復雜地質條件下公路隧道施工技術

趙振啟

(中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

公路隧道施工中，易遇到復雜、多變、危險系數高的地質條件，如軟弱破碎帶、巖溶以及特殊巖層等，容易導致變形、坍塌等危險出現，若施工過程中不加以重視，將難以保證隧道施工順利進行。因此，工作人員必須結合工程實際，靈活運用相關技術對復雜地質條件下的公路隧道進行施工，保證公路隧道施工的質量與安全。

1 常見復雜地質類型

1.1 膨脹土地質

相較于普通地質，膨脹土地質更容易出現圍巖變形問題。在施工過程中，相關工作人員應進行詳細的勘查，準確掌握圍巖變形原因、程度以及影響，在此基礎上采用合理的措施對其進行處理與控制。通常，在膨脹土地質條件下進行公路隧道施工時，應盡量避免采用全斷面開挖的施工方式，根據區域具體的水文地質特征，靈活采用側壁導坑法、臺階法等技術方法[1]。此外，還需降低流變對公路隧道施工產生的影響，確保公路隧道結構的安全性與穩定性。

1.2 巖溶地質

巖溶地質條件下的公路隧道施工也具有一定難度，尤其是當施工區域出現流水溶蝕情況時更會增加施工難度。相關施工經驗表明，在巖溶地質條件下極容易出現安全和質量問題，如果在施工前未對巖溶地質條件做出全面、深入的勘查，未徹底了解地下水運行情況，掌握該地區的不利因素并提前做出針對性處理，那么隧道施工質量以及施工過程中人員、設備與財產物資的安全將得不到保證。巖溶地質條件下常用超前地質預報法進行公路隧道施工，對施工區域200 m范圍內的各項情況進行全面勘察，了解施工區域的安全隱患，并制定相應的處理方案，以保障公路隧道施工的順利開展。

1.3 松散破碎地質

公路隧道施工中經常會遇到松散破碎地質的情況。在施工過程中，經常會發現有些區段的圍巖比較松散，穩定性不高，在后續施工中會出現坍塌。相關研究與實踐表明，當某區段的圍巖比較松散破碎時，該段的水侵害問題也會相對更加嚴重。由于破碎松散巖層內部結構不穩，空隙較大，導致其含水率較高，施工難度增加。因此，一般采用超前支護技術減小松散破碎地質條件給隧道工程帶來的影響，從而保證施工的順利進行。超前支護技術的主要作用是對圍巖進行保護，降低圍巖受破壞的程度，提高整體結構的穩定性[2]。除超前支護技術外，鉆孔排水施工技術在該類地質條件中的應用也較為廣泛。

1.4 流沙地質

流沙地質在公路隧道施工中較為常見。流沙地質最突出的問題就是穩定性不足，在公路隧道施工中極易出現坍塌、變形等問題，嚴重時將引發安全事故。因此應該對該地區的各類水文地質情況進行全面的勘查，明確施工區域內的流沙分層情況以及流沙層粒徑、塑性指數等。在正式施工前先分析該區域施工的要點、難點，在此基礎上制定科學的施工方案，從而保障隧道施工的質量與安全。通常在流沙區域施工時，工作人員需重點關注土方開挖施工，做到先護后挖，自上而下挖掘，從而提高隧道結構的安全性與穩定性。

2 復雜地質條件下的公路隧道施工技術

2.1 超前注漿改良

對于施工區域地質條件出現穩定性、剛度和強度不足等情況，可在正式施工前先通過向地質注漿的方式對不良地質條件進行改良，使其各方面性能達到工程施工標準[3]。為確保改良效果，工作人員還需嚴格控制漿液質量，合理配比漿液，均勻拌制，確保漿液的均勻性、黏稠度等符合施工要求。

2.2 超前支護

在復雜地質條件下，超前支護是公路隧道施工的重要措施。應用超前支護技術提前對一些不穩定因素進行防護，從而為隧道開挖施工提供更多安全條件。如在圍巖松散破碎的施工區域，利用超前支護技術可提升圍巖結構的穩定性，盡可能減少公路隧道施工與使用過程中出現變形、坍塌等問題，保障公路隧道工程施工質量與安全。在實際施工過程中，相關工作人員需根據地質類型、地下水變化規律選用合適的支護方式。目前在公路隧道施工中常用的超前支護技術有超前小導管支護、超前鋼插管支護、超前錨桿支護等，工作人員可根據具體的地質情況合理選擇與應用，有效提升整體施工質量與效果。

2.3 隧道洞身開挖

根據隧道開挖支護情況，結合其地質條件與施工要求等，可采用三臺階法進行隧道開挖施工。即以三臺階弧形導坑開挖作為隧道施工的基礎，在對各臺階核心土保留的基礎上實現開挖斷面的穩定提升，同時采用多個開挖面開展縱向流水作業，靈活進行作業工序轉換，以確保隧道開挖施工的工作效率。在此基礎上，通過預留臨時仰拱以促進隧道開挖施工的推進，在“短進尺、弱爆破、快封閉、強支撐、勤測量”施工原則指導下，避免隧道開挖施工中坍塌的發生，以確保整個隧道開挖施工的進度和安全。

2.4 鉆孔排水

在對公路隧道施工時，若某地段存在松散破碎地質和流沙地質，含水量較大，地質結構不夠穩定，選用鉆孔排水法來對該段地質進行處理，起到良好的排水加固效果。相關工作人員須結合實際情況合理確定孔位和孔數，保證鉆孔位置適宜，排水孔數量適當。施工過程中，相關工作人員可找到洞內出水量較大的點，準確定位后，在進行仰拱施工時預留出涌水管至洞內仰拱面。此外，在一些公路隧道施工中，還可根據工程實際情況，組織相關技術人員根據設計圖紙以及公路隧道地下水變化情況，向溝槽內填入碎卵石，在橫向溝槽內設置集水井，以此提高工程基礎部位的整體承載力，增強工程施工效果[4]。

3 實例分析

近年來，針對復雜、多變、危險系數高等特點的地質條件，公路隧道開挖施工難度大，可在施工前采用數值模擬分析，確定合理的施工技術。

3.1 隧道模型

某公路隧道主洞的開挖施工方法模型如圖1所示。

圖1 各開挖施工方法模型圖

3.2 參數分析

圖2與圖3所示為公路隧道全斷面法與正臺階法開挖的三維建模示意圖。表1為在不同臺階長度下開挖的數據對比分析表，圖4為對應的數據對比分析圖。

表1 不同臺階長度下開挖數據對比分析表

圖2 全斷面法開挖三維建模

圖3 正臺階法開挖三維建模

圖4 不同臺階長度下開挖數據對比分析圖

運用全斷面法開挖的隧道掌子面拱頂下沉3.12 mm，根據表1和圖4顯示，正臺階法相比全斷面法拱頂下沉減少率最大為12.27%，因此，正臺階法對隧道掌子面的拱頂下沉影響不大。掌子面水平位移5.23 mm，當臺階長度為D時，水平位移減少率最大為26.2%，說明正臺階法對隧道掌子面的水平位移影響比較大，臺階長度越長影響越大，因此建議將臺階長度定為D。

圖5為公路隧道環形開挖預留核心土法開挖的三維建模示意圖。表2為在不同核心土長度下開挖的數據對比分析表，圖6為對應的數據對比分析圖。

圖5 環形開挖預留核心土法開挖三維建模

表2 不同核心土長度下開挖數據對比分析表

運用全斷面法開挖的隧道掌子面拱頂下沉3.12 mm，根據表2和圖6顯示，環形開挖預留核心土法相比全斷面法拱頂下沉減少率最大為25.2%，因此，環形開挖預留核心土法對隧道掌子面的拱頂下沉影響較大。掌子面水平位移5.23 mm，當核心土長度為D時，水平位移減少率最大為59.9%，說明環形開挖預留核心土法對隧道掌子面的水平位移影響比較大，但在核心土長度大于0.75D時，影響基本保持不變，因此建議將核心土長度定為0.75D。

圖6 不同核心土長度下開挖數據對比分析圖

在該復雜地質條件下的公路隧道施工中，相關技術人員需根據施工現場監測的數據，將經驗與數值模擬的計算方法結合起來，做好復雜地質條件下公路隧道開挖施工，從而保障公路隧道施工的質量與安全。

4 結束語

綜上所述，復雜地質條件下公路隧道開挖施工具有一定難度，施工質量與安全性難以保障。為此，在復雜地質條件下進行公路隧道開挖施工時，相關單位與工作人員應先做好地質勘查工作，通過勘查全面了解施工區域的地質條件，在此基礎上選用合理的施工技術，從而保障公路隧道施工的質量與安全。