关于复杂地质条件下公路隧道施工技术管理的研究
公路覆盖范围的扩大使得公路上的隧道施工所面对的地质环境呈现出多样化、复杂化的发展趋势，如何采取相应的施工技术手段加以应对就成为了摆在相关人员面前的一道亟待解决的问题。本文在简单介绍复杂地质条件的基础上，对复杂地质条件下公路隧道施工的技术应对方法进行了讨论。
标签： 复杂地质条件;公路隧道;施工技术;管理
引言：
所谓复杂地质条件，就是指地下工程在进行开挖之后，围岩原有的力平衡状态受施工的影响而遭到破坏，并在地下水的作用下产生膨胀、滑坍、过度变形的地质现象。复杂地质条件会对隧道公路施工造成不利影响，多表现为施工经费的增加、工期的延长，严重时甚至会使工程难以继续进行，所以必须要通过相应的技术手段予以避免和消除。
复杂地质条件常常含有膨胀性岩石，其吸水膨胀会造成强大的支护压力，形成更大的非线性变形，如果这种情况得不到有效控制，隧道就会产生坍塌事故，危害人身安全，或断面尺寸缩小而不能满足使用要求，因而须进行加固或返修。岩土工程设计也同样面临着设计技术进步的问题，岩土工程勘察必须与设计衔接协调，设计参数的测试与分析，代表性参数的选用，岩土工程评价分析都应适应这一技术进步的形势，与土木工程设计方法协同发展。在开挖隧道时，山体原三向应力平衡状态被打破，山体应力被迫重新分配，因此次生应力场随之产生，并有应力集中的现象出现。假若集中应力小于岩体强度，不产生围岩松动圈，岩体虽有变形出现，但隧道整体处于稳定状态，不存在支护问题;而当集中应力大于岩体强度，岩体发生破坏产生松动圈时，隧道才产生非线性变形，导致隧道失稳;随着岩体应力比（岩体应力比岩体强度）的增大，这种情况更为突出，将面临非常严重的隧道稳定性问题。从广义上讲，隧道施工技术应该包括施工之前的工程设计以及施工中具体操作两个部分。
1、隧道施工前的工程设计程序
隧道工程采用的施工方法主要取决于隧道建设，规模和地质条件，同时也受限于施工机械的性能及其它因素影响。地质条件较好的隧道，采用钻爆开挖技术，喷锚临时支护就可以保证施工的顺利进行。但在软弱破碎的岩层施工时，着眼点首先放在超前加固地层和减少开挖中的围岩扰动，加强对开挖后岩体的初期支护上面。总的施工方案应确定为：管超前、注浆、弱爆破、短开挖、强支撑、快封闭、勤量测。做到“注浆一段，开挖一段，支撑一段，封闭一段。初步考虑隧道的几何形状与轴向和所估计的岩体性质之间的关系。收集与分析从当地现存的地质图、地形图、卫星和航空照片，实地踏勘与钻孔勘探获得的资料，建立初步的地质模型。底层调查的范围应该反映出底层的复杂性以及工程类型，对调查的结果应该准确地加以整理，并在设计中发挥作用。
考慮隧道稳定性是否和隧道的形状和尺寸有关，依据不同的地质条件制定不同的设计方案。以支护安全为重点进行开挖设计，同时依据不稳定因素的来源针对性设计。不稳定因素分析：①不稳定性问题是由于不利的地质构造造成的。钻孔的地质构造图与隧道入口暴露岩体的勘察。重新布置隧道的位置或方向对不稳定性减轻是否可行。假若可行开挖过程中随时对问题进行监测，必要时可以安装点锚;假若不可行，设计开挖和支付方案以控制顶板冒落和应力造成的破坏。②不稳定性问题是由于低的岩体强度和原岩应力的比值造成的。对原岩应力场与岩体性质进行研究和分析。对原岩应力场与岩体性质进行研究和分析。对应力造成的隧道岩体破坏进行初步分析。可以改变隧道位置以减轻隧道应力造成的不稳定性是否可行。③不稳定性问题是由于风化岩体和（或者）膨胀性岩石造成的。进行风化分解和膨胀实验，对问题进行定量研究。评价上述结果，采取补救措施，例如采用喷射混凝土等。
2、复杂地质条件隧道公路的施工技术
2.1流沙岩层、含水层的技术处理方式
二河国道主干线蒙自至新街高速公路清水河隧道地处红河峡谷北岸，为构造侵蚀峡谷山地地形地貌，横向沟谷发育，切割较深，隧道穿越两河溪分水岭。沙砾、破碎岩层的稳定性会随着含水量的增加而大幅度下降，在对这一问题进行处理时，应将重点放在对地下水的处理上。在施工过程中，我们坚持排水、堵塞相结合的原则，首先在开挖面上钻进深孔，使水分能够迅速排出，待水流减弱后，再进行超前注浆小导管的设置，按照梅花型完成钢管预钻孔的布置，直径和间隔宜为5mm和50cm，注入浆液的水灰比宜为0.6：0.8，并保证排水钻孔的深度超过注浆孔2m以上。具体方法如下：
2.1.1防、排水
由于隧道内工作人员、车辆往来频繁，所以在进行排水系统的设置前，一定要充分考虑到这方面的因素，在不影响施工正常进行的前提下，尽可能多的将围岩内的水分排除。一般来说，整个隧道出水量的70%为上导坑的初出水量，为了解决水泵集中难的问题，可以采用两侧稍高、中间稍低的开挖方法，将上下导坑设置成缓、长的下坡。在进行下导坑的开挖时，可在二次衬砌段设置集水池，以便使抽水作业更容易进行。另外，就是要确保掌子面部分的干燥程度，使施工能够顺利进行。
2.1.2支护和加固
水分的流失会导致围岩应力的重新分布，所以在进行一段时间的排水后，要及时完成初期支护，并将水流封闭。与此同时，要以较高的密度打入径向小导管，向内压注水泥水玻璃浆液，水灰比宜为0.8：1，从而使隧道洞围岩能够迅速成为一个受力拱圈，最终达到一个稳定的状态。
2.2断层、破碎带的技术处理方式
从表现形式上，我们可以将断层划分为张性、压性、扭性、压扭性断层等多种类型，不同类型的断层对施工的影响各有差异。所以，工作人员首先要对断层的种类、隧道所处地层有一个全面的了解，再对可能或已经存在的具体问题进行针对性的解决。蒙自至新街高速公路清水河隧道除红河深大断裂东侧，断裂多期次活动，地质构造影响范围较大。在施工过程中，就曾经多次遭遇断层破碎带，其特点为：围岩呈角砾状松散结构、自稳性较差、施工时多次出现拱顶围岩坍塌现象。为此，工作人员在施工过程中采取了如下应对办法：2.2.1方案设计
该隧道采用“三班倒”连续作业，掘进方式为浅眼短循环，使围岩塑性变形区域尽可能减少，避免塌方现象的出现，每次循环的进尺在0.6～1m不等，压缩无支护条件下的围岩塑性变形时间。同时，对爆破设备、围岩类型、状况、爆破效果等数据进行了回归分析，并对各参数进行了优化调整，在降低回填量的同时保障施工进度。
2.2.2施工方法
（1）初期支护
对于不同强度等级的围岩采用不同的初期支护，具体是：Ⅳ～Ⅴ级围岩，采用不同类型超前支护加固;Ⅳ级与Ⅴ级围岩，一般处于洞口段，围岩强度低，所受压力较大，必须根据实际地质情况，设置仰拱，以利于控制围岩变形。
（2）超前支护
在清水河隧道施工过程中，断层破碎带支护全部采用Φ42超前注浆小导管，同时向内压注水泥浆液，使围岩中的松散岩体能够迅速固结，降低其变形量。
（3）开挖
TBM刀具的破岩机理。滚刀在刀盘上以一定的刀间距分布，掘进时刀盘在驱动装置的带动下匀速旋转，同时启动推进油缸使滚刀以一定的力作用在开挖面的岩面上。滚刀随刀盘的旋转在岩石摩擦作用下在开挖面滚动，当滚刀作用在岩石上的压力大于岩石的强度时，岩石被破坏剥落。岩石在滚刀正应力破坏的同时刀刃沿部分的岩石在应变时产生龟裂，刀盘进一步顶压，使得滚刀更加深入岩层，从而在岩层表面部分产生张力，导致龟裂向更深更远处进一步的增加，使相邻刀具作用轨迹之间的岩石剥落，从而实现TBM的开挖掘进。
开挖方式选择为光面爆破，为了确保施工效果，除了结合围岩地质情况对设备、方案进行合理选择外，操作人员还及时将爆破的相关数据传递给技术人员，使下次爆破方案的选择更为合理。虽然光面爆破在该地质环境下的效果低下，但对于围岩的扰动极小，有力保障了整体成型轮廓，对施工效果的提升起到了积极的促进作用。
（3）支护
支护是安全的保证。隧道支护应根据不同的围岩类别及地质状况进行施作，对洞口存在堆积体、滑坡体、浅埋及软弱地层等不良地质隧道，如某隧道采用了大管棚、小导管注浆超前支护，地表注浆加固及地面旋喷桩加固等措施。部分隧道洞口设置抗滑桩保证坡体的整体稳定，进洞后尽快施作洞门，确保进洞洞口安全;洞内软弱地层地段以锚、喷、网为主要支护手段，必要时加格栅钢架，强化支护措施，同时减少对岩体的扰动，抑制围岩过度松弛变形，确保洞内施工安全。
（4）二次衬砌、仰拱
衬砌树形象。衬砌是隧道内最重要的结构。隧道衬砌质量的好坏直接关系到隧道施工安全及运营安全，也是一个单位的形象代表。隧道衬砌根据隧道长度、围岩状况及不良地质存在的情况等因素采用了整体式衬砌、复合式衬砌、抗水压衬砌等多种形式，同时注重施工质量，做到“內实外美，不渗不漏”。衬砌质量和原材料、混凝土配合比、搅拌、运输、浇筑、振捣、模板台车的安装就位等工艺控制及相关参数有关。即衬砌施工以距掌子面不超过200m为限。仰拱超前、衬砌紧跟能在洞内迅速形成闭合环，防止围岩过度松弛变形，保证了施工安全，在软弱地层段其作用更为显著。
隧道二衬防水混凝土具有较强的防水能力，并在其中添加抗渗剂，以提高混凝土抗渗能力。隧道抗渗等级一般应达到P8，在施工过程中只要振捣密实，比较容易达到这结构本身的要求。
2.3软弱膨胀易流变围岩的技术处理方式
在清水河隧道施工过程中，也遇到了软弱膨胀易流变的围岩，受开挖断面无法自稳的影响，自行成洞无法实现，极大的增加了开挖与支护的难度，为了解决这一问题，工作人员采取了以下应对办法：
2.3.1超前小导管
注浆方式由渗透改为劈裂，从而在围岩内部形成脉状固结体，在对围岩进行挤压的同时，使其自稳能力得到提升，所使用的浆液水灰比为0.6：0.8，在压浆之前，通过8～10cm混凝土止浆墙对开挖面进行了封闭，注浆压力始终保持在2～4MPa的水平，使注浆效果满足设计要求。
2.3.2排水
以超前导管引流作为主要的排水方式，以下导坑施工排水作为辅助的排水方式。其中，下部排水工作以含水层施工排水方案为指导依据。在进行超前排水的过程中，工作人员不仅对水流进行了及时疏导，同时还全面监控围岩的变化情况，对围堰水流、应力变化的监测结果进行全面分析，并以此作为施工方案选择的依
据，确保施工作业的顺利进行。
2.3.3开挖和初期支护
在开挖过程中，工作人员预留了核心土，并通过喷射C20混凝土的方法对开挖掌子面进行封闭，两侧弧形导坑的开挖每次仅进行50%，随后立即进行半榀工字钢架支护和木支撑的临时支撑。拱架的支立结束后，在最短的时间内完成径向锚杆、挂网以及混凝土喷射操作，以期达到迅速封闭的效果。在一侧的初期支护完成后，再进行另半榀拱架的支立。混凝土喷射结束后，将木支撑拆除。
为了使喷射混凝土的韧性和抗剪能力得到提升，在进行初期支护混凝土喷射时，还进行了双层密钢筋网的设置。
3、目前公路隧道施工的基本现状和解决的有效措施
3.1精细化程度不够
目前，大多数隧道项目在施工过程中，对施工技术和作业指导做得不详细，未能充分发挥出指导作用，因此，施工队伍的团结合作和经验直接决定了隧道施工质量和进度的优劣。但是，由于施工队伍大多数都是农民，具有很大的流动性，这些都不利于施工工作的顺利开展。由此看来，必须对现场施工进行科学管理，并且要给适当指导。
3.2要有严谨的工作态度
在隧道施工阶段，对现场的基本情况要熟悉掌握，利于各自检测手段对施工质量进行检验，以便满足最初的设计要求，并最终达到预期的效果，同时也可以及时发现存在的问题，并采取有效的措施加以解决。只有在隧道施工之前认真预测可能会出现的问题，这样一来，在施工阶段，可以把握重点、重视对施工现场的控制，在隧道工程竣工之后要加以核对，从而遂整个施工控制形成一个封闭的过程，以便发现、分析和解决问题。比如：在施工之前的测量工作要认真执行双检制度，对放样测量和长度测量等进行复测，这样，使得测量工作成为一个封闭的模式，从而确保施工尺寸的准确。3.3转变传统的施工管理理念
隧道施工要转变传统的施工管理观念，在施工过程中，不仅要提高施工管理水平，而且最重要的是提高施工水平。施工技术管理和理念要运用到施工过程中，现如今，比较流行的施工管技术管理大多数是通过讲学、积极参与到管理工作中的方式才实现的。
3.4要有超前意识
由于隧道工程施工程序复杂，涉及到的问题很多，根据可能遇到的问题、技术困难等，及时做好预防准备工作，及时发现问题和解决问题，这样可以有效避免遇到问题时仓促解决问题的不良现象。例如：在施工前，应该对施工现场地质
条件等进行认真调查，及时了解和掌握施工信息，这样，在隧道施工阶段可以正确的指导施工。
3.5监督单位要认真做好监督管理工作
隧道施工技术不管是先进还是落后，都是保证隧道设计符合要求，从而，保证隧道的施工质量，把成本消耗降低到最低。但是，由于在施工过程中，普遍存在一些问题：第一，监督单位缺少对现场的监督工作;第二，施工条件的复杂，未能做到全过程监控，只对一些重点工序进行监督，给隧道工程安全留下了很多安全隐患;第三，对施工重点控制执法不严。这些，都会直接影响到隧道施工技术管理工作的顺利开展，所以，监督单位要长期紧盯工程施工，不仅要紧盯施工方案和出现问题，更要认真抓细节工作。特别是技术管理中测量、地质测量、机械设备选择等方面都要由专业的人去完成，只有合理分工，才能将施工人员的潜能充分发挥出来。建设出质量优、合格的隧道工程。
4、结束语
在复杂地质条件下公路隧道施工除了要做好对围岩的检测以及相应的技术攻关外，最重要的就是要获取详尽的工程地质资料，这不仅有利于技术指导和方案选择合理性的提升，也能够有效降低不必要的工程浪费。一直以来，地质勘探在隧道施工中就不占据重要位置，尤其是在大规模深层次剥离的阶段，地质勘探的参与度更显不足。与此同时，施工单位却并不具备相应的能力，既没有人去整理和分析详细的地质资料，也没有人进行区域性的调查和对比，最终形成了工程地质资料不健全、不准确的不正常现象。
想要高水平的完成复杂地质条件下公路隧道施工任务，施工单位不仅要具备较高的施工能力和技术水平，还必须拥有一套科学、合理的管理体系，通过对各道工序的监督与管理来实现施工水平的进一步提升，从而在出色完成施工任务的同时，使企业的社会和經济效益得到更多保障。
参考文献：
[1]张连成.复杂地质条件下公路隧道建设安全保障技术研究[D].长安大学，2011.
[2]许子文.复杂地质条件下公路隧道施工方法[J].西部探矿工程，2004，03：109-110.
[3]汪德志.复杂地质环境下隧道施工技术[D].西南交通大学，2011.
[4]鹿江.复杂地质条件下公路隧道受力性状分析及结构可靠性评价[D].长安大学，2010.
