復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)研究

陳建波

（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇島 066000）

1 引言

近年來，我國交通行業(yè)得到了全面的提升和發(fā)展，為此，隧道工程項目的數(shù)量逐漸增加。但在隧道實際建設(shè)施工過程中，經(jīng)常會遇到地質(zhì)條件相對復(fù)雜的情況，為了有效開展隧道工程施工，需要技術(shù)人員根據(jù)不同類型的地質(zhì)條件選擇合適的施工模式，在確保施工安全的同時，最大限度地提升隧道工程建設(shè)的質(zhì)量和效率。

2 隧道施工中常遇到的復(fù)雜地質(zhì)條件

2.1 大斷層隧道區(qū)域

在隧道建設(shè)工程實際開展過程中，經(jīng)常會遇到比較復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，其中，土質(zhì)結(jié)構(gòu)大斷層問題相對比較常見。通常情況下，在受到土壤塌方、結(jié)構(gòu)渠道涌水及水壓等外界因素的綜合影響下，會加大土壤結(jié)構(gòu)斷層破碎問題產(chǎn)生的概率。尤其是隧道挖掘施工時，遇到的斷層問題產(chǎn)生較多，此種地質(zhì)結(jié)構(gòu)及條件相對比較復(fù)雜，施工危險性較高，在實際工程建設(shè)中，不僅嚴重影響了整體建設(shè)項目和工程的安全性，而且在一定程度上還影響了建筑工程的整體進度。同時，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)中大斷層區(qū)域的規(guī)模較大，會產(chǎn)生較多間層，因此，往往具有富水特性，最終導(dǎo)致建筑施工過程中極易出現(xiàn)涌泥、涌水等問題。同時，在這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，地下水活動也相對頻繁，進一步增加了隧道內(nèi)部施工的整體難度。

2.2 軟弱圍巖隧道區(qū)域

在隧道工程的施工過程中，技術(shù)人員應(yīng)首先對隧道施工的實際情況、技術(shù)要點以及施工重點等進行全面的分析，并以此為基礎(chǔ)，充分了解隧道的圍巖情況后進行技術(shù)處理。隧道內(nèi)部建設(shè)的圍巖結(jié)構(gòu)主要是指隧道在基礎(chǔ)應(yīng)力條件下，依靠設(shè)備和技術(shù)手段建設(shè)出可以承載整個建設(shè)項目應(yīng)力的巖石結(jié)構(gòu)體，以此保證隧道工程施工作業(yè)的安全性，避免出現(xiàn)軟弱巖石結(jié)構(gòu)問題。對于軟弱圍巖隧道區(qū)域，其主要問題是巖石結(jié)構(gòu)強度較小，基礎(chǔ)承載力無法達到進行隧道建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。同時，此種巖石通常分布不均勻，在隧道施工時，極易產(chǎn)生巖石結(jié)構(gòu)體損壞或松散現(xiàn)象，從而導(dǎo)致大量巖石出現(xiàn)裂縫。如果水從裂縫中滲入巖層，會使巖層受到嚴重侵蝕，加速巖石軟化，最終產(chǎn)生塌方問題[1]。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件隧道施工技術(shù)

3.1 淺埋偏壓隧道施工技術(shù)

通過對目前我國大部分隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖石成分進行綜合分析可知，淺埋偏壓地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬于常見的隧道施工基礎(chǔ)，為了盡可能降低淺埋偏壓地質(zhì)條件對隧道工程的影響，進而減少隧道建設(shè)產(chǎn)生的安全問題，提升隧道結(jié)構(gòu)的安全性和可行性，需要技術(shù)人員選擇適合的施工技術(shù)和結(jié)構(gòu)體系。只有施工人員全面了解淺埋偏壓基礎(chǔ)地質(zhì)條件特點，結(jié)合隧道施工可能產(chǎn)生的形變和安全問題，才能以此為基礎(chǔ)制定出相關(guān)的解決措施。淺埋偏壓地質(zhì)與其他類型地質(zhì)結(jié)構(gòu)相比較，由于其深埋程度相對較淺，且整體土壤覆蓋結(jié)構(gòu)層相對較薄，因此，在后期隧道建設(shè)過程中，無法形成獨立的襯砌結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致塌陷事故。尤其是在實際工程施工過程中，一旦地表產(chǎn)生塌陷或其他結(jié)構(gòu)問題，破壞了巖土體的平衡狀態(tài)，會對隧道結(jié)構(gòu)安全性及隧道施工質(zhì)量造成不利影響。

在淺埋偏壓隧道的施工過程中，首先需要將地面結(jié)構(gòu)全面沖刷填平，填充裂縫并夯實。其中，單側(cè)加長錨桿以及水平鋼在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上要保證支撐水平，需要在產(chǎn)生較大形變問題初級階段針對施工現(xiàn)場的實際情況使用應(yīng)急措施。在施工初期，通常要在隧道頂部位置使用厚度為8 cm，直徑為6 mm 的鋼筋網(wǎng)并全面噴射混凝土完成基礎(chǔ)鋪砌施工。基礎(chǔ)鋪設(shè)范圍需要在中軸線范圍左側(cè)20 m 直至右側(cè)坡邊，保證將兩側(cè)鋪設(shè)成制作成斜坡狀態(tài)，并且設(shè)置橫向以及環(huán)向地面節(jié)流，強化排水系統(tǒng)。

同時，在隧道中間區(qū)域需要采用I20 鋼設(shè)置橫向基礎(chǔ)支撐，間距控制在約1.2 m，其中，工字鋼為上、下2 排結(jié)構(gòu)，2 排工字鋼的間距需要能夠設(shè)置至少3 道豎向支撐結(jié)構(gòu)，工字鋼兩側(cè)需要與鋼材結(jié)構(gòu)架進行焊接處理，并且將所有的工字鋼使用直徑為22 mm 的鋼筋進行縱向連接。在使用錨桿、橫向工字鋼支撐后，雖然隧道外部形變雖然得到了一定的控制，但是其形變問題仍然有緩慢增長趨勢，為了進一步確保隧道邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和施工安全性，需要使用洞頂減壓卸載技術(shù)進行施工，從而加強坡體基礎(chǔ)穩(wěn)定性。在具體實施過程中，首先需要在隧道洞頂上方使用進行挖掘，其挖掘深度需要根據(jù)地質(zhì)形態(tài)和基礎(chǔ)深度確定，并在坡腳設(shè)置頂寬1.0 m 的漿砌片石擋墻，形成反壓護道，以達增阻目的。

3.2 圍巖施工技術(shù)

由于隧道工程建設(shè)的特殊性，從工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面進行分析和對比，軟弱圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)在隧道施工過程中，極易受到外界因素的影響，加上我國不同地域的地質(zhì)條件各不相同，其外界影響因素也存在著特殊性和復(fù)雜性。因此，在軟弱圍巖地質(zhì)條件下進行隧道施工時，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)工程周邊的自然環(huán)境和實際情況準(zhǔn)確判斷影響隧道建筑施工的主要外界因素，并以此為基礎(chǔ)優(yōu)化現(xiàn)有的隧道建設(shè)模式，如合理的支護方法可以有效防止在隧道施工期間軟弱圍巖土質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形問題，盡可能降低工程建設(shè)經(jīng)濟損失。

復(fù)雜地層環(huán)境下隧道挖開之后，可能會造成圍巖形變問題，或者由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)長期受到水的浸泡、風(fēng)化等作用造成結(jié)構(gòu)性裂縫問題，削弱了圍巖的支撐能力，進而破壞工程基礎(chǔ)穩(wěn)定性。針對此問題，應(yīng)首先針對圍巖壓力以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)層轉(zhuǎn)變情況進行詳細的分析和討論，掌握系統(tǒng)變化規(guī)律。同時，為了進一步減少對圍巖的擾動，需要使用無爆破掘進技術(shù)并結(jié)合掘進機、風(fēng)鎬、液壓鎬開挖設(shè)備和技術(shù)模式，科學(xué)、合理地減少圍巖暴露的時間，防止出現(xiàn)圍巖膨脹變形。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件隧道施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 隧道孔洞施工

在隧道孔洞施工過程中，挖掘環(huán)節(jié)應(yīng)選擇適合的開挖模式，相關(guān)的技術(shù)人員首先應(yīng)在對隧道整體建設(shè)方案進行全面了解后，結(jié)合隧道建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)和巖石特性進行綜合數(shù)據(jù)和信息分析，最終制定隧道挖掘和爆破方式。由于隧道周邊各級別、類型的巖石較多，因此，可以使用臺階模式進行深度挖掘，并且在實際工程施工過程中，對隧道過度挖掘等問題進行嚴格把控。而在對5 級軟弱巖石使用臺階方式進行挖掘時，應(yīng)在隧道周邊建設(shè)臨時支撐仰拱結(jié)構(gòu)，采用光面爆破技術(shù)進行施工，在此過程中，需要合理布置爆破點和整體炸藥使用量。并且在對5 級巖石進行開展的過程中，應(yīng)使用交叉中隔壁施工技術(shù)，針對隧道復(fù)雜區(qū)域巖石進行小范圍爆破和挖掘，從而有效提高隧道挖掘進度[3]。

為了在隧道挖掘時取得較高的光面爆破質(zhì)量，在炸藥的布置過程中，應(yīng)使其均勻分布，并將藥眼直徑控制在合理范圍內(nèi)，以保證炸藥爆破強度。另外，在爆破之前，應(yīng)對該區(qū)域的瓦斯?jié)舛冗M行檢測，如果超出安全標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員應(yīng)對其挖掘流程進行合理安排，為后續(xù)光面爆破打下良好環(huán)境基礎(chǔ)。

4.2 隧道支護施工

隧道支護施工過程中，首先需要使用濕噴機開展基礎(chǔ)作業(yè)，混凝土需要在隧道外部進行攪拌，攪拌完畢之后利用運輸設(shè)備運輸至隧道工作結(jié)構(gòu)面外部。使用設(shè)備噴射混凝土之前，需要使用高壓水流針對巖石結(jié)構(gòu)面殘存的灰塵、巖石以及雜物等進行清洗，使巖面保持一定的濕度。

混凝土噴射作業(yè)應(yīng)分段、分片，并且由下而上進行，采用6 m3/h 的濕噴設(shè)備。初噴混凝土厚度應(yīng)不小于2～4 cm。格柵拱架等安裝完后進行復(fù)噴混凝土作業(yè)，噴至設(shè)計厚度。

4.2.1 錨桿施工

錨桿施工之前，需要預(yù)先在隧道外部按照設(shè)計方案進行錨桿制作和技術(shù)加工，而工程施工時，錨桿鉆孔位置以及孔洞深度必須精準(zhǔn)，并且保證錨桿潔凈，達到標(biāo)準(zhǔn)后，使用高壓清洗孔洞內(nèi)部的巖石碎屑，然后，使用注漿泵將按照標(biāo)準(zhǔn)配置的砂漿灌入至孔洞內(nèi)部，砂漿強度達到設(shè)計要求后安裝墊板和螺帽。

4.2.2 鋼筋網(wǎng)絡(luò)施工

錨桿施作好后進行鋼筋網(wǎng)的鋪裝，將洞外加工成片的鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨高就低緊貼初噴面，用沖擊孔打淺孔埋膨脹螺栓，鋼筋網(wǎng)固定于螺栓上，用電焊焊于錨桿尾部，固定牢固。

5 結(jié)語

在隧道施工過程中，如果地質(zhì)結(jié)構(gòu)及自然環(huán)境相對復(fù)雜，需要技術(shù)人員針對隧道洞口規(guī)格以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建造要求，采用科學(xué)、可行的建設(shè)技術(shù)，對工程進行全面管理，避免出現(xiàn)安全和質(zhì)量問題，從根本上保證隧道工程施工的整體建設(shè)水平。