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复杂地质条件下的公路隧道施工技术要点研究

发表时间：2020/9/25 来源：《基层建设》2020年第17期作者：樊小勇

[导读] 摘要：伴随着我国城市现代化建设的高速发展，公路隧道工程地下深度越来越大，时常涉及地质情况较为复杂的施工要求。

        中铁六局集团有限公司长沙路桥分公司湖南长沙 410007
        摘要：伴随着我国城市现代化建设的高速发展，公路隧道工程地下深度越来越大，时常涉及地质情况较为复杂的施工要求。本文主要是对复杂地质条件下的公路隧道施工技术进行了研究，旨在切实提高公路隧道施工建设质量，为我国交通运输行业现代化发展提供理论支持。
        关键词：复杂地质条件；公路隧道；施工技术
        引言：我国基础设施建设对于国家发展有着积极的影响，现代公路的快捷性是大家有目共睹的，为人们出行带来极大便利。在现阶段的公路隧道建设中，地质状况越来越差，若隧道施工技术效果不佳，将对公路程长期使用造成影响，如何完善复杂地质条件下的公路隧道施工技术，成为有关部门的重点研讨对象。
        1复杂地质条件下的公路隧道介绍
        复杂地质条件主要是指公路隧道工程的施工场所所处的位置较差，如喀斯特地貌，或是岩层结构较坚硬的地区，存在一定的断层变化。还包括公路隧道施工区域周边环境情况，如矿洞等特殊施工地区，以及与城市建筑设施及水利工程、天然气管道距离较近的特殊地段等。一旦复杂地质条件下的公路隧道施工项目发生意外，将会导致当地土质发生变化，影响周围居民的生活质量。如图1所示。

        图 1 复杂地址条件的公路隧道
        2复杂地质条件下的公路隧道施工准备
        首先，公路隧道设计人员要与管理者及施工人员进行技术交底，保证施工人员充分了解施工图纸上的内容，针对复杂地质条件的处理方法进行详细解读，提高施工图纸的实际应用效果。其次，应重视对公路隧道施工现场的地质安全情况检测，在隧道的顶部等位置，利用检测仪器实现对施工地质条件全方位覆盖，通过对相关信息的全面收集，保证工程的顺利进行。再次，要提前对施工场地下方的土壤环境及地下障碍物进行调查，对于某些特殊障碍体进行标记，做好相应的定位。最后，要取得相关政府部门允许进行项目施工的批文，以及施工周围的民众理解，完善相关防扰工作[1]。
        3复杂地质条件下的公路隧道施工注意事项
        一方面，应注意保证岩层稳定性，这是复杂地质环境下进行公路隧道施工的首要问题，它影响着整个项目的施工质量和工程使用年限。在进行隧道作业前，工作人员要对复杂地质条件的具体情况及周边环境进行分析，就实际情况撰写施工条件报告，将施工现场的围岩性质、水文条件、地质变化等信息进行全面勘查，做好施工事故的应急预案。可以通过预加固技术对公路隧道项目进行优化，针对部分较为脆弱，或可能发生施工事故的位置进行加固，从而提高工程的稳定性。在公路隧道施工过程中严格按照施工图纸来进行，同时密切关注施工中遇到的新情况和新问题，及时对小问题进行控制解决，防止其随着时间的推移造成大的事故，从而影响整个公路隧道施工地质结构的稳定性，保障顺利完成施工。
        另一方面，应尽量躲避溶洞等风险。在复杂地质条件下进行公路隧道施工，经常会遇到溶洞环境，极具安全隐患。为了隧道的施工安全及项目建成后能够正常使用，可以在施工环节尽量规避溶洞环境，要在开挖时选择适宜的方式，提前做好全面的地质勘查，从而将施工路线绕过溶洞，提高工程施工的伸缩性。结合溶洞具体情况来有针对性地采取相应躲避技术，还可以将隧道施工无法规避的溶洞进行分割，使溶洞周边地质环境保持稳定。
        4复杂地质条件下的公路隧道施工管理要点
        4.1重视地质检测
        在进行复杂地质条件下的公路隧道施工过程中，要注重对地质信息情况的检测，主要采用超前地质预报（TST/TSP），涌水量大的地段采用超前水平钻孔，保证其检测的准确性，提高公路隧道施工项目的安全质量。在项目施工前要进行测量放样，根据设计图纸进行作业土地面核对，最大程度上降低公路隧道的施工误差，保障项目施工质量。加强对安全检测仪器设备的控制，对其检测精准度及地点布置进行合理安排，要在隧道结构的重点位置进行仪器检测，通过对相关信息的全面收集，保证地质信息监管质量。加强各个部门人员之间的沟通学习，解决实际地质检测工作过程中遇到的问题。要提高检测数据的准确性，革新自动化检测技术，建立完善的检测数据测量体系，保证其科学性、合理性，降低数据在传递过程中的误差影响。构建检测信息数据库，实行检测信息的科学化分类，提高检测数据的准确性，邀请专业机构对企业检测系统进行评估，将数据检测结果进行有效性分析，保证公路隧道施工管理的应用效果。例如：隧道采用新奥法进行施工。在进行这个隧道施工前，就要对茅坪哨所处的地质周围环境进行详细勘察，根据隧道洞口环境进行详细施工[2]。
        4.2调配材料购置
        加强材料采购环节的资金合理配置，合理管控材料，能够有效降低复杂地质条件下的公路隧道项目施工成本。采买人员要依照项目施工图纸要求，对材料设备质量型号进行合理规划，根据材料市场调研结果，控制原材料的质量。针对水泥、土钉等重要原材料，不仅要加强其用途管理，更要成立专门的质检部门，切实解决材料质量低下问题，保证公路隧道作业的顺利开展。加强信息化系统在材料采购环节的应用，将项目所需材料情况进行整合，施行规范化管理。从招标环节开始做好材料设备的质量审核工作，在保证材料设备质量符合项目施工要求的情况下，实现复杂地质条件下的公路隧道项目的有效管控。
        4.3重视人才培养
        人才培养是提高复杂地质条件下的公路隧道施工质量的关键，保证施工活动按照设计要求有序进行，降低人为因素对公路隧道施工效果的影响。培养水平过硬的技术人员，采取切实有效的宣传措施，结合施工单位实际管理经验，加强施工人员的专业化水平能力培养，完善项目施工管理质量。强调检测人员的责任意识及安全意识，确保相关人员能够充分意识到复杂地质条件下作业的危险性，并了解其对整体公路隧道建设项目完成的重要意义。定期对工作人员进行安全意识防范培训工作，提高施工人员的自我安全意识，降低施工现场的安全隐患，减少施工检测工作量。从管理层到一线员工都要给予重视，清楚每个岗位人员的具体职责，保证相关工作的完工效率与安全质量。引进现代化施工器械，加强对公路隧道施工技术人员的现代化技术培训工作，完善新型设备的操作应用，在保证施工质量的前提下，利用科学机械的便利性，提高工程完成效率[3]。
        5复杂地质条件下的公路隧道施工管理要点
        5.1排水技术施工要点
        一般来说，复杂地质条件的地表水对整个公路隧道施工影响较小，但在遇到积水问题时，需要利用水泵进行抽水工作。通过对不同区域的集水沟设置，使废水沿着同一方向排出，送入到附近的截水沟中，并进行相应的防水控制。应该在路面的横坡设置排水沟，能够有效提高公路隧道项目的通水效果，架设排水管，为二次排水作业提供基础设施保障。整个公路隧道施工项目中，也要注意排水槽的的设置，尽量避免在基层中出现大面积积水的情况。在三级沉淀处理后，顺着基坑方向进行截水沟搭设，进而形成立体化的排水系统，在外围抽水泵的作用下，将基坑中的水抽出。以茅坪哨隧道（TJ-Ⅱ）为例，该隧道左幅长为1416米，右幅长为1407米，隧道内高度为7.1米，宽为10.79米。净高5m，净宽10.25m，进口为削竹式，出口为端墙式。该项目采用新奥法进行施工，主要包含明洞30m，五级围岩323米，四级围岩1560米，三级围岩940米。在茅坪哨隧道的施工排水措施施工中，通过设置帷幕等方式，有效对地层进行加固，防止发生地表断裂。在开挖后经过注浆进行局部股流封堵，降低因水土流失造成的复杂地质局部凹陷的事故发生。
        5.2预埋技术施工要点
        预埋技术在我国公路隧道工程建设中还有待开发，它缺乏具体的施工技术操作要求，尤其是在复杂地质施工条件下。在预埋技术应用于公路隧道工程前，应进行预埋滑槽试验，明确槽道施工的技术参数。在实验环节，通过拉拔试验、剪切试验、水平环堆载试验等方式，对预埋件进行性能测试。此外，还要在外部受振动荷载作用环境下，研究连接螺栓防松脱技术，保证预埋件的自身质量及受力承载量满足项目施工要求，如图2所示。浇灌砼时，应尽量避免振动棒与固定架接触，禁止出现直接对着螺栓和预埋件进行浇注砼的情况。待砼浇灌完毕后，施工人员应对螺栓使用的实际情况进行记录，并与项目设计图纸相比较，采取有效措施进行细节调整，完成设计要求。在预埋滑槽槽道与相应的螺栓之间应具备齿牙构造，并根据具体工程建设情况规定齿牙深度及齿牙间距宜，提高预埋件的咬合能力，避免在施工过程中出现构件滑移情况。在所有螺栓和预埋件施工完成后，质量管理人员要进行检查验收，保证预埋件工程施工合格再进行后续环节[4]。

        图 2 钢结构施工中的预埋螺栓技术
        5.3支护技术施工要点
        在复杂地质条件下的公路隧道施工过程中，可以利用预制桩或抗滑桩进行隧道支护，其应用原理是基于复杂地质条件的不稳定土层结构，通过将桩基下部埋入滑动面，在相互作用力的效果下阻止上部土体的滑动的装置，具有稳定支护的作用。当滑坡体下滑时，抗滑桩会体现其作用，对滑坡体产生阻抗，使桩前滑体达稳定状态。在进行抗桩基布置施工过程中，要采用跳打的方式，保证滑坡体不会在空隙中滑出，桩体间距控制在5-10米之间，采用矩形设置，边尺寸不得小于1.3米。此外，在桩基施工完成后应注意土方开挖时间及施工细则，若过早进行土体开挖，就会导致整个土层的内力释放，造成隧道变形等问题。
        5.4灌浆技术施工要点
        在完成公路隧道施工支护作业后，利用注浆灌浆能有效提高工程稳定性。一般来说，由于水泥浆的流动性较低，采用纯水泥浆的灌浆方式，降低注浆管堵塞的情况发生概率。应通过选择施工时间等方法，保证复杂地质条件的施工环境温度在7摄氏度到25摄氏度之间，若温度高于25摄氏度，应及时加入冷水进行搅拌，防止因温度过高影响灌浆质量。每一个孔洞灌浆量要保持在30L/min，灌浆的压力要与设定的终压相一致并且持续至少15分钟才能标志着灌浆完成。加强对注浆强度及注浆时间的控制，采用镀锌铁管、钢管等抗腐蚀性较高的材质作为注浆管，按照规定比例进行注浆材料添加。在实际注浆过程中要做好参数控制工作，保证水灰比例满足建筑要求，若出现注浆问题，要及时中断注浆，找出问题原因，采取有效措施进行处理。
        5.5土钉墙技术施工要点
        在复杂地质条件下的公路隧道施工管理过程中，可以通过土钉墙技术，提高复杂地质土地基层的稳定性，如图3所示。土钉墙是一种土体加筋技术，它一般由土钉或锚杆与其周围土体牢固结合而成，通过钢筋网与砼面层的结合，从而实现复杂地质支护施工。它的施工技术主要分为以下几点：其一，应提高土钉墙的自身材料强度，防止在进行抗拉时出现损坏情况；其二，要保证土钉墙与岩土之间直接接触，并具有相对运动的力，从而形成支护阻力；其三，土钉墙中锚杆的另一部分要作用于土层外部，使得形成岩土体的相对力；其四，施工人员要注意土钉墙本体的防护措施，在容易发生断裂事故的连接位置用钢丝进行固定。常见的土钉墙锚杆有预应力锚杆和全长粘结型锚杆，杆体材料为精轧螺纹钢筋或普通预应力钢筋，操作手法较为简单，且由于锚杆长度太长，所以要同框架梁等辅助结构组合运用。

        图 3 土钉墙施工图
        5.6预应力技术施工要点
        预应力锚索简称锚索，其工作原理是将其一端固定在较为坚硬的土地内，将锚索向较为容若的土地层进行工作拉伸，使其固定在土地的另一端，利用自然环境存在的压力实现固定。预应力锚索是一种在公路隧道洞口段地势较陡、岩层较差区域，或在地质条件过于复杂时采取的补救措施，对于稳定性欠佳的隧道环境，满足在各种设计荷载组合下使其结构保持稳定、坚固和耐久，是一种很可靠的地质防护手段[5]。
        预应力锚索包含幅度锚头、锚索体与外锚头三个组成部分。内锚头为工程预应力的提供基础，在其框架梁体系中，将锚索固定在稳定结构上，会使其经过固定作用直接施加在土地中，在中间产生压力，控制岩土内部的建筑环境，起到固定建筑的目的。但在利用预应力锚索进行边坡加固的过程中，可能由于拉力过大导致坡体形状改变，对建筑造成损坏，失去其原有效果。应将框架梁与之结合，通过框架梁的锚墩作用，增加与坡面之间的有效接触面积，使得坡体的变性受到抑制。
        结论：伴随着我国交通运输行业的不断发展，复杂地质条件下的公路隧道施工技术对于社会城市化发展的影响程度越来越高。应提高公路隧道施工质量，保障公路隧道工程建设安全，克服复杂地质条件的施工困难，明确施工管理要点及施工工艺，实现项目全阶段监管。通过科学的方式进行项目施工，采取具有针对性的管理策略，提高我国公路隧道施工技术应用水平。
        参考文献：
        [1]潘雪峰，陈俊宇，严江勇.贵州某高速运营隧道病害原因分析与处治措施[J].科学技术创新，2020（21）：107-109.
        [2]刘天浩.山岭公路隧道二衬混凝土开裂原因分析及防治措施[J].科学技术创新，2020（21）：109-110.
        [3]肖矜，刘汉红，王鑫.公路隧道下穿铁路路基的沉降行为研究[J].公路工程，2020，45（03）：23-28.
        [4]刘卓，赖清明.高速公路隧道出口路段占道作业交通组织方法研究[J].公路工程，2020，45（03）：234-239.
        [5]焦云成.山区高等级公路隧道群内明线段防雪措施设计探析[J].黑龙江交通科技，2020，43（06）：175+177.