复杂地质条件下隧道施工技术研究

时间：2024-07-28

代巨梁

（四川巴陕高速公路有限责任公司，四川成都 610041）

对于复杂的工程地质条件来说，目前并没有一个比较准确的定义，依据岩土工程勘察规范以及地质灾害危险性评估划分标准来讲，一般认为岩土种类多且不均匀，性质变化需要进行特殊处理的，存在严重膨胀、软弱等特点的特殊性岩土和需要做专门处理（如高瓦斯、高含水量）的岩土体基本可以认为是复杂地质条件。在这种条件下进行隧道施工难度非常高。

1 隧道施工的难点

隧道工程属于岩土工程的一类，与岩土有关的工程都具有非常复杂的特性。岩土是自然和历史的产物，在不同自然条件下，岩土呈现不同的特性，在隧道施工当中，因为岩土的特性会导致出现典型的技术不确定性、不稳定性以及对自然条件的依耐性。

首先，技术不确定性主要是隧道施工中对项目整体的地质条件有一定不确定性，以现有的技术手段来说很难实现对整个项目地质条件全面的掌控，同时岩土结构因为环境变化会产生一定的不确定性，施工的难度大，施工过程中需要不断进行超前的勘探，明确施工工段前方的实际地质情况，进而确定适合的施工工法，不仅要保证安全性和科学性还要保证经济性，技术难度比较高。

其次，隧道施工因为基本都在地下，需要一定的施工空间来实现地下结构的构筑，因为隧道施工打破了原有岩土应力的平衡就必须要对开拓出来的地下空间的土体进行支护，如何支护以及支护能不能到位都是难点，支护不到位很可能造成施工空间周围土体不稳，出现变形，变形严重就极可能引发严重安全事故。

最后，隧道施工技术的选择对地质条件的依赖性非常高，不同地质条件需要采取不同的施工技术手段来施工，但地质条件不确定，施工当中就需要随时调整施工技术，这对施工影响很大，有时可能会因为遇到与地勘资料不符的情况，会导致施工技术发生根本性的变化，比如滇西地区比较突出软土方面的施工技术，而重庆地区则比较注重山区岩石方面的施工技术。

2 复杂地质条件下的隧道施工要点

复杂地质条件下的隧道施工难度非常高，稍有不慎就有可能出现安全事故，比如安委办明电[2018]3 号谈及佛山地铁2.7 事故用了这样的文字——工程项目相关单位对施工地段复杂地质情况认识不足，复杂地质条件包括各种对工程施工不利的因素，在隧道施工当中就必须要克服不利因素，保证施工安全以及施工质量，为此必须要做到三超前，四到位以及一强化。

2.1 三超前

三超前，即超前的预报，超前的加固以及超前的支护。其中超前预报要针对施工工段前方的地质条件进行预报，采取物探技术、钻探技术、化探技术等明确施工工段前方的地质条件，如果周围可能赋存地下水，则要特别注意探明前方地下水的发育情况，未探明不得进行施工。比如说佛山地铁2.7 事故的直接原因就来自于突涌水，很明显施工单位施工期间并没有做好超前的预报。超前的加固目的是保证施工的安全，比如说在断层破碎带、软弱地层以及富含水的地层当中一定要做好超前加固，当然对于膨胀土则主要靠降低围岩暴露时间以及及时跟进衬砌来处理，避免围岩膨胀变形。超前加固通常采用注浆法，注浆法当中也分局部注浆和全断面注浆，一般还是要看地质条件。超前的支护一般采取管棚+导管的方式，比如说在浅埋洞口、断层破碎带、下穿公路等隧道当中比较适合用管棚，管棚通常使用钢管，直径在70～150mm 之间，长度则根据工程实际来定，利用管棚超前支护需要设定工作间，当然如果施工开挖循环比较多，管棚会影响到开挖，还有一种不需要工作间的管棚超前支护，方法是直接将管棚打入开挖断面外。导管更适合破碎围岩等施工安全要求高的隧道。

2.2 四到位

四到位，要选对施工工法，必须要配合超前预报揭示的地质条件和超前加固的情况来定施工开挖方法如台阶法、分部开挖法、全断面开挖法等，在施工期间必须要随时根据超前预报揭示的地质条件来调整施工方法，以保证安全为原则，遵从简单到复杂，减少开挖步骤，保证工效。开挖过程中要及时跟进支护，支护方式以超前支护+跟进支护为主，尤其跟进支护一定要到位，比如钻孔锚杆支护，必须要根据设计要求钻孔，控制孔径孔深，灌注用的混凝土必须要保证质量合格，如果土层比较松软，需要使用辅助方法，比如加长锚杆长度。在衬砌时，要严格按照设计标准以及地质特点，水文条件等，选择最佳的施工方案，确保衬砌的承载力足够，以保证隧道结构的稳定性。对于一些含水量高的土层必须要快速封闭到位，否则一旦出现渗漏就可能会造成土体力学性质发生突变，不是塌方就是突水，突泥。

2.3 一强化

一强化，复杂地质条件下的隧道施工必须要强化监督检测，必须要跟随施工进度进行测量监控，把握住隧道围岩的变形量，保证变形量在安全范围内，如果超出了安全范围就必须要采取措施，一般要求建立监控管理制度，设置专业人员进行监控，按照相关要求布置监控点，如果发现异常情况就必须要采取加固措施。

3 复杂地质条件下隧道开挖方法示例

隧道开挖是一道关键工序，围岩是否稳定主要取决于工程地质条件，当然开挖方法对围岩是否稳定也有非常大的影响，所以复杂地质条件下选择开挖方法时，关键要对隧道端面大小以及形状，工程地质条件、支护方案、工段长度等进行综合考量，确定恰当开挖方法，尤其要保证开挖方法和支护相适应。

某铁路客运隧道全长4214m，隧道以直线通过地层，隧道洞口有36m 长度需要明挖。现场地质条件比较复杂拥有Ⅱ～Ⅴ级围岩，其中Ⅱ级围岩长度1190m，Ⅲ级围岩长度360m，Ⅳ、Ⅴ级围岩长度总长2628m。隧道所在地属于深丘地貌，25～35°自然坡度，80～300m 相对高差。针对该隧道使用的是短台阶开挖方法（七步平行流水作业法），该方法施工空间比较大，可以采取机械施工，工效很高，部分软岩可以利用反铲挖机直接挖下半断面，降低扰动，因为地质条件复杂，软硬围岩之间的工法转换相对方便，进度有保障。

在该隧道施工中先开挖上部的弧形导坑，开挖左右错位中台阶，开挖左右错位下台阶并同时施工初期支护，然后施做仰拱初期支护并及时闭合成环，进一步跟进混凝土、防水层，衬砌。

在该方法中初期支护很关键，开挖断面过程中先跟进初喷，在开挖断面围岩上形成一个初期的保护层，防风化以及止水并且阻止节理裂隙当中的填充物流失，保护层形成后就需要进行钻孔锚杆支护施工，项目中采取的是全长粘结型砂浆锚杆，砂浆的饱满度对锚固效果很关键，特别是拱部径向锚杆。锚杆施做完成后加设钢筋网来防止收缩裂缝并限制裂缝宽度，提高支护的抗震效果，并且均衡分布喷层应力，提升锚喷支护的整体性能。随着开挖的持续，对于成型的隧道，在Ⅳ、Ⅴ级围岩使用台阶法开挖时，成型的隧道必须要设置锁脚锚杆、控制拱脚位移，同时要设横向临时支撑或者临时仰拱，使用型钢支撑，纵向上每隔2 榀设置一处支撑。快速跟进闭合，初期支护符合要求，保证安全。