复杂地质条件下隧道施工技术和安全管理

鲁 平

复杂地质条件下隧道施工技术和安全管理

鲁 平

（中铁十一局集团第一工程有限公司，湖北 襄阳 441199）

随着社会的发展，为了更好地满足生产和生活的需要，铁路作为最主要的交通工具之一，也得到了快速的发展，使人们的日常生活更加舒适，同时也给人们的日常生活带来了极大的方便，特别是在地形复杂的地区，隧道施工的开展就会非常困难，对这种施工环境会给隧道工程质量和安全都带来较大的影响，因此对于复杂地质条件下进行施工，需要对其进行深入的探讨和分析。本文从工程实际出发，分析了在复杂地质条件下隧道施工中存在的问题，提出了相应的设计及安全管理措施。

复杂地质条件；隧道建设；施工技术；安全管理

0 引言

近年来，我国社会经济飞速发展，交通运输业在此背景下得到了迅速的发展，而交通运输行业发展的基础是交通建设。但我国幅员辽阔，部分地区地形复杂，给交通建设带来挑战。修建隧道，可以解决公路、铁路运输中的一些问题，从而节约成本。随着社会经济的发展，对铁路运输技术的要求越来越高，为了提高铁路隧道施工技术水平，就需要克服施工过程中存在的外界环境困难。此外，交通行业也需要不断改进施工技术，解决隧道施工中遇到的各种地质问题，顺利推进并而提高隧道施工质量。

1 隧道施工中复杂地质条件对施工的影响

隧道是高速公路、铁路建设中经常出现的，具有一定的积极意义。利用隧道施工可以缩短高速公路与铁路的连接线，使其形成一条直线，从而节约了施工成本，提高了公路、铁路施工技术水平。

但是在在复杂地质条件下，会使得隧道工程变得更为复杂，例如在西南地区，铁路、公路隧道施工难度大；又如在地质条件恶劣，土质松软不硬的地区，施工开挖容易发生塌方；在地区地质条件为岩溶地貌，施工技术难度大，不能采用专业施工机械，施工难度大，开挖过程中易发生破坏，造成不稳定因素。此外，随着城市化进程的加快，交通需求逐渐增加，隧道建设迫在眉睫。但是由于城市地下管线众多，为了避免地面建筑物地基不稳定引起的塌方，促进铁路、高速公路隧道的顺利建设，提高施工技术和安全管理水平，必须采取多种措施。我国西南施工区域地形复杂多样，具有西高东低的特点，使得隧道工程施工在施工过程中存在着诸多技术问题，同时由于该地区地质环境恶劣、地基松软、岩体结构不牢固等，极易导致工程发生坍塌。在某些结壳频发地区，如岩溶地貌，岩层稳定性较差。这种地质条件，既不利于专业设备的使用，又对钻井技术提出了较高的要求，处理不当，就会演变成地质灾害。还有特殊地质条件，如地下洞穴等。为了防止地下管线之间的安全距离过大，在城市隧道施工时，必须协调好各管线之间的安全距离。因此需要设计、施工人员区别复杂地质条件与建筑环境之间的关系，全面研究施工技术，提出行之有效的施工方案[1]。

2 复合地质条件下隧道施工技术分析

隧道施工在复杂地质条件下，面临着一定的挑战，为了提高隧道施工质量，必须抓住各种地质条件的具体情况，科学、合理地进行施工技术审查和分析，不同地质类型需要有针对性的施工技术，能体现因地制宜的思想，具体问题要有针对性地解决方案。

为了提高隧道施工的质量和效率，隧道施工技术应以实际地质条件为基础，西南地质条件多为断层或中间地层，由于地质地层稳定程度不高，隧道施工时应先加强岩层处理，增强地面强度，以确定地质是否有丰富的煤炭资源，由于长期煤网破碎，若施工前检查瓦斯浓度在标准范围内，为保证施工人员的安全，在岩溶形式比较复杂的情况下，必须全面控制岩溶地质。首先，要全面检查洞穴整体内部，了解洞穴中物质的组成，清洁软石表面，清理或填充不平整的部分。填方时，应充分利用固体材料，使其完全进入洞室，洞室墙可采用锚杆砌筑，增加洞室的稳定性，减少对洞室的破坏，具体施工可采用钢筋混凝土设备。同时，可采用专业机械设备，加强洞室内的地基基础，并对地基进行特殊处理，使其防水。其次，加强洞窟内部支护，使其更坚固，特别是洞室顶部的稳定，以提高其抗压性能。

3 隧道施工技术

3.1 气成层

为了地质预测、改善建筑物的通风和排水条件和改善工作面，在隧道出口左侧(线前进方向)设置了一段较长的平行位置。打开并联后，利用并联位置作为通道进行灭火、救援和维修。在隧道实际工作条件下，采用钻孔抽放法，减小瓦斯压力，抽放高度大于隧道出口轮廓线。施工中还需根据按设计要求，沿隧道纵向每隔1.0m设置拱壁式钢架，以加强采空区外空洞的封闭，减少岩石面积和破碎面，防止破坏。应严格按照程序减少进入隧道的空气体积，加强通风，提高风速，增加隧道内空气量，确保隧道内气体浓度不超过0.3%。检验程序完成后，设立专职安全员，对气体进行连续检验。在隧道内的任何地方，气体浓度都能被吸入。因此在钻孔、装填和爆炸前，必须严格执行瓦斯浓度“一枪两控”的规定，加强瓦斯浓度的监测和管理。在隧道内，当瓦斯浓度超过1.5%时，掘进现场自动报警，调整施工人员，停止一切作业，增加通风量，若隧道内瓦斯浓度超过1.5%，则必须将相临近隧道内的施工人员进行疏散，以达到警示和预防的目的[2]。

3.2 石膏层

石膏穿孔结构采用超短台阶法开挖，当条件允许时，可采用人工或钻孔法结合人工挖掘的减压、初期支护加固初期支护，应按照灵活、及时、多支护的思路，将高强度、高抗震、大变形的材料和构件纳入第一支护。隧道壁采用锚固方式，轴心采用后轴线。管道结构的首次支护组合，带动了小型管道，锚杆和喷射混凝土。严禁洞内设置脱水通风站，喷淋水，注意排水，防止积水溢流，保持岩体干燥，隧道加固为椭圆形衬砌结构。考虑石膏的受力特点、空间要求和水源特性，选用椭圆衬砌结构，既能满足排水要求，又具有较大的承载能力。

3.3 岩溶层

在隧道的洞穴中，溶沟、溶沟和溶洞注射器是最常见的溶洞，广泛分布于隧道的线路结构两侧，拱顶底板，道床或侧墙的底部。一般山洞规模小、影响小、处理相对简单，从而降低工程的进度和质量。因此，大部分150-75砂浆红宝石溶洞被反吹；弧形拱顶加上1.0RTL厚片保护砂浆；纤维层下面的溶洞由Bram梁支撑；墙下面的溶洞由横梁支撑，或者两次更换。同时，列举了三种特殊的跳洞处理方法。

该组合是根据洞穴的形态特征和地质条件确定的，洞口线右侧设挡泥墙，后端清空，若洞穴宽2.5m，高2.5m；则右端以2.5m砂浆柱支撑顶面，上接32M横梁交叉。由于洞室两端岩溶性较强，不宜作为受水部位；梁浇筑时间长，影响设计，故不设梁宽。采用地基易减薄挂膜技术，有利于围岩加固，衬砌与基床分离，有利于路基基床沉降。对于溶洞的具体处理措施如下：挖取溶洞顶板，清除施工期间药筒的填充物和放射性残渣，按填石要求分层填筑，顶面厚度不超过洞底1.0m，可引碎石入洞，浇注50号混凝土。侧壁和箭头：侧壁和拱圈使用锚杆。钢筋吊装的钢砼内衬，进行预留沉降作业。

4 复合地质条件下的安全生产管理

在施工过程中，容易遇到特殊岩土工程和不良地质条件，主要有富水围岩、断层带、破碎较差的围岩、断层、岩溶、风积砂岩、含水砂层、瓦斯、岩层、挤压围岩、岩胀、溶覆层等。面对复杂地质条件的危害，隧道施工应充分解决，根据现场实际位置，避免安全隐患，确保隧道施工质量和效率。

4.1 加强地质勘查工作

加强地质调查，复杂的地质条件对隧道施工有很大的影响。因此，应加强地质调查，全面了解隧道施工质量，对隧道施工地质条件应从以下几个方面进行检查：一是施工前对隧道地质条件进行预测，对可能出现的滑坡、软岩崩塌、岩溶、瓦斯涌出等地质灾害进行监测，使用专业测量仪器，保证隧道施工的可行性；二是对岩体结构进行随时监测，加强地质灾害分析，深入隧道，分析预测围岩状况，为施工提供合理指导，确保施工安全[3]。

4.2 选择适当的技术

要根据不同的地质条件，选择合适的施工工艺，掌握施工效率和背筋质量。一是，在进行超前地质预报工作时，应掌握井壁前部地质条件和地下水情况，并采取有效的防治措施。二是，完善输送技术，实施地质超前支护，确保施工人员的人身安全；三是，对隧道施工过程进行全面控制，对于地质条件较为敏感的夹层，可采用其他加固方法，如小管、大管组等，提高其强度和承压能力，提高施工安全性；排水宜采用带芯土主步板圆形排水，双线、多线排水宜采用中墙法、横墙法或双墙表示法。在碳源断开后，应加强气体监测，避免气体浓度过高对山区岩溶地貌造成的影响，应采取以下措施：按设计要求，对溶洞内的岩溶充填、软岩进行回填，铺设加固地基，采取防水层；对溶洞内的边墙采取适当的支护措施，加强端部，改善水质。对溶洞侧壁的处理，可采用锚杆形状的支护水面，用钢-混凝土结构加固边墙，避免边墙受压力、应力破坏或变形，确保背筋的安全。抗岩敏感地层的施工应采用洒水软化围岩、钻孔等措施来消除或抑制内部应力，施工中应采取超前加固措施。

4.3 加强技术管理和隧道施工管理

严格的技术控制和管理是工程设计中保证工程质量的重要因素，应根据不同围岩的地质条件，采用先进的地质预测方法，对不同类型的围岩进行地质速绘、钻孔、放射等地质设计，根据地质条件和辐射效应，及时调整辐射系统或参数，编制施工组织设计，经专业人员批准后才能实施，如地质条件有变化，拆除方法必须与设计要求相一致，按程序改变降压方法，修改设计。

4.4 加强安全管理

健全风险防范制度，最有效地规范员工行为，使员工按规定的程序工作，减少事故的发生。其次，要实施施工工程师管理，对典型案例进行安全培训，以安全操作为主要内容，提高施工人员的安全意识。在开采过程中，每一步都严格按照要求进行，清除了山上的不稳定物质，确保山体隧道施工中的安全性。施工方需要在能够基本了解地质条件，能够有效地应对突发事件。为了解决这一问题，就必须根据不同的地质条件，制定相应的安全措施，并建立相应的制度，例如在隧道内外设置电子监控设备，对隧道中的施工情况进行实时严密监控，一旦出现异常，立即采取防范措施[4]。

4.5 加强施工过程的安全管理

强化安全管理，施工质量是保证工程安全的重要前提，必须不断加强建筑安全生产管理。设立红外报警，建立风险预警系统；发现安全隐患后，报警者迅速了解情况并制定解决方案。此外，要提高施工机械的安全性，如有损坏或故障，要及时通知机械设备；设备的维护和正常运行是施工人员正确操作的前提，尤其是在地质条件复杂的情况下，施工过程中要保证相关科技设备的安全。利用先进的计算机设备对连接接收到的可信度信息进行大数据分析，注意保证数据在正常范围内，建设高海拔隧道还需要专业设备，因此要保证隧道的保温，以保证隧道的正常运行。

5 结束语

隧道工程的质量与安全是保障人们生命安全的重要保障，也是中国交通发展的推动力。在对于地质条件复杂的隧道工程，应充分考虑地质条件的复杂程度、进行具体地质分析及施工工艺的改进。此外保证隧洞安全管理工作的开展是维系隧洞安全施工的基础，为此，必须采取充分的防范措施，加强监督管理，不断提高施工质量，确保隧道安全运行。

[1]王鑫.复杂地质条件下隧道施工技术与安全管理[J].全文版:工程技术,2016,000(005):P.312-312.

[2]孙鹏祥.复杂地质环境下隧道施工技术[J].建筑工程技术与设计,2018,000(032):319.

[3]夏正洋.复杂地质条件下公路隧道建设安全保障技术分析[J].中文科技期刊数据库(全文版)自然科学,2016(8):00180-00180.

[4]张阳.复杂地质条件下隧道施工安全管理分析[J].砖瓦世界,2019,000(002):98.

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