探討復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道的施工技術(shù)

陸 沫

（貴州公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

目前，隧道工程已成為高速公路建設(shè)中最為重要的組成部分，但由于其設(shè)計(jì)規(guī)模大、施工周期長、工序復(fù)雜、施工中存在的不可控因素較多，增加了其施工難度和風(fēng)險[1]。因此，相比常規(guī)的工程施工，隧道工程施工更加危險，應(yīng)綜合各方面因素，科學(xué)選擇施工技術(shù)和方案，確保隧道施工的安全性、可靠性，全面提升隧道施工技術(shù)水平[2]。因此，該文針對復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)實(shí)施全面探究，分析了施工中常見問題，并提出了針對性技術(shù)措施，有效避免復(fù)雜地質(zhì)條件對隧道施工帶來的不利影響，全面提升了我國隧道施工的技術(shù)水平。

1 隧道工程施工特點(diǎn)

1.1 隧道施工方法

近年來，隨著我國高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展和完善，我國的隧道工程施工技術(shù)更加成熟，一系列新型隧道施工技術(shù)相繼出現(xiàn)，有效提升了隧道工程施工的整體水平。不同的隧道施工技術(shù)均有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如有些隧道施工技術(shù)工期短、造價低、安全性高等，施工時可結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工環(huán)境及地質(zhì)條件選擇合適的施工方式。同時，各隧道施工方式存在必然的聯(lián)系，可根據(jù)各種技術(shù)方案特點(diǎn)選擇更加經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的施工方案。

1.2 不同隧道施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

現(xiàn)階段，我國的隧道工程施工已逐漸趨于成熟，形成了相對完善的技術(shù)體系，施工方式呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)，較為常用的施工方式有全斷面法、臺階法和分部開挖法三種方式，各種施工方式的使用條件及各方面指標(biāo)如表1所示，其各自具有的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

表1 不同隧道施工技術(shù)的綜合比較

（1）全斷面開挖法：該方法是根據(jù)隧道設(shè)計(jì)形式采用一次開挖成型的施工技術(shù)，全面開挖后實(shí)施全斷面初期支護(hù)，然后再進(jìn)行二次襯砌施工。該方法適用于圍巖等級Ⅰ~Ⅳ級的條件，如對于Ⅳ級圍巖，必須保證其從開挖至支護(hù)階段自身具有良好的穩(wěn)定性，安全系數(shù)要求較高[3]。此外，當(dāng)采用鉆孔臺車、施工臺架及高效率裝運(yùn)機(jī)械施工時，也可采用該技術(shù)，但為滿足施工經(jīng)濟(jì)性要求，必須保證隧道長度不得低于1 km。

（2）臺階法：該方法先采用橫向分割的形式將掌子面分為上下兩個部分，然后分步進(jìn)行開挖，通常先開挖上半部分，支護(hù)完成后，再進(jìn)行下半部分開挖。具體施工順序?yàn)椋洪_挖上部結(jié)構(gòu)、拱圈初期支護(hù)、拱圈二次襯砌、下部中間部位開挖、側(cè)墻開挖、側(cè)墻初期支護(hù)、側(cè)墻二次襯砌，總體而言臺階法對施工條件要求相對較低，圍巖應(yīng)用范圍更大，當(dāng)隧道洞內(nèi)空間允許、滿足速度及穩(wěn)定性要求便可施工，且實(shí)際施工中采取上部結(jié)構(gòu)開挖支護(hù)完成后再進(jìn)行下部土體開挖的施工方式，顯著提升了施工的完全性、可靠性[4]。由于該方法安全性較高，優(yōu)勢較為顯著，因此施工中應(yīng)用更加廣泛。

（3）分部開挖法：該開挖方式涉及內(nèi)容較多，主要包括環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、交叉中隔壁法和中隔壁法等幾種開挖方法，適用于圍巖穩(wěn)定性較差，不能實(shí)施大規(guī)模開挖的條件。1）環(huán)形開挖預(yù)留核心土法主要用于Ⅴ~Ⅵ級圍巖中，采用機(jī)械開挖為主，人工輔助開挖的方式進(jìn)行施工，待上半部分拱頂及側(cè)墻支護(hù)完成后，再進(jìn)行核心土及下部土體開挖，最后支護(hù)邊墻并封底。這種邊支護(hù)邊開挖的施工方式，顯著提升巖體穩(wěn)定性，使施工更加安全，風(fēng)險性更低；2）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，俗稱“眼鏡工法”，其主要適用于Ⅳ~Ⅴ級圍巖。施工時先進(jìn)行左右兩側(cè)導(dǎo)坑開挖，然后自上而下建立初期支護(hù)，能有效避免土體承載力不足的情況，提高安全等級，確保施工安全。但該技術(shù)工序復(fù)雜、施工速度慢，施工周期長，不易管理，施工成本高，經(jīng)濟(jì)性較差；3）交叉中隔壁及中隔壁法在跨度較大的隧道施工中較為常用。交叉中隔壁法先通過縱向分割將掌子面分割成左右兩部分，然后再采用橫向分割的方式進(jìn)行自上而下開挖中隔墻一側(cè)，支護(hù)完成后，再進(jìn)行對側(cè)施工；而采用中隔壁法施工應(yīng)嚴(yán)格控制施工進(jìn)度，開挖一步支護(hù)一步，嚴(yán)格按照噴錨支護(hù)、設(shè)置鋼架、施作中隔墻、臨時仰拱等順序進(jìn)行支護(hù)。

2 常見的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境類型

隧道施工中較為常見的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境主要有以下幾種類型：

（1）不良地質(zhì)。如山體滑坡、泥石流、斷層、濕陷性黃土層等。不良地質(zhì)環(huán)境出現(xiàn)時，極易造成隧道圍巖坍塌、變形、沉陷等現(xiàn)象，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。

（2）巖溶。常出現(xiàn)在巖層穩(wěn)定性較低的區(qū)域，若出現(xiàn)巖溶地質(zhì)條件，容易造成管涌、突泥等地質(zhì)狀況，對施工人員生命安全造成嚴(yán)重威脅。因此隧道施工中必須提前做好應(yīng)對巖溶地質(zhì)的措施，最大限度確保施工安全[5]。

（3）大斷層帶。大跨徑深層隧道工程施工中極易出現(xiàn)大斷層帶，施工難度較大，風(fēng)險較高，加之工程規(guī)模較大，施工中無法準(zhǔn)確識別和預(yù)判風(fēng)險，嚴(yán)重威脅施工安全。

（4）膨脹巖。此種巖體含有較多水分，膨脹變形顯著，內(nèi)部存在較大應(yīng)力作用，膨脹力作用范圍對隧道主體結(jié)構(gòu)安全具有重要影響。因此必須進(jìn)行具體試驗(yàn)確定其存在形式，以便提前采取防范措施。

（5）軟弱圍巖。此類巖體承載力、黏聚力較低，遇水易軟化，極易造成巖體開裂、山體滑坡、坍塌、沉陷等地質(zhì)災(zāi)害，引發(fā)安全事故。針對存在的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，應(yīng)提前調(diào)查，對潛在風(fēng)險實(shí)施預(yù)測，提前采取加固措施，確保隧道施工的安全性、可靠性。

3 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工常見問題

3.1 地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜

地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜具體表現(xiàn)在兩個方面。一方面指施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)狀況不佳，如作業(yè)區(qū)巖層復(fù)雜，穩(wěn)定性較差，施工難度較大。若施工過程中遭遇堅(jiān)硬巖石需貫穿通過，而在硬度較低的區(qū)域，則容易造成巖體變形，有時甚至?xí)斐伤淼浪荩l(fā)安全事故。另一方面指的是公路隧道工程施工區(qū)域周邊地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，如施工區(qū)域周邊存在大量的濕陷性黃土、礦洞、天然氣管線、居民區(qū)等。若施工時忽視此類問題，未進(jìn)行提前規(guī)劃，勢必會對人們的正常生產(chǎn)活動造成不利影響，增加施工安全風(fēng)險。

3.2 施工技術(shù)水平偏低

隧道工程施工中最重要的環(huán)節(jié)是選擇科學(xué)有效的隧道施工技術(shù)，它直接決定了隧道施工的質(zhì)量、安全和效率。現(xiàn)階段，為有效滿足隧道施工要求，保證隧道施工的高效性、安全性，通常會引進(jìn)鉆爆法、掘進(jìn)機(jī)法、通風(fēng)技術(shù)、支護(hù)技術(shù)等一系列先進(jìn)技術(shù)。但由于實(shí)際施工時，施工方投入的人力、財(cái)力資源有限，造成各項(xiàng)技術(shù)得不到有效利用，嚴(yán)重降低施工效率，威脅施工安全。

3.3 隧道施工全過程管理存在不足

隧道工程施工環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)狀況差異性較大，施工前應(yīng)進(jìn)行全面勘探，并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，合理規(guī)劃、組織施工，針對風(fēng)險性較大區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)分析和勘察，提早預(yù)測并識別潛在風(fēng)險因素，有效防止地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，確保施工安全[6]。調(diào)查顯示，地質(zhì)狀況不良是引發(fā)隧道坍塌最關(guān)鍵的因素，且地質(zhì)狀況在隧道工程施工中是無法避免的，因此必須采取科學(xué)有效的防護(hù)措施，改善地質(zhì)條件。而實(shí)際施工時，施工方過度重視經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)場施工管理混亂，各項(xiàng)安全防護(hù)措施得不到有效落實(shí)，嚴(yán)重影響隧道施工質(zhì)量和施工安全。

4 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路隧道施工技術(shù)

4.1 地質(zhì)勘測施工技術(shù)

復(fù)雜地質(zhì)條件下高速公路隧道施工存在較高的安全風(fēng)險，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度，因此必須加強(qiáng)前期地質(zhì)勘測，提高勘測信息的準(zhǔn)確性、可靠性，從而保證隧道施工的安全性、高效性[7]。

（1）委托具有專業(yè)資質(zhì)的地質(zhì)勘測機(jī)構(gòu)對施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)狀況實(shí)施全面勘察，準(zhǔn)確識別和預(yù)測風(fēng)險區(qū)域和風(fēng)險等級。采用精密探測設(shè)備對風(fēng)險較高區(qū)域?qū)嵤┲攸c(diǎn)檢測，進(jìn)一步確定風(fēng)險等級，結(jié)合相關(guān)檢測信息制定隧道施工方案，并對其可行性進(jìn)行綜合探究。

（2）應(yīng)全面了解施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境狀況，采用地質(zhì)探孔的方式確定隧道施工區(qū)域的地質(zhì)狀況，對其指標(biāo)性能實(shí)施綜合分析，判定能否滿足施工要求。

（3）全面分析勘測信息，準(zhǔn)確了解隧道施工區(qū)域內(nèi)巖溶、斷層帶、膨脹巖等具體位置，并全面掌握隧道施工用水情況。

（4）準(zhǔn)確判定隧道圍巖等級，采取科學(xué)合理的隧道施工技術(shù)，確保隧道工程施工質(zhì)量和安全。

4.2 斷層與破裂帶施工技術(shù)

隧道施工中遇到斷層和破裂帶時，為確保施工安全，應(yīng)采用管徑為42 mm超前注漿導(dǎo)管對隧道實(shí)施注漿加固處理。通過施作水泥漿，使破裂巖體固結(jié)成為一個整體，增強(qiáng)巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，防止圍巖開裂變形。

隧道施工需采用光面爆破技術(shù)，應(yīng)結(jié)合圍巖等級科學(xué)確定鉆孔設(shè)備，并制定安全可靠的爆破方案。該技術(shù)可最大限度降低爆破對周圍巖體造成的干擾，減少圍巖開挖量，保證巖體整體性，能有效提升隧道施工質(zhì)量、安全和效率。

4.3 隧道變形控制技術(shù)

隧道工程施工中不可避免地會遇到炭質(zhì)泥巖和粉質(zhì)砂巖等不良地質(zhì)環(huán)境，在施工干擾下，極易引起坍塌、沉陷等事故，嚴(yán)重威脅施工安全。為確保隧道工程整體強(qiáng)度滿足要求，應(yīng)采取科學(xué)有效的施工方案，全面提升隧道承載力和穩(wěn)定性。

（1）隧道工程施工前，應(yīng)科學(xué)實(shí)施地質(zhì)勘測，全面了解施工區(qū)域的地質(zhì)狀況，預(yù)測安全事故發(fā)生的可能性，對各區(qū)域存在的潛在風(fēng)險進(jìn)行識別，以提前采取防范措施。

（2）隧道開挖過程中，應(yīng)采取科學(xué)有效的錨桿支護(hù)措施，以有效防止隧道變形，提升隧道內(nèi)巖體穩(wěn)定性，避免坍塌事故發(fā)生。

（3）隧道施工前，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇合理的施工技術(shù)方案，并提前制定應(yīng)對各種突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案，有效確保隧道工程建設(shè)的順利完成。

5 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工的安全管理

復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工過程中存在的不可控因素較多，其風(fēng)險因素復(fù)雜多變。因此，應(yīng)結(jié)合具體情況，采用科學(xué)有效的施工技術(shù)，提高隧道工程施工水平。同時，還應(yīng)科學(xué)做好隧道施工的安全管理工作，保證隧道施工的安全和效率。

（1）強(qiáng)化安全風(fēng)險防控。施工單位應(yīng)積極組織施工人員安全教育培訓(xùn)，提升工人安全意識，增強(qiáng)識別風(fēng)險、躲避風(fēng)險的能力，將“安全第一”放在首位，全面確保施工安全。

（2）加強(qiáng)施工過程管控。隧道施工過程中應(yīng)加強(qiáng)施工區(qū)域地質(zhì)監(jiān)測，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)信息，科學(xué)組織施工。針對風(fēng)險性較大的區(qū)域，采取相應(yīng)的加固措施，保證其安全性、穩(wěn)定性滿足要求后，方可組織工人施工。同時，施工過程中嚴(yán)格落實(shí)安全管控制度，提高施工人員安全責(zé)任意識。

（3）實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化管理。隧道工程施工中應(yīng)實(shí)施全過程監(jiān)管制度，嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)體制，對存在的風(fēng)險實(shí)施預(yù)測和防范，從根本上防止安全風(fēng)險產(chǎn)生。當(dāng)施工過程中出現(xiàn)安全事故時，應(yīng)積極采取科學(xué)有效的應(yīng)對措施，及時消除安全隱患，在保證安全的條件下，方可進(jìn)行后續(xù)施工[8]。復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道工程施工存在較高的安全風(fēng)險，且多數(shù)情況下是不可抗性的，因此實(shí)現(xiàn)施工管理標(biāo)準(zhǔn)化是十分必要的。

（4）制定必要的應(yīng)急預(yù)案和處理措施。隧道工程施工中安全事故具有突發(fā)性，若施工中出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)立即停止施工。隧道開挖過程中，施工人員應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范要求施工，關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工序應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，最大限度防止人為操作不當(dāng)造成安全事故。正式施工前，應(yīng)全面勘測施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境狀況，并結(jié)合勘測信息及隧道具體情況，制定科學(xué)有效的應(yīng)急預(yù)案，全面保證施工安全。

6 結(jié)論

綜上所述，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高速公路隧道施工存在諸多不可控因素，極大地增加了施工風(fēng)險和難度。因此為有效增強(qiáng)隧道工程施工的安全性、高效性，保證隧道施工的順利進(jìn)行，應(yīng)積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，并對現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施優(yōu)化和完善，全面提升隧道工程施工技術(shù)水平。此外，還應(yīng)積極做好隧道施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境勘測，為隧道工程施工提供準(zhǔn)確可靠的信息支持，從根本上保證隧道施工的質(zhì)量。