山区软弱围岩地质下的公路隧道施工技术研究

朱传龙

（中交第二公路勘察设计研究院，湖北武汉 430000）

0 引言

国内各地区的交通工程建设对于当地的经济发展及民生发展极为重要。山区公路建设本身就极具难度，遇到软弱围岩地质时会进一步增加公路隧道施工的危险性和困难性。在这种恶劣的地质环境下，如何保证施工的安全性和有效性就成为公路隧道建设时需要解决的重点问题。旨在探讨山区软弱围岩地质下的公路隧道施工技术，希望能为公路隧道施工提供切实可行的施工方案。

1 工程概况

案例项目是位于四川省凉山彝族自治州的“文若公路改扩建工程”，该工程项目总投资约5 亿元人民币，建设里程约为44.7km，建设周期为3 年。该工程项目的主要问题是地质条件复杂，有大量软弱围岩，地形险峻，气候恶劣，建设环境极为复杂。为确保工程安全有效，该项目采取了一系列特殊措施。首先，在地质勘测和设计上，该项目进行了详细的地质调查和勘探，制订了合理的支护结构设计方案。其次，在施工过程中，该项目采用超前预支护技术和大型钻机等设备，对软弱围岩进行加固和支护。最后，该项目对施工现场进行严格的安全管理和监测，确保施工过程的安全和稳定。

2 山区软弱围岩地质的特征与形变特征

2.1 地质特征

山区软弱围岩地质的主要特征是岩层松软、地下水丰富、地质条件不稳定。在山区，石灰岩、页岩、泥岩等软弱围岩厚度各异，岩性复杂，岩体中含有大量的天然裂隙和构造裂缝，这些特点使隧道施工面临很大的困难。因此，需要采取一系列措施来应对这些挑战。例如，可以在施工前进行详细的地质勘查和预测，制订出科学合理的施工方案，以尽可能减少对地质环境的破坏。此外，还可以使用现代化的隧道掘进设备和技术，以提高施工效率和质量。总之，在面对山区软弱围岩地质特征时，必须采取切实可行的措施，以确保隧道施工的安全和顺利进行。

2.2 形变特征

山区软弱围岩地质的形变特征主要表现在地层变形和地表沉降等方面。由于地质条件的不稳定性，地层变形、地表沉降等问题往往会给公路隧道的施工和运营带来很大的风险和隐患。首先，在进行施工前，需要对地质条件进行详细调查和分析，以便预测可能出现的问题并采取相应的措施。其次，在施工中，需要使用特殊的设备和技术，以确保施工的顺利进行。再次，由于地下水丰富也会对施工造成一定影响，因此需要采取相应的措施来控制水位。最后，在施工完成后，还需要定期进行检查和维护，以确保隧道的安全运营。

3 山区软弱围岩地质下的公路隧道施工技术

3.1 边仰坡施工措施

3.1.1 喷射混凝土前期的准备工作

在喷射混凝土施工前，需要进行一系列准备工作，这些准备工作包括地质勘探、地下水处理、支护结构设计等。首先，地质勘探是必不可少的，其中包括对地质构造、岩石性质、地下水状况、地质灾害等方面的详细调查，其可以提供关于地质条件和围岩结构的详细信息，确定地质条件和围岩结构，制订适当的施工方案，以便在施工过程中更好地应对各种地质问题。其次，在地下水处理方面，需要对地下水进行详细调查和分析，以确定地下水的水质、水位和流量等参数。然后，根据实际情况选择合适的地下水处理措施，如井点降水、注浆加固等，以减小地下水对施工的影响。最后，在支护结构设计方面，需要根据实际情况选择合适的支护结构类型和参数，如锚杆、钢支撑、土钉墙等。设计支护结构时，需要考虑地质条件、施工工艺以及支护结构的稳定性等因素，以保证施工质量。

3.1.2 喷射混凝土作业

在进行喷射混凝土作业时，需要遵循以下要求以确保施工的效果和品质。第一，准备工作。准备期间要确定施工现场的范围和形状，清理现场，确保混凝土输送设备和喷射设备的正常运转。第二，混凝土配方。根据实际情况选择合适的混凝土配方，包括水泥、石灰、砂和砾石等材料的比例。第三，混凝土输送。将混凝土输送到喷射设备的箱体中，通过高压泵将混凝土送到喷射枪。第四，喷射混凝土。在施工过程中，需要精确控制喷射速度和厚度，以保证混凝土的质量和稳定性。喷射应从下往上进行，每次喷射的厚度一般不应超过10cm。第五，混凝土养护。施工完成后，需要对喷射混凝土进行养护，以确保混凝土的强度和稳定性；养护时间一般为28d 左右，期间需要定期检查和维护。

3.1.3 悬挂钢筋网施工

在进行隧道喷射混凝土之后，需要进行悬挂钢筋网施工。这一步骤对于提高隧道的整体稳定性至关重要。因此，需要仔细考虑悬挂钢筋网的设计和安装，以确保施工的质量和效率[1]。具体施工步骤如下：

第一，钢筋网的选材。应根据实际情况选择质量好、符合国家标准的悬挂钢筋网。在选材时，应检查材料的质量和规格是否符合要求，材料表面是否光滑，是否有裂纹或变形等缺陷。

第二，钢筋网的布置。应根据设计要求和实际情况，在隧道内的墙壁上进行布置。在布置之前，应先进行墙面的清理和处理，以确保钢筋网与墙面之间的黏结牢固可靠。在布置钢筋网时，应保证网格的平整，网格之间的距离和大小应符合设计要求。

第三，钢筋网的固定。应采用合适的固定方法，将钢筋网固定在墙面上，具体的固定方法包括使用专用的固定夹或膨胀螺栓等。

第四，钢筋网的连接。钢筋网之间应采用合适的连接方式，以确保整个钢筋网系统的稳定性和牢固性，连接方式包括焊接、钩接、搭接等。

第五，钢筋网加固。在钢筋网固定和连接完成之后，应进行加固，加固方法包括喷涂混凝土、注浆等。喷涂混凝土可以增加钢筋网和墙面之间的黏结力，提高整个钢筋网系统的稳定性。注浆可以填充钢筋网和墙面之间的空隙，增加整个系统的牢固性和稳定性。

3.1.4 复喷施工

在悬挂钢筋网施工后，需要进行复喷施工。该步骤可以进一步提高隧道的整体稳定性，防止土壤松散，保护隧道的完整性。复喷施工应根据实际情况进行控制和调整，以确保施工的质量和效率。在进行复喷施工时，应该注重以下几个方面：第一，喷涂厚度。应根据隧道壁面的平整程度和材料的特性进行控制。第二，喷涂速度。应该适当减缓喷涂速度，以确保涂层的均匀性和完整性。第三，喷涂间隔。应该根据材料的固化时间和涂层的厚度来控制喷涂间隔，避免出现裂缝和孔洞。通过对上述要点进行控制和调整，可以进一步提高复喷施工的效果，并确保隧道的整体稳定性和安全性。

3.1.5 CD 法

在山区软弱围岩地质下的公路隧道施工过程中，地下水控制是一项非常重要的工作。如果地下水不能得到有效控制，会对施工过程造成很大影响，甚至会造成严重的安全事故[2]。因此，在进行隧道施工前，首先需要进行详细的地质调查和分析，以便确定地下水的流向和水位。其次，可以采用CD 法来控制地下水位，这样可以保证施工的安全性和可靠性。CD 法是一种有效的地下水控制方法，其能够有效降低地下水对施工造成的影响。在CD 法的应用过程中，需要采取一系列措施来控制地下水的流向和水位。例如，可以在施工现场周围设置防渗墙，以防止地下水从周围渗入；还可以采用井点降水的方法，将地下水引入井点之后再泵出；此外，还可以采用注浆加固的方法，将混凝土浆液注入地下孔洞中，形成加固体，以改善地下水环境。在进行CD 法时，需要注意一些问题，例如，要根据实际情况选择合适的地下水处理措施，以减小地下水对施工的影响；还需要对CD 法进行不断调整和改进，使其能够适应不同的地质条件和施工需求。

3.2 超前预支护施工

3.2.1 超前大管棚施工

超前大管棚施工的设计和施工应根据实际情况进行，以确保施工的质量和效率[3]。在设计方面，需要考虑隧道的长度、形状、地质条件等因素，以便确定合适的超前大管棚施工方案。在施工方面，需要使用适当的设备和工具，进行严格的施工管理，以确保施工的质量和安全。具体施工流程如下：

第一，定位。根据设计方案和实际情况，确定超前大管棚的位置和方向。在定位过程中，需要考虑到地质条件、隧道长度和形状等因素，以确保施工的顺利进行。

第二，建设大管棚。在定位完成后，需要进行大管棚的建设。大管棚的建设需要使用适当的设备和工具，如大型挖掘机和钻机等，以确保施工的效率和质量。在建设过程中，需要对大管棚的质量和安全进行严格的监管，以确保施工的顺利进行。

第三，预支护。在大管棚建设完成后，需要进行预支护作业。预支护是指在隧道顶部和侧壁进行支护，以确保施工的安全性和稳定性。在预支护过程中，需要使用适当的支护材料和设备，如钢筋网和锚杆等，以确保支护的质量和安全。

第四，掘进。在完成预支护作业后，可以进行隧道的掘进作业。掘进作业需要使用适当的设备和工具，如钻机和爆破器等，以确保施工的效率和质量。在掘进过程中，需要对隧道的质量和安全进行严格监管，以确保施工的顺利进行。

第五，排水。在施工过程中，需要对隧道进行排水处理，以减少地下水对施工的影响。排水处理可以采取井点降水、注浆加固等方式，以确保施工的顺利进行。

3.2.2 超前小导管注浆施工

在进行超前大管棚施工之后，需要进行超前小导管注浆施工，以进一步提高隧道的整体稳定性。超前小导管注浆施工的具体内容如下：

第一，对施工现场进行安全检查和规划，确保施工的安全和顺利进行[4]。其中包括施工现场的安全防护措施、施工设备的检查和调试、施工人员的培训和安全意识的提高等。

第二，安装超前小导管，使其与大管棚对接并固定。超前小导管是指直径较小的钢管，其作用是在大管棚施工完成后，进一步加固隧道围岩。在安装超前小导管时，需要保证其与大管棚的对接质量，以确保施工质量。

第三，在超前小导管内部注入高性能注浆材料，以填充小导管周围的空隙和裂缝。注浆材料指的是一种特殊的材料，其具有较高的流动性和黏附性，可以填充岩层中的裂缝和空洞，并固化成坚固的固体，从而加固围岩。

第四，对注浆材料进行压浆，以确保注浆材料充分贴合导管周围的岩体。压浆是指通过注浆设备对注浆材料进行高压注入，从而将注浆材料充分压实并使其贴合导管周围的岩体，以此提高注浆效果和固化质量。

第五，对注浆后的小导管进行检查和测试，以确保其具有足够的强度和稳定性。检查和测试的内容包括对注浆后的小导管进行质量和强度的检查，以确保其符合规范和要求，并具有足够的承载能力和稳定性。

第六，在超前小导管注浆施工过程中，需要注意施工过程中的安全问题，并进行相应的防护措施，避免意外事故的发生。例如，需要在施工现场设置安全警示标志和安全警示牌以及对施工人员进行安全教育和培训等，以确保施工过程中的安全和稳定。除此之外，在进行超前小导管注浆施工之前，还需要进行详细的施工准备工作，包括地质勘探、注浆材料的选择和配比、注浆设备的调试等。

3.2.3 超前锚杆施工

超前锚杆施工是一项非常重要的公路隧道施工技术。在进行施工时，需要仔细考虑施工方案和具体操作内容，以确保施工的效率和质量[5]。首先，进行钻孔，以便钢筋和锚杆能够顺利安装。钻孔过程中需要控制钻孔深度和钻孔角度，以确保钢筋和锚杆的安装质量。钻孔直径一般为50cm，深度为6m。其次，安装钢筋。钢筋的数量和规格应根据实际情况进行确定，一般采用φ22mm 圆钢。同时，还需要注意钢筋的长度和间距，以保证施工的效果和品质。再次，在钢筋安装完成后，需要进行锚杆的安装。锚杆的长度和规格应根据实际情况进行确定，通常采用φ25mm 钢筋。安装锚杆时需要注意控制锚杆的角度和位置，以确保施工效果和品质。最后，需要进行注浆。注浆的目的是固定钢筋和锚杆，以加强隧道的整体稳定性。注浆材料应根据实际情况进行选择，注浆压力一般为10MPa，注浆量视具体情况而定。

4 结语

在山区软弱围岩地质下，合理有效地应用公路隧道施工技术具有重要意义。在这种情况下，施工人员必须采取适当措施来确保隧道的建设，如人工加固、地质勘测和隧道支护等。此外，在这种地质条件下，隧道工程的安全性和可靠性需要得到高度重视。因此，施工人员应制订有效的安全管理计划，以确保施工过程中不会发生事故或损失。最后，施工人员还应该进行定期维护和检修，并制订有效的维护计划，从而确保公路隧道能够长期、稳定地运营。