復(fù)雜地質(zhì)隧道施工工藝控制與優(yōu)化探討

楊建榮

摘 要：近幾年，我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)鐵路建設(shè)的施工提出了更高要求，尤其是復(fù)雜地質(zhì)隧道的施工，為此，本文結(jié)合蘭州至合作鐵路黃家?guī)X隧道來(lái)探討復(fù)雜地質(zhì)隧道的施工工藝控制與優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)；隧道施工；施工工藝控制與優(yōu)化

我國(guó)中西部地區(qū)地形多變，地質(zhì)復(fù)雜，不可預(yù)測(cè)因素的存在等導(dǎo)致施工條件較差，這就需要采用隧道的形式來(lái)提高鐵路建設(shè)的安全等性能。本文結(jié)合黃家?guī)X隧道來(lái)探討復(fù)雜地質(zhì)隧道施工工藝控制和優(yōu)化。黃家?guī)X隧道位于黃土梁峁區(qū)，梁峁間溝壑縱橫，溝谷深切，地形起伏大，不良地質(zhì)主要有坡面坍塌、巨型錯(cuò)落、滑坡等，特殊巖土為濕陷性黃土和膨脹巖。進(jìn)口位于紅地溝左側(cè)臺(tái)地上，該臺(tái)地地形相對(duì)較平坦，小沖溝及黃土陷穴發(fā)育，無(wú)交通便道，交通條件差。

一、黃家?guī)X隧道地質(zhì)分析和洞口淺埋段施工

（一）黃家?guī)X隧道復(fù)雜地質(zhì)分析

黃家?guī)X隧道進(jìn)口端臨近錯(cuò)落和滑坡帶，錯(cuò)落、滑坡體內(nèi)多為砂質(zhì)黃土（Q4sl3），隧道進(jìn)口DK48+849～DK49+048段沖溝臺(tái)地上多為砂質(zhì)黃土（Q4al3），隧道洞身主要地層為泥巖（N2Ms），以黏土礦物為主，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，夾有砂巖、泥質(zhì)砂巖，砂質(zhì)泥巖薄層，局部含有石膏巖，成巖作用差，錘擊易碎，強(qiáng)風(fēng)化層厚度不等。進(jìn)口砂質(zhì)黃土長(zhǎng)66m；其他以泥巖為主。施工中坡面溜坍、滑坡、塌方的可能性大，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。整體工程位于祁連褶皺系的東南端，屬于多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)明顯的地區(qū)，僅在隧道進(jìn)口端紅地溝有常年流水沖溝，水量不大，加上西北內(nèi)陸干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，破壞后較難恢復(fù)。

（二）黃家?guī)X隧道洞口淺埋段施工工藝

黃家?guī)X隧道洞口淺埋段施工工藝及措施：1）在洞口淺埋段、溝谷段、偏壓段，采用短臺(tái)階法開挖，隨挖隨支，襯砌緊跟，設(shè)超前大管棚及小導(dǎo)管支護(hù)。2）加強(qiáng)施工用水管理，嚴(yán)防軟化地基出現(xiàn)坍塌。3）及時(shí)施做仰拱和封閉鋼架，特別是隧底部分，防止鋼架內(nèi)移失穩(wěn)造成塌方。4）在施做支護(hù)時(shí)，鋼架地基應(yīng)平整壓實(shí)，設(shè)混凝土墊塊。5）錨噴支護(hù)的施工工序，應(yīng)按開挖、初噴、布設(shè)錨桿、掛網(wǎng)和架立鋼架、復(fù)噴的步驟進(jìn)行。在第一次開挖完成后，隧道斷面位移速度最大，應(yīng)及時(shí)施做初期支護(hù)，約束圍巖早期變形。6）隧道在上半斷面施工支護(hù)完成并進(jìn)行下部開挖時(shí)，拱腳位置應(yīng)預(yù)先采取加固措施，打鎖腳錨桿，防止由于下部開挖拱腳失穩(wěn)拱架下沉引起坍塌。7）淺埋隧道的施工，必須注意仰拱與掌子面的安全距離，仰拱開挖長(zhǎng)度不大于3m，初期支護(hù)盡早封閉成環(huán)，襯砌緊跟。

二、黃家?guī)X隧道洞口淺埋段施工工藝控制與優(yōu)化分析

隧道進(jìn)口端在DK48+849～945巨型錯(cuò)落體右側(cè)前緣錯(cuò)落堆積體中通過(guò)，主要地質(zhì)為砂質(zhì)黃土夾砂巖及泥巖碎塊，該堆積體經(jīng)后期流水沖刷已形成臺(tái)地，臺(tái)地地表地層為沖積砂質(zhì)黃土，其下覆蓋有錯(cuò)落堆積體。隧道在該段埋深較淺，該巨型錯(cuò)落體主錯(cuò)方向與線路走向近乎平行，目前該錯(cuò)落處于穩(wěn)定狀態(tài)，但若施工方法選取不當(dāng)，如采用大開挖或爆破等方法施工，易引起錯(cuò)落體局部復(fù)活，因此，要加強(qiáng)淺埋段的施工工藝控制和優(yōu)化，具體措施如下：

（一）地表預(yù)加固注漿輔助優(yōu)化加固性能

地表注漿主要應(yīng)用于圍巖地質(zhì)條件差、偏壓、洞口及淺埋層土體的固結(jié)、加固洞周圍巖等復(fù)雜地質(zhì)中，通過(guò)注漿加固，平衡巖土壓縮性和不均勻性，充分利用圍巖的自承重能力來(lái)分擔(dān)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，強(qiáng)化巖土穩(wěn)定性，降低變形，并將注漿區(qū)域等與隧道整體緊密聯(lián)系，改善隧道成洞條件，進(jìn)一步維護(hù)土體，還能降低地表下沉以及偏壓、地下水等對(duì)隧道開挖的不利影響，這樣的輔助措施能進(jìn)一步提升隧道工程的安全和穩(wěn)定性能。

（二）采用絲網(wǎng)和外加劑強(qiáng)化錨噴控制技術(shù)

錨噴施工支護(hù)能利用金屬錨桿和噴射水泥混凝土的雙重作用加固巖層，并防止巖體的松動(dòng)及分離，而面對(duì)破碎的巖體工程狀況時(shí)，可以采用絲網(wǎng)拉擋錨桿間的破碎巖塊來(lái)增強(qiáng)混凝土噴層，輔助噴錨支護(hù)，同時(shí)，為了強(qiáng)化噴射混凝土的強(qiáng)度和粘結(jié)力，減少回彈的發(fā)生，施工中可以通過(guò)水玻璃、早強(qiáng)劑等外加劑減少和避免混凝土脫落，也可在周邊添加鋼格柵，進(jìn)一步提高噴層的抗裂性能。

（三）利用留核心土法延緩圍巖變形

施工過(guò)程中，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)提供的圍巖和支護(hù)的應(yīng)力、應(yīng)變和信息，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方法進(jìn)行必要的調(diào)整和修改，以保證施工階段支護(hù)體系有足夠的可靠度，從而確保施工安全。這時(shí)，可以采用留核心土法，在原有開挖方式的基礎(chǔ)且不影響施工的基礎(chǔ)上，預(yù)留適當(dāng)面積和長(zhǎng)度的核心土，并先開挖兩側(cè)再開挖拱頂后開挖核心土，依托核心土體增設(shè)扇形臨時(shí)支護(hù)來(lái)輔助開挖，能有效地控制變形，提高巖體的安全及穩(wěn)定，降低施工投資，加快施工進(jìn)程。

（四）加強(qiáng)施工檢測(cè)和反饋，優(yōu)化施工效果

施工過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要和后期的檢測(cè)相結(jié)合，密切監(jiān)控量測(cè)施工中的圍巖、支護(hù)等的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、變形等信息及情況，并及時(shí)的進(jìn)行反饋，進(jìn)而為施工方法的調(diào)整、優(yōu)化和完善奠定基礎(chǔ)，確保施工的各個(gè)操作和措施更加可靠和安全，從而促進(jìn)整體施工安全和穩(wěn)定。尤其是對(duì)控制拱部沉降的檢測(cè)，在密切檢測(cè)的同時(shí)按照超前加固支護(hù)，合理開挖，重點(diǎn)控制拱部變形的原則來(lái)開展；對(duì)二次襯砌通過(guò)嚴(yán)密的檢測(cè)來(lái)確定進(jìn)行襯砌的最佳時(shí)間，進(jìn)而保證隧道圍巖的穩(wěn)定性；同時(shí)，不實(shí)施錨桿的拱頂黃土段圍巖應(yīng)當(dāng)密切、重點(diǎn)檢測(cè)隧道及地表的沉降，進(jìn)而通過(guò)反饋結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸毯脱a(bǔ)強(qiáng)。

三、結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜地質(zhì)條件已經(jīng)成為制約隧道工程建設(shè)的主要因素，這就要求在復(fù)雜地質(zhì)隧道施工時(shí)應(yīng)當(dāng)更加詳盡嚴(yán)密的勘探地址構(gòu)造，根據(jù)實(shí)際情況利用先進(jìn)施工工藝優(yōu)化施工，加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量及工藝的控制，進(jìn)而保證隧道工程施工的安全性，促進(jìn)隧道工程保質(zhì)保速的竣工。

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