理（如高瓦斯、高含水量）的巖土體基本可以認為是復雜地質條件。在這種條件下進行隧道施工難度非常高。

1 隧道施工的難點

隧道工程屬于巖土工程的一類，與巖土有關的工程都具有非常復雜的特性。巖土是自然和歷史的產物，在不同自然條件下，巖土呈現不同的特性，在隧道施工當中，因為巖土的特性會導致出現典型的技術不確定性、不穩定性以及對自然條件的依耐性。

首先，技術不確定性主要是隧道施工中對項目整體的地質條件有一定不確定性，以現有的技術手段來說很難實現對整個項目地質條件全面的掌控，同時巖土結構因為環境變化會產生一定的不確定性，施工的難度大，施工過程中需要不斷進行超前的勘探，明確施工工段前方的實際地質情況，進而確定適合的施工工法，不僅要保證安全性和科學性還要保證經濟性，技術難度比較高。

其次，隧道施工因為基本都在地下，需要一定的施工空間來實現地下結構的構筑，因為隧道施工打破了原有巖土應力的平衡就必須要對開拓出來的地下空間的土體進行支護，如何支護以及支護能不能到位都是難點，支護不到位很可能造成施工空間周圍土體不穩，出現變形，變形嚴重就極可能引發嚴重安全事故。

最后，隧道施工技術的選擇對地質條件的依賴性非常高，不同地質條件需要采取不同的施工技術手段來施工，但地質條件不確定，施工當中就需要隨時調整施工技術，這對施工影響很大，有時可能會因為遇到與地勘資料不符的情況，會導致施工技術發生根本性的變化，比如滇西地區比較突出軟土方面的施工技術，而重慶地區則比較注重山區巖石方面的施工技術。

2 復雜地質條件下的隧道施工要點

復雜地質條件下的隧道施工難度非常高，稍有不慎就有可能出現安全事故，比如安委辦明電[2018]3 號談及佛山地鐵2.7 事故用了這樣的文字——工程項目相關單位對施工地段復雜地質情況認識不足，復雜地質條件包括各種對工程施工不利的因素，在隧道施工當中就必須要克服不利因素，保證施工安全以及施工質量，為此必須要做到三超前，四到位以及一強化。

2.1 三超前

三超前，即超前的預報，超前的加固以及超前的支護。其中超前預報要針對施工工段前方的地質條件進行預報，采取物探技術、鉆探技術、化探技術等明確施工工段前方的地質條件，如果周圍可能賦存地下水，則要特別注意探明前方地下水的發育情況，未探明不得進行施工。比如說佛山地鐵2.7 事故的直接原因就來自于突涌水，很明顯施工單位施工期間并沒有做好超前的預報。超前的加固目的是保證施工的安全，比如說在斷層破碎帶、軟弱地層以及富含水的地層當中一定要做好超前加固，當然對于膨脹土則主要靠降低圍巖暴露時間以及及時跟進襯砌來處理，避免圍巖膨脹變形。超前加固通常采用注漿法，注漿法當中也分局部注漿和全斷面注漿，一般還是要看地質條件。超前的支護一般采取管棚+導管的方式，比如說在淺埋洞口、斷層破碎帶、下穿公路等隧道當中比較適合用管棚，管棚通常使用鋼管，直徑在70～150mm 之間，長度則根據工程實際來定，利用管棚超前支護需要設定工作間，當然如果施工開挖循環比較多，管棚會影響到開挖，還有一種不需要工作間的管棚超前支護，方法是直接將管棚打入開挖斷面外。導管更適合破碎圍巖等施工安全要求高的隧道。

2.2 四到位

四到位，要選對施工工法，必須要配合超前預報揭示的地質條件和超前加固的情況來定施工開挖方法如臺階法、分部開挖法、全斷面開挖法等，在施工期間必須要隨時根據超前預報揭示的地質條件來調整施工方法，以保證安全為原則，遵從簡單到復雜，減少開挖步驟，保證工效。開挖過程中要及時跟進支護，支護方式以超前支護+跟進支護為主，尤其跟進支護一定要到位，比如鉆孔錨桿支護，必須要根據設計要求鉆孔，控制孔徑孔深，灌注用的混凝土必須要保證質量合格，如果土層比較松軟，需要使用輔助方法，比如加長錨桿長度。在襯砌時，要嚴格按照設計標準以及地質特點，水文條件等，選擇最佳的施工方案，確保襯砌的承載力足夠，以保證隧道結構的穩定性。對于一些含水量高的土層必須要快速封閉到位，否則一旦出現滲漏就可能會造成土體力學性質發生突變，不是塌方就是突水，突泥。

2.3 一強化

一強化，復雜地質條件下的隧道施工必須要強化監督檢測，必須要跟隨施工進度進行測量監控，把握住隧道圍巖的變形量，保證變形量在安全范圍內，如果超出了安全范圍就必須要采取措施，一般要求建立監控管理制度，設置專業人員進行監控，按照相關要求布置監控點，如果發現異常情況就必須要采取加固措施。

3 復雜地質條件下隧道開挖方法示例

隧道開挖是一道關鍵工序，圍巖是否穩定主要取決于工程地質條件，當然開挖方法對圍巖是否穩定也有非常大的影響，所以復雜地質條件下選擇開挖方法時，關鍵要對隧道端面大小以及形狀，工程地質條件、支護方案、工段長度等進行綜合考量，確定恰當開挖方法，尤其要保證開挖方法和支護相適應。

某鐵路客運隧道全長4214m，隧道以直線通過地層，隧道洞口有36m 長度需要明挖。現場地質條件比較復雜擁有Ⅱ～Ⅴ級圍巖，其中Ⅱ級圍巖長度1190m，Ⅲ級圍巖長度360m，Ⅳ、Ⅴ級圍巖長度總長2628m。隧道所在地屬于深丘地貌，25～35°自然坡度，80～300m 相對高差。針對該隧道使用的是短臺階開挖方法（七步平行流水作業法），該方法施工空間比較大，可以采取機械施工，工效很高，部分軟巖可以利用反鏟挖機直接挖下半斷面，降低擾動，因為地質條件復雜，軟硬圍巖之間的工法轉換相對方便，進度有保障。

在該隧道施工中先開挖上部的弧形導坑，開挖左右錯位中臺階，開挖左右錯位下臺階并同時施工初期支護，然后施做仰拱初期支護并及時閉合成環，進一步跟進混凝土、防水層，襯砌。

在該方法中初期支護很關鍵，開挖斷面過程中先跟進初噴，在開挖斷面圍巖上形成一個初期的保護層，防風化以及止水并且阻止節理裂隙當中的填充物流失，保護層形成后就需要進行鉆孔錨桿支護施工，項目中采取的是全長粘結型砂漿錨桿，砂漿的飽滿度對錨固效果很關鍵，特別是拱部徑向錨桿。錨桿施做完成后加設鋼筋網來防止收縮裂縫并限制裂縫寬度，提高支護的抗震效果，并且均衡分布噴層應力，提升錨噴支護的整體性能。隨著開挖的持續，對于成型的隧道，在Ⅳ、Ⅴ級圍巖使用臺階法開挖時，成型的隧道必須要設置鎖腳錨桿、控制拱腳位移，同時要設橫向臨時支撐或者臨時仰拱，使用型鋼支撐，縱向上每隔2 榀設置一處支撐。快速跟進閉合，初期支護符合要求，保證安全。

4 結束語

綜上所述，復雜地質條件下，隧道施工的難度很大，必須要根據實際的地質狀況選擇適合的施工技術方法，選擇的工法不當極有可能導致出現嚴重后果。因此需要做到三超前、四到位以及一強化，保證安全的同時，確保施工的質量。