复杂地质条件下隧道信息化施工综合技术研究实践

吕庆海

摘 要：高速公路建设对于国家经济的发展有着重要的作用，高速公路具有交通量大、路面质量好等优点，是国家基础设施建设的重要组成部分。本文结合某高速公路隧道施工的具体情况，就复杂地质条件下，隧道施工的工艺技术进行探究讨论，仅为类似工程建设提供参考。

关键词：复杂地质条件；隧道施工；施工技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.115

受线形限制，高速公路隧道施工时隧道地质条件复杂多变，且隧道断面面积较大，施工时工序比较多，可能会影响到围岩的稳定性，难以控制其变形程度，为工程埋下安全隐患，复杂地质条件下的隧道施工一直以来都是高速公路施工的重难点问题之一。

1 工程概况

某省际高速公路中间有一段路段不良地质现象比较集中，工程规划过程中，该路段中设计了一段分离式隧道。其中左洞长度为1750m，右洞长度为1765m，隧道区地下水主要来源于上部残坡积土层中孔隙潜水和峡部基岩裂隙水，主要补给形式是地表水侧向补给以及大气降水垂向补给。洞身围岩的完整性比较差，裂隙较发育，通过水位恢复观测试验、注水試验以及简易抽水试验发现，岩性透水性比较好，岩层富水性较强，渗透系数在0.01～0.35m/d左右，洞身开挖时，构造破碎带地下水富集地段容易出现涌水、渗漏的现象。

本次隧道施工过程中存在的许多不稳定风险因素，比如低瓦斯、富水、粉砂岩等，这都为具体的工程施工带来了较大的困难。隧道地处低山丘陵地貌，需要穿越东西向低山区，地形起伏比较大，山口狭窄，但进口段地形又相对而言比较平缓，山坡坡度在15°～25°之间，隧道区上部薄薄覆盖着一层残坡积粘性土，下部岩层主要是二叠系童子岩组煤系地层，岩性以砂岩、粉砂岩及炭质泥岩为主，局部夹由较薄的煤层煤线，整体上围岩的完整性比较差。

2 隧道信息化施工综合技术研究应用

（1）隧道软弱围岩超前地质预报及监控测量技术研究。隧道超前地质预报需要根据隧道施工具体的地质情况等进行选择。洞口段Ⅳ、Ⅴ级围岩可以利用红外探水技术以及地质雷达探测技术进行监测预报；富水隧道施工中，除了要采用红外探水预报手段之外，还需要利用超前地质钻机进行探水试验，辅助测量。隧道中间段落的地质预报可以利用TGP辅助以红外探水技术；其它普通路段的施工，只需要安排专业的具有地质工作经验的工程师采用地质编录的方法即可完成围岩预测工作。

超前地质预报主要有长期超前地质预报、短期超前地质预报、中期超前地质预报以及临兆预报四种技术手段。其中长期超前地质预报指的是通过对隧道进行宏观的超前地质预报，通过地质投射法、地质综合分析法等技术手段找出隧道施工过程中的所有疑难点，分析不良地质及重点地段作用类型及分布流程，为后期的施工提供依据。中期超前地质预报指的是对隧道掌子面前方30～200m范围内的隧道地质情况进行预报，主要的作用是进一步确认超前地质预报中得出的重点路段的情况。短期超前地质预报则是对30m范围内的隧道情况进行超前地质预报，能够有效地提高超前地质预报的准确率，常见的短期超前地质预报方法主要有水平钻探法、地质法、物探法几种。一般情况下地质灾害前都会有一定的预兆，相关工程施工人员在具体的作业过程中，一旦发现岩层破碎带、煤系岩层有害气体或者其它地质灾害的预兆反映时要能够及时的做出临兆预报，尽可能减少因地质灾害带来的损失，保证施工人员的安全。

隧道开挖及支护工程完成之后，需要及时的采集隧道水平收敛设上下两断面的相关数据，一般需要在支护完成后24h内采用水平收敛仪完成原始数据的采集工作，获得原始数据后，进行初始读数。为了提高监测的精度，可以利用水平基线监测的方法，做好温度修正工作，同时要能够按照监测频率定期观测分析数据。拱顶沉降主要利用测杆、水准尺、水准仪等工具，断面隧道确定监测，开挖或者初喷后24H内，在隧道拱顶部埋设一个测桩即可。监测时采用水准抄平方法，洞内及洞外都需要设置基准点，为了有效的提高监测的精度，可以辅助以冗余观测方法，计算时采用二次回归曲线参数进行。

通过对隧道的F03、F04、F05进行断层监测发现，F03断层没有断层及富水现象，但与地址纵断图相比，F03断层位置稍稍滞后了约50m左右，施工过程中为了尽量减少工程损失，可以适当的调整实时支护参数。预报显示，F04断层围岩主要是中风化粉碎岩，强度较低，不够稳定，但不会出现突水的现象，因此实际施工时为了节约建设资金，该段可以采用超前小导管注浆工艺。

隧道工程施工过程中，超前地质预报及收敛观测必不可少，随着相关技术的研究发展，超前地质预测的准确度明显提升，为技术人员的支护施工奠定了良好的基础，为保证不良地质路段的施工安全做出了重要的贡献。

（2）隧道富水、炭质泥岩施工技术研究。粉砂岩及岩质泥岩技术。无水洞段及富水洞段粉砂岩及岩质泥岩处理方法存在较大的区别。无水洞段施工时，现场施工人员要首先对围岩的完整性以及岩石的坚固程度进行勘测分析，然后进行爆破施工。一般情况下，无水洞段围岩爆破主要采用光面爆破工艺，光爆眼通常小于45cm，抵抗线长度一般是周边眼间距的1～1.2倍，光面爆破可以选用毫秒雷管电力起爆手段。富水洞段施工情况相对比较复杂，施工之前，现场工作人员要做好超前规划工作，确保隧道施工过程中不会因为突水、涌水等突发情况使得地质条件恶化加剧。该桩号地段施工之前，有关人员要能够根据预先设计的最大涌水量做好动态水量监测工作，同时制作量水堰，开挖积水井，避免地下水大量聚集，浸泡围岩段拱脚。富水段软弱围岩采用双液帷幕注浆施工工艺、台阶法施工技术、机械开挖方式。隧道开挖支护完成之后，施工人员要能够根据拱顶沉降监测以及水平收敛监测结果，分析围岩稳定后是否需要采取仰拱及二次钢筋混凝土衬砌。

隧道变形控制技术。本段施工隧道存在粉质砂岩及炭质泥岩，遇水后，围岩很容易出现膨胀、软化的问题，导致围岩强度降低，如果初期支护出现明显的变形或者隧道水平收敛超过2mm/d时，需要结合隧道变形的实际情况选择恰当的控制变形方法，以免隧道出现掉拱、塌方等安全事故。隧道局部变形时，可以利用化学药卷锚杆及钢筋网，在变形出补喷混凝土，限制围岩变形进一步扩张。隧道出现偏帮，导致拱腰出现V字形塌腔或者岩体顺层滑动时，可以在稳定围岩周围打化学药卷锚杆，并按照塌腔的范围挂设钢筋网，将钢筋网与锚杆焊接起来，最后喷射设计同级混凝土，从而限制围岩进一步变形。隧道出现明显的变形之后，要加强收敛观测及拱顶沉降观测，每天的观测频率不能少于2～3次，做好数据的记录整理分析工作，为后期塌方、偏帮、掉拱的治理工作提供依据。

富水带施工。富水带施工时，现场施工人员需要结合具体的工程概况合理选择施工方法。隧道出现渗水、滴水等不良现象时，粉砂岩、炭质泥岩被软化，强度可能会有所下降，隧道开挖之后，施工人员要能够利用喷射混凝土、锚杆及挂网支护的方法，将围岩封闭，从而有效的减缓围岩风化的速度。除此之外，现场施工人员还需要做好后期围岩观测工作，要能够根据具体的观测结果决定是否进行二次钢筋混凝土施工；隧道开挖之后，如果存在明显的散状水流，初喷混凝土之前，现场施工人员要能够利用防水板进行集中引水，然后采用HPDE管将水流引排到排水沟内，如果存在集中水流，初喷混凝土之前，需要在出现点位置设置一道弹簧排水管，并将其与原设计中的纵向排水管连接起来。

3 结束语

本次高速公路隧道施工技术难度较高，施工过程中存在着许多潜在的隐患，本文主要就实际的隧道施工过程中隧道软弱围岩超前地质预报及监控测量技术以及隧道富水、炭质泥岩施工技术进行了研究分析。实际上，该段路段隧道施工中，下部岩层主要是二叠系童子岩组煤系地层，局部夹由较薄的煤层煤线，因此施工过程中还需要采用隧道瓦斯控制技术，就隧道内部瓦斯浓度进行监测控制，做好施工通风以及煤层防突处理，对装载机、挖掘机、混凝土搅拌车等有关机械进行防爆性能改装，受篇幅所限，本文不能一一详述，谨在此简单归纳，希望能够对类似工程施工有所帮助。

参考文献：

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