浅谈复杂多变地质条件下公路隧道施工方法

内容提要：本文通过对公路隧道断层破裂带、含水层与流沙岩层、软弱膨胀易流变层的施工，总结出了具体的施工方案及处理措施。

关 键 词：复杂地质 隧道 施工总结

中图分类号：U45文献标识码： A 文章编号：

一、前言

复杂多变地质条件是指地下工程在开挖后，围岩由于原有的力平衡状态受到破坏并在地下水的作用下产生过度变形、滑坍或膨胀的地质现象。由于复杂地质条件的影响，会造成建设工期的延长，增加工程费用，严重时会造成工程停滞不前。

二、断层及破裂带的处理及施工方法

断层从表现形式来分可分为压性断层、张性断层、扭性断层和压扭断层等。其对工程的影响各不相同。在隧道施工中，弄明白断层的表现形式对制订施工计划及确定掘进方案是非常有用的。在具体的施工过程中，对断层属于哪一种类型，隧道处于什么样的地层中要做到心中有数，然后对可能存在的问题具体分析，做到有的放矢。当遇到断层破碎带，其工程特点是：围岩呈角砾状松散结构，泥质充填，自稳性极差，开挖后拱顶掉块现象严重。针对这种地质情况，通常情况下我们采取了以下施工组织和技术方案。

（一）、施工方案

以浅眼短循环掘进，尽可能减小围岩塑料性变形区域，避免坍方。每循环进尺0.5~0.75m，既以一榀拱架或格栅为单元教学掘进，以缩短围岩在无支护下的塑性变形时间。实行“三班八小时制”连续施工。同时，对爆破作业中的设备选型，围岩类型及打眼、装药、围岩状况以及爆破效果等各项数据进行回归分析，从而对爆破中的各个环节参数进行改进，以达到最佳状态。另外，浅眼短循环作业也利于爆破的进行，爆破后超挖量较小，减少了回填量，同时加快了施工进度。

（二）、施工方法

1、超前支护

在断层破碎带采用全部采用Φ42超前注浆小导管支护，并压注水泥浆液以固结松散岩体，增强了围岩的自身强度，减少围岩变形量。注浆导管加工成花管，根据围岩和实际施工的具体情况，在具备大型钻孔台车施工的条件下，以4.5～6m为宜。

2、开挖

采用光面爆破开挖。为了充分保证开挖的实际效果，在施工时应结合围岩的地质情况，选用合理的钻孔设备，确定爆破方案，同时对爆破后的效果及相关数据及时反馈给爆破技术人员，以便及时调整下次施工爆破方案。虽然在这种地段下的光面爆破效果较差，残眼率较低，但它对围岩的扰动较小，整体成型轮廓较好，欠挖处理较少，对施工效果也具有不可估量的作用。

3、支护

隧道的初期支护在新奥法中具有十分重要的意义。一般隧道施工中，对初期支护的要求及设计均较保守。但由于地质情况了解得少，因此对断层发育严重，围岩初期塑性形变较大且短期内难以停止的区段，就需要采用一些强化初期支护的办法来补强。如加密径向药卷锚杆的布置；对变形开裂段压注水泥浆液；提前进行二次衬砌等办法。所有这些均需要在对围岩进行精密的监控量测的基础上进行确定，否则只靠目视判断，就太缺乏科学依据了。为了保证初期支护的准确及时，就需要技术人员及施工的工人在施工中根据实际情况，科学合理地采取适当的办法。

4、二次衬砌及仰拱

对局部形变较大的断层分布区，加强围岩的监控量测是十分重要的。现在隧道施工中多采用正台阶法，因此，在施工中上下导坑均需要布设一些监控点。通过对监控量测的数据进行分析，对已稳定的初期支护区段及时进行二次衬砌，以及对部分变形剧烈且很不稳定的区段及时施作二次衬砌进行封闭。仰拱施作在二次衬砌后及时跟进，使隧道形成一个统一的整体。

三、含水层与流沙岩层的处理及施工方法

破碎岩层与砂砾岩层含水后，稳定性会随含水量的增加而急剧地降低。针对破碎岩层含水情况，关键要处理好地下水。在施工过程采用排、堵相结合的原则，先在开挖面钻深孔，进行排水，等水流变小后再施作超前注浆小导管，钢管预先钻孔按梅花型布置，间隔50cm,直径为5mm。所压注的浆液以水灰比为0.8﹕1的CS浆液为宜。但必须注意的是排水钻孔的孔深应大于注浆孔深在2m以上。具体施工方法为：

（一）、防排水

隧道内施工车辆、人员来往比较频繁，排水系统在安排上应充分考虑到在不影响施工的前提下，最大限度地排除围岩内的水。由于上导坑的初出水量占整个隧道出水量的70%以上，但集中水泵又较为困难，因此采用凹形开挖，两侧稍高，中间略低的办法，将上导坑与下导坑做成长而缓的下坡，较好地解决了这个问题。对于下导坑开挖，主要采取在二次衬砌段设置集水池，集中进行抽水。尽量保证掌子面部分干燥，使施工能顺利进行。

（二）、支护与加固

由于围岩中水分的急剧流失会对围岩的应力重分布造成极大的影响，因此在排水到一定程度时，应立即完成初期支护，对水流实施封闭。同时，较为密集地打入径向小导管，压注水灰比为0.8﹕1的水泥水玻璃浆液，使隧道洞身周边的围岩迅速形成一个受力拱圈，从而达到一个稳定的状态。

四、软弱膨胀易流变层的处理及施工方法

遇到弱膨胀易流变的围岩，由于围岩自稳性极其差（开挖断面无法自稳），无法自行成洞，使开挖、支护都加大了难度。为此，采取的措施为：

（一）、超前小导管

超前小导管注浆，由渗透注浆改为劈裂注浆，以使在围岩中形成脉状固结体，并挤压围攻岩，提高围岩自稳能力。所注浆液以水灰比为0.8﹕1的CS浆液为宜。每排超前小导管压浆前用喷射混凝土8cm～10cm止浆墙封闭开挖面，同时严格保证注浆的压力要达到2～4Mpa，以达到相应的注浆效果。

（二）、排水

排水采用超前导管引流排水为主，加强下部导坑的施工排水为辅。下部排水采用含水层施工的排水方案。对于超前排水，则需要在施工中及时疏导水流的同时，由专业技术人员认真观察围岩的变化情况，进行监控量测，对围岩的应力变化和水流的情况及时加以了解分析，以确定合理的施工方案，确保施工顺利进行。

（三）、开挖及初期支护

开挖时应预留核心土，对开挖掌子面喷射C20混凝土进行封闭，两侧弧形导坑每次只开挖一半，开挖后支立半榀工字钢架，并以木支撑进行临时支撑，支立拱架后，尽快施作径向锚杆、挂网、喷射混凝土及时进行封闭，一侧的初期支护完成后，再支立另半榀拱架，拱架连接于前半榀拱架上，在喷射混凝土完成后拆除木支撑。

初期支护喷射混凝土时，为增加喷射混凝土的抗剪能力以及混凝土的韧性，宜加密钢筋网，并尽量采用双层钢筋为宜。

五、结束语

通过对地质复杂多变隧道的施工，除了加强技术攻关和对围岩的量测外，还有一点必须应该重视，就是隧道工程地质资料。详尽的工程地质资料，是指导施工和采取方案的一个重要前提，同时也可以省去一些不必要的工作，减少工程浪费。长期以来，隧道施工中搞地质勘探只是部分参与，而在以大地进行大规模深层次剥离的施工期，地质勘探的参与就显得力度不足。而工程施工单位在地质研究方面绝大多数都不具备这方面的能力，在隧道施工中，没有人来取样编录和整理详尽的地质资料，更没有人来和从前的区域地质调查资料进行对比、分析和研究，找出原有的谬误，使其更完善、更科学。