探讨复杂地质条件下公路隧道的施工技术

陆 沫

（贵州公路工程集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

目前，隧道工程已成为高速公路建设中最为重要的组成部分，但由于其设计规模大、施工周期长、工序复杂、施工中存在的不可控因素较多，增加了其施工难度和风险[1]。因此，相比常规的工程施工，隧道工程施工更加危险，应综合各方面因素，科学选择施工技术和方案，确保隧道施工的安全性、可靠性，全面提升隧道施工技术水平[2]。因此，该文针对复杂地质条件下隧道施工技术实施全面探究，分析了施工中常见问题，并提出了针对性技术措施，有效避免复杂地质条件对隧道施工带来的不利影响，全面提升了我国隧道施工的技术水平。

1 隧道工程施工特点

1.1 隧道施工方法

近年来，随着我国高速公路建设的不断发展和完善，我国的隧道工程施工技术更加成熟，一系列新型隧道施工技术相继出现，有效提升了隧道工程施工的整体水平。不同的隧道施工技术均有其独特的优点，如有些隧道施工技术工期短、造价低、安全性高等，施工时可结合现场实际施工环境及地质条件选择合适的施工方式。同时，各隧道施工方式存在必然的联系，可根据各种技术方案特点选择更加经济、合理、安全、可靠的施工方案。

1.2 不同隧道施工技术的优缺点

现阶段，我国的隧道工程施工已逐渐趋于成熟，形成了相对完善的技术体系，施工方式呈现出多样化特点，较为常用的施工方式有全断面法、台阶法和分部开挖法三种方式，各种施工方式的使用条件及各方面指标如表1所示，其各自具有的优缺点如下：

表1 不同隧道施工技术的综合比较

（1）全断面开挖法：该方法是根据隧道设计形式采用一次开挖成型的施工技术，全面开挖后实施全断面初期支护，然后再进行二次衬砌施工。该方法适用于围岩等级Ⅰ~Ⅳ级的条件，如对于Ⅳ级围岩，必须保证其从开挖至支护阶段自身具有良好的稳定性，安全系数要求较高[3]。此外，当采用钻孔台车、施工台架及高效率装运机械施工时，也可采用该技术，但为满足施工经济性要求，必须保证隧道长度不得低于1 km。

（2）台阶法：该方法先采用横向分割的形式将掌子面分为上下两个部分，然后分步进行开挖，通常先开挖上半部分，支护完成后，再进行下半部分开挖。具体施工顺序为：开挖上部结构、拱圈初期支护、拱圈二次衬砌、下部中间部位开挖、侧墙开挖、侧墙初期支护、侧墙二次衬砌，总体而言台阶法对施工条件要求相对较低，围岩应用范围更大，当隧道洞内空间允许、满足速度及稳定性要求便可施工，且实际施工中采取上部结构开挖支护完成后再进行下部土体开挖的施工方式，显著提升了施工的完全性、可靠性[4]。由于该方法安全性较高，优势较为显著，因此施工中应用更加广泛。

（3）分部开挖法：该开挖方式涉及内容较多，主要包括环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、交叉中隔壁法和中隔壁法等几种开挖方法，适用于围岩稳定性较差，不能实施大规模开挖的条件。1）环形开挖预留核心土法主要用于Ⅴ~Ⅵ级围岩中，采用机械开挖为主，人工辅助开挖的方式进行施工，待上半部分拱顶及侧墙支护完成后，再进行核心土及下部土体开挖，最后支护边墙并封底。这种边支护边开挖的施工方式，显著提升岩体稳定性，使施工更加安全，风险性更低；2）双侧壁导坑法，俗称“眼镜工法”，其主要适用于Ⅳ~Ⅴ级围岩。施工时先进行左右两侧导坑开挖，然后自上而下建立初期支护，能有效避免土体承载力不足的情况，提高安全等级，确保施工安全。但该技术工序复杂、施工速度慢，施工周期长，不易管理，施工成本高，经济性较差；3）交叉中隔壁及中隔壁法在跨度较大的隧道施工中较为常用。交叉中隔壁法先通过纵向分割将掌子面分割成左右两部分，然后再采用横向分割的方式进行自上而下开挖中隔墙一侧，支护完成后，再进行对侧施工；而采用中隔壁法施工应严格控制施工进度，开挖一步支护一步，严格按照喷锚支护、设置钢架、施作中隔墙、临时仰拱等顺序进行支护。

2 常见的复杂地质环境类型

隧道施工中较为常见的复杂地质环境主要有以下几种类型：

（1）不良地质。如山体滑坡、泥石流、断层、湿陷性黄土层等。不良地质环境出现时，极易造成隧道围岩坍塌、变形、沉陷等现象，导致安全事故发生。

（2）岩溶。常出现在岩层稳定性较低的区域，若出现岩溶地质条件，容易造成管涌、突泥等地质状况，对施工人员生命安全造成严重威胁。因此隧道施工中必须提前做好应对岩溶地质的措施，最大限度确保施工安全[5]。

（3）大断层带。大跨径深层隧道工程施工中极易出现大断层带，施工难度较大，风险较高，加之工程规模较大，施工中无法准确识别和预判风险，严重威胁施工安全。

（4）膨胀岩。此种岩体含有较多水分，膨胀变形显著，内部存在较大应力作用，膨胀力作用范围对隧道主体结构安全具有重要影响。因此必须进行具体试验确定其存在形式，以便提前采取防范措施。

（5）软弱围岩。此类岩体承载力、黏聚力较低，遇水易软化，极易造成岩体开裂、山体滑坡、坍塌、沉陷等地质灾害，引发安全事故。针对存在的复杂地质环境，应提前调查，对潜在风险实施预测，提前采取加固措施，确保隧道施工的安全性、可靠性。

3 复杂地质环境下隧道施工常见问题

3.1 地质环境复杂

地质环境复杂具体表现在两个方面。一方面指施工区域内地质状况不佳，如作业区岩层复杂，稳定性较差，施工难度较大。若施工过程中遭遇坚硬岩石需贯穿通过，而在硬度较低的区域，则容易造成岩体变形，有时甚至会造成隧道塌陷，引发安全事故。另一方面指的是公路隧道工程施工区域周边地质环境条件复杂，如施工区域周边存在大量的湿陷性黄土、矿洞、天然气管线、居民区等。若施工时忽视此类问题，未进行提前规划，势必会对人们的正常生产活动造成不利影响，增加施工安全风险。

3.2 施工技术水平偏低

隧道工程施工中最重要的环节是选择科学有效的隧道施工技术，它直接决定了隧道施工的质量、安全和效率。现阶段，为有效满足隧道施工要求，保证隧道施工的高效性、安全性，通常会引进钻爆法、掘进机法、通风技术、支护技术等一系列先进技术。但由于实际施工时，施工方投入的人力、财力资源有限，造成各项技术得不到有效利用，严重降低施工效率，威胁施工安全。

3.3 隧道施工全过程管理存在不足

隧道工程施工环境复杂、地质状况差异性较大，施工前应进行全面勘探，并优化设计方案，合理规划、组织施工，针对风险性较大区域进行重点分析和勘察，提早预测并识别潜在风险因素，有效防止地质灾害发生，确保施工安全[6]。调查显示，地质状况不良是引发隧道坍塌最关键的因素，且地质状况在隧道工程施工中是无法避免的，因此必须采取科学有效的防护措施，改善地质条件。而实际施工时，施工方过度重视经济效益，现场施工管理混乱，各项安全防护措施得不到有效落实，严重影响隧道施工质量和施工安全。

4 复杂地质环境下高速公路隧道施工技术

4.1 地质勘测施工技术

复杂地质条件下高速公路隧道施工存在较高的安全风险，严重影响施工质量、安全、进度，因此必须加强前期地质勘测，提高勘测信息的准确性、可靠性，从而保证隧道施工的安全性、高效性[7]。

（1）委托具有专业资质的地质勘测机构对施工区域内地质状况实施全面勘察，准确识别和预测风险区域和风险等级。采用精密探测设备对风险较高区域实施重点检测，进一步确定风险等级，结合相关检测信息制定隧道施工方案，并对其可行性进行综合探究。

（2）应全面了解施工区域地质环境状况，采用地质探孔的方式确定隧道施工区域的地质状况，对其指标性能实施综合分析，判定能否满足施工要求。

（3）全面分析勘测信息，准确了解隧道施工区域内岩溶、断层带、膨胀岩等具体位置，并全面掌握隧道施工用水情况。

（4）准确判定隧道围岩等级，采取科学合理的隧道施工技术，确保隧道工程施工质量和安全。

4.2 断层与破裂带施工技术

隧道施工中遇到断层和破裂带时，为确保施工安全，应采用管径为42 mm超前注浆导管对隧道实施注浆加固处理。通过施作水泥浆，使破裂岩体固结成为一个整体，增强岩体强度和稳定性，防止围岩开裂变形。

隧道施工需采用光面爆破技术，应结合围岩等级科学确定钻孔设备，并制定安全可靠的爆破方案。该技术可最大限度降低爆破对周围岩体造成的干扰，减少围岩开挖量，保证岩体整体性，能有效提升隧道施工质量、安全和效率。

4.3 隧道变形控制技术

隧道工程施工中不可避免地会遇到炭质泥岩和粉质砂岩等不良地质环境，在施工干扰下，极易引起坍塌、沉陷等事故，严重威胁施工安全。为确保隧道工程整体强度满足要求，应采取科学有效的施工方案，全面提升隧道承载力和稳定性。

（1）隧道工程施工前，应科学实施地质勘测，全面了解施工区域的地质状况，预测安全事故发生的可能性，对各区域存在的潜在风险进行识别，以提前采取防范措施。

（2）隧道开挖过程中，应采取科学有效的锚杆支护措施，以有效防止隧道变形，提升隧道内岩体稳定性，避免坍塌事故发生。

（3）隧道施工前，应结合现场实际情况，选择合理的施工技术方案，并提前制定应对各种突发事件的应急预案，有效确保隧道工程建设的顺利完成。

5 复杂地质环境下隧道施工的安全管理

复杂地质环境下隧道施工过程中存在的不可控因素较多，其风险因素复杂多变。因此，应结合具体情况，采用科学有效的施工技术，提高隧道工程施工水平。同时，还应科学做好隧道施工的安全管理工作，保证隧道施工的安全和效率。

（1）强化安全风险防控。施工单位应积极组织施工人员安全教育培训，提升工人安全意识，增强识别风险、躲避风险的能力，将“安全第一”放在首位，全面确保施工安全。

（2）加强施工过程管控。隧道施工过程中应加强施工区域地质监测，结合相关数据信息，科学组织施工。针对风险性较大的区域，采取相应的加固措施，保证其安全性、稳定性满足要求后，方可组织工人施工。同时，施工过程中严格落实安全管控制度，提高施工人员安全责任意识。

（3）实施标准化管理。隧道工程施工中应实施全过程监管制度，严格执行安全生产体制，对存在的风险实施预测和防范，从根本上防止安全风险产生。当施工过程中出现安全事故时，应积极采取科学有效的应对措施，及时消除安全隐患，在保证安全的条件下，方可进行后续施工[8]。复杂地质条件下隧道工程施工存在较高的安全风险，且多数情况下是不可抗性的，因此实现施工管理标准化是十分必要的。

（4）制定必要的应急预案和处理措施。隧道工程施工中安全事故具有突发性，若施工中出现地质灾害应立即停止施工。隧道开挖过程中，施工人员应严格根据规范要求施工，关键部位、关键工序应由专人负责，最大限度防止人为操作不当造成安全事故。正式施工前，应全面勘测施工区域地质环境状况，并结合勘测信息及隧道具体情况，制定科学有效的应急预案，全面保证施工安全。

6 结论

综上所述，复杂地质环境下高速公路隧道施工存在诸多不可控因素，极大地增加了施工风险和难度。因此为有效增强隧道工程施工的安全性、高效性，保证隧道施工的顺利进行，应积极引进先进技术，并对现有技术实施优化和完善，全面提升隧道工程施工技术水平。此外，还应积极做好隧道施工区域地质环境勘测，为隧道工程施工提供准确可靠的信息支持，从根本上保证隧道施工的质量。