高速公路隧道穿越以碎塊石為主巖層安全施工技術

楊雄峰 陳立彥 敖順通

【摘要】本文將從碎石為主的巖層基本特點出發，分析其在隧道施工過程當中對整體施工造成的影響，并提出相應的施工安全保障技術，以期望在保證施工安全的基礎上為相應的工程提供有效參考，促進施工質量的提升。

【關鍵詞】高速公路隧道;碎塊石巖層;安全施工? ? ? 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.36.088

隧道是當前高速公路施工中的重要組成，其質量決定著公路的運營質量。在高速公路隧道的施工過程當中，只有做好圍巖保護提升圍巖的自穩能力才能實現整體施工質量的提升。碎石巖層隧道施工難度較大，具備層狀弱面的特征，其結構面組合不僅不利于圍巖穩定，且容易產生側壁失穩，因此在高速公路施工的過程中需要從洞口爆破開挖、錨桿施工以及混凝土噴射施工等多方面積極應對才能夠確保施工質量。

1、碎塊石為主巖層特點

根據我國目前執行的標準來看，當前公路隧道的圍巖等級分為六級（詳見表1），不同級別的圍巖穩定性和結構性完全不同，在隧道開挖后可能出現的塌方、滑動、涌水、巖爆等問題也會有不同程度的凸顯。所以根據圍巖分級判斷施工措施是高速公路隧道建設的重要環節。

根據公路隧道圍巖分級標準可以判定碎塊石為主巖層級別為III級或者IV級，該巖層屬于硬質巖層但具備一定的軟弱結構面分布，節理發育比較突出，而且碎石塊為主巖層內大多數地下水活動較為明顯，隧道施工過程會伴隨有滲水、滴水以及涌水的現象產生。對其進行隧道施工不利于圍巖穩定，容易發生坍塌需要加強支護，且爆破時容易發生過大振動，需要注意。

2、碎塊石為主巖層施工影響

2.1洞內塌方

洞內塌方是隧道施工常見的事故之一，造成洞內塌方的原因有施工設計不合理、技術工藝選擇不規范的等，但歸根結底還是需要結合地質地形進行施工設計。地質地形條件中造成洞內塌方的最主要原因就是水的影響，當隧道穿過斷層以及破碎帶是產生塌方的概率也較大，而碎石為主的巖層，軟弱結構面分布性較為明顯，含水量較為突出，所以高速公路隧道穿越以碎塊石為主巖層時要注意應對。

2.2爆破振動

爆破是隧道開挖的主要環節，爆破過程當中需要考慮的因素除了炸藥量、爆破方式，還需要結合地質、現場條件進行綜合判斷。爆破過程當中產生震動非常普遍，影響因素包括振動的參數、加速度位移、振動頻率以及持續時間。

3、高速公路隧道穿越以碎塊石為主巖層安全施工技術

3.1施工方案選擇

3.1.1超前地質預報

超前地質預報是高速公路隧道施工前的必要步驟，超前地質預報通過鉆探或者現代物探等方式對巖土體的結構、性質以及地下水預應力等分布等情況進行勘測，從而為進一步施工提供有效指導。通過對圍巖情況的掌握判斷以新奧法為設計原則，對圍巖進行優化調整，使其減少自身重量、降低主拉應力，并在施工的過程中選擇適合的開挖斷面支護方式，以達到減少事故發生概率保證施工質量的目的。

3.1.2形成加固圈

碎石塊為主巖層高速公路隧道的施工重點在于提高圍巖整體的穩定性和承受力，加固圈的形成能夠促進設備日常維護和矯正的順利進行，為碎石塊地層施工技術提供有效保證。通常情況下采用超前小導管開挖形成輪廓線，并采取水泥注漿加固的方式使其四周形成一定的強度以及厚度。另外，為避免對其他工程或周邊環境造成影響，隧道施工的建設過程當中應該沿著隧道拱部120度的范圍內進行輪廓線布置，并充分考慮鋼架間距以及塔接長度。

3.1.3超前小導管支護

碎石塊為主巖層隧道施工中的預支護十分重要，采用超前小導管穩定開挖工作面能夠在注漿之后實現松散、軟弱巖層的穩定，同時也能夠完成碎石以及裂隙中空氣和水分的置換。超前小導管施工過程主要包含測量、布線標記管孔位、形成鉆孔作業、鋼管加工、密封處理、實施注漿等步驟，通過凝結將原有顆粒或裂隙膠結成為全新的大強度穩固整體，從而改善圍巖松散破碎的狀況，并在此基礎之上形成穩定的安全結構有效減少圍巖失穩破壞造成的坍塌率。

3.2施工技術要點分析

3.2.1洞口爆破開挖

碎塊石為主巖層高速公路隧道施工過程當中勘測設計完成之后，出入口爆破是首要任務。相對而言，隧道出入口處的巖石風化破碎更為嚴重，所以在爆破的時候需要面對復雜的力學特征，在此過程當中必須要進行嚴密的振動監測防止塌方。碎塊石為主巖層產生爆破震動比較明顯，可以通過控制爆破進行參數優化，在滿足經濟要求的基礎之上提升爆破質量。一般而言，光面爆破和預裂爆破是降低爆破震動的有效方式，能夠將爆破振動控制在一定的數值之內，并減少對遺留巖體的損傷。整個爆破施工的重點在于嚴格控制鉆孔精度、斷面測量、放線精度、控制裝藥量以及正確起爆順序的保證，同時在施工的過程當中要做到及時檢測、及時反饋。

3.2.2錨桿施工

錨桿是隧道支護的基本組成，碎石塊為主巖層節理發育比較突出，選擇錨桿法進行圍巖支護十分理想。在錨桿支護的過程當中錨桿能夠穿過軟弱不穩定巖土體使其固定在穩定的巖土層上并提供足夠的拉力克服碎石塊巖層的自重和下滑防止側壁失穩。同時，錨桿的適當排列能夠形成壓縮區以及壓縮帶，通過錨桿加固松弛地層的整體承載力會有所提升。在進行錨桿施工的過程當中，首先需要借助鑿巖機完成鉆孔作業，在滿足施工設計要求的基礎上清潔錨桿孔眼，放入藥包實現孔內固定，最后將桿體插入孔道保證其與剛性網焊接為一體，并通過抽樣檢測評價抗拔能力。

3.2.3混凝土噴射施工

噴射混凝土能夠加強支護效果，施工過程當中應該注意強度、厚度、附著以及密實度這四個要素，以開挖斷面處理為基礎，注重原材料的選擇保管，避免長時間存放影響混凝土凝結。噴射前要注重原材料的檢查，確保其能夠增大混凝土與巖石的粘結力減少回彈和外滲。混凝土噴射的過程當中采用強制式攪拌機隨拌隨用，避免長時間存放失效。根據支護要求和作業條件選擇自下而上的噴射順序，混凝土噴射施工完成之后要注重觀察和監測，確保噴射質量減少裂紋發生。

綜述：

綜合上述所言不難看出，高速公路隧道施工過程當中受地質影響較為嚴重，因此要抓住地質巖層特點在施工過程當中采取相應的措施應對。碎石塊為主的巖層隧道施工側壁失穩坍塌風險較大，因此要結合工程實際抓住工程要點通過超前地質預報、形成加固圈、并采用超前小導管支護保證隧道穩固。另外在施工過程當中，洞口爆破開挖和錨桿施工以及混凝土噴射為施工要素，除了保證工藝流程嚴格執行標準之外，在管理層面也應該引起重視為整個工程質量的提升打下堅實基礎。

參考文獻：

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