复杂地质隧道施工工艺控制与优化探讨

杨建荣

摘 要：近几年，我国铁路建设事业迅猛发展，对铁路建设的施工提出了更高要求，尤其是复杂地质隧道的施工，为此，本文结合兰州至合作铁路黄家岭隧道来探讨复杂地质隧道的施工工艺控制与优化。

关键词：复杂地质；隧道施工；施工工艺控制与优化

我国中西部地区地形多变，地质复杂，不可预测因素的存在等导致施工条件较差，这就需要采用隧道的形式来提高铁路建设的安全等性能。本文结合黄家岭隧道来探讨复杂地质隧道施工工艺控制和优化。黄家岭隧道位于黄土梁峁区，梁峁间沟壑纵横，沟谷深切，地形起伏大，不良地质主要有坡面坍塌、巨型错落、滑坡等，特殊岩土为湿陷性黄土和膨胀岩。进口位于红地沟左侧台地上，该台地地形相对较平坦，小冲沟及黄土陷穴发育，无交通便道，交通条件差。

一、黄家岭隧道地质分析和洞口浅埋段施工

（一）黄家岭隧道复杂地质分析

黄家岭隧道进口端临近错落和滑坡带，错落、滑坡体内多为砂质黄土（Q4sl3），隧道进口DK48+849～DK49+048段冲沟台地上多为砂质黄土（Q4al3），隧道洞身主要地层为泥岩（N2Ms），以黏土矿物为主，泥质结构，层状构造，泥质胶结，夹有砂岩、泥质砂岩，砂质泥岩薄层，局部含有石膏岩，成岩作用差，锤击易碎，强风化层厚度不等。进口砂质黄土长66m；其他以泥岩为主。施工中坡面溜坍、滑坡、塌方的可能性大，施工安全风险大。整体工程位于祁连褶皱系的东南端，属于多旋回构造运动表现明显的地区，仅在隧道进口端红地沟有常年流水冲沟，水量不大，加上西北内陆干旱地区，生态环境较为脆弱，破坏后较难恢复。

（二）黄家岭隧道洞口浅埋段施工工艺

黄家岭隧道洞口浅埋段施工工艺及措施：1）在洞口浅埋段、沟谷段、偏压段，采用短台阶法开挖，随挖随支，衬砌紧跟，设超前大管棚及小导管支护。2）加强施工用水管理，严防软化地基出现坍塌。3）及时施做仰拱和封闭钢架，特别是隧底部分，防止钢架内移失稳造成塌方。4）在施做支护时，钢架地基应平整压实，设混凝土垫块。5）锚喷支护的施工工序，应按开挖、初喷、布设锚杆、挂网和架立钢架、复喷的步骤进行。在第一次开挖完成后，隧道断面位移速度最大，应及时施做初期支护，约束围岩早期变形。6）隧道在上半断面施工支护完成并进行下部开挖时，拱脚位置应预先采取加固措施，打锁脚锚杆，防止由于下部开挖拱脚失稳拱架下沉引起坍塌。7）浅埋隧道的施工，必须注意仰拱与掌子面的安全距离，仰拱开挖长度不大于3m，初期支护尽早封闭成环，衬砌紧跟。

二、黄家岭隧道洞口浅埋段施工工艺控制与优化分析

隧道进口端在DK48+849～945巨型错落体右侧前缘错落堆积体中通过，主要地质为砂质黄土夹砂岩及泥岩碎块，该堆积体经后期流水冲刷已形成台地，台地地表地层为冲积砂质黄土，其下覆盖有错落堆积体。隧道在该段埋深较浅，该巨型错落体主错方向与线路走向近乎平行，目前该错落处于稳定状态，但若施工方法选取不当，如采用大开挖或爆破等方法施工，易引起錯落体局部复活，因此，要加强浅埋段的施工工艺控制和优化，具体措施如下：

（一）地表预加固注浆辅助优化加固性能

地表注浆主要应用于围岩地质条件差、偏压、洞口及浅埋层土体的固结、加固洞周围岩等复杂地质中，通过注浆加固，平衡岩土压缩性和不均匀性，充分利用围岩的自承重能力来分担支护结构的内力，强化岩土稳定性，降低变形，并将注浆区域等与隧道整体紧密联系，改善隧道成洞条件，进一步维护土体，还能降低地表下沉以及偏压、地下水等对隧道开挖的不利影响，这样的辅助措施能进一步提升隧道工程的安全和稳定性能。

（二）采用丝网和外加剂强化锚喷控制技术

锚喷施工支护能利用金属锚杆和喷射水泥混凝土的双重作用加固岩层，并防止岩体的松动及分离，而面对破碎的岩体工程状况时，可以采用丝网拉挡锚杆间的破碎岩块来增强混凝土喷层，辅助喷锚支护，同时，为了强化喷射混凝土的强度和粘结力，减少回弹的发生，施工中可以通过水玻璃、早强剂等外加剂减少和避免混凝土脱落，也可在周边添加钢格栅，进一步提高喷层的抗裂性能。

（三）利用留核心土法延缓围岩变形

施工过程中，根据监控量测提供的围岩和支护的应力、应变和信息，对设计参数和施工方法进行必要的调整和修改，以保证施工阶段支护体系有足够的可靠度，从而确保施工安全。这时，可以采用留核心土法，在原有开挖方式的基础且不影响施工的基础上，预留适当面积和长度的核心土，并先开挖两侧再开挖拱顶后开挖核心土，依托核心土体增设扇形临时支护来辅助开挖，能有效地控制变形，提高岩体的安全及稳定，降低施工投资，加快施工进程。

（四）加强施工检测和反馈，优化施工效果

施工过程的现场检测要和后期的检测相结合，密切监控量测施工中的围岩、支护等的应力、应变、位移、变形等信息及情况，并及时的进行反馈，进而为施工方法的调整、优化和完善奠定基础，确保施工的各个操作和措施更加可靠和安全，从而促进整体施工安全和稳定。尤其是对控制拱部沉降的检测，在密切检测的同时按照超前加固支护，合理开挖，重点控制拱部变形的原则来开展；对二次衬砌通过严密的检测来确定进行衬砌的最佳时间，进而保证隧道围岩的稳定性；同时，不实施锚杆的拱顶黄土段围岩应当密切、重点检测隧道及地表的沉降，进而通过反馈结果进行适当的加固和补强。

三、结语

复杂地质条件已经成为制约隧道工程建设的主要因素，这就要求在复杂地质隧道施工时应当更加详尽严密的勘探地址构造，根据实际情况利用先进施工工艺优化施工，加强对施工质量及工艺的控制，进而保证隧道工程施工的安全性，促进隧道工程保质保速的竣工。

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