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谈隧道工程在复杂地质条件下的施工技术

发表时间：2021/9/7 来源：《城市建设》2021年9月上17期作者：陈海巍

[导读] 经济发展与交通运输能力之间存在密切联系，因此，经济发展对交通的匹配要求更高，而运输作为交通体系中相对重要的一部分，加强建设并严格把控铁路隧道施工质量逐渐成为影响运输效率的关键所在

身份证号码：2306021982011****6 陈海巍

摘要：经济发展与交通运输能力之间存在密切联系，因此，经济发展对交通的匹配要求更高，而运输作为交通体系中相对重要的一部分，加强建设并严格把控铁路隧道施工质量逐渐成为影响运输效率的关键所在，为了提高运输的顺畅性，为人民出行安全保驾护航，就需严格按照施工要求及规章制度进行规范施工，特别是在复杂地质条件下开展铁路隧道施工作业，就需结合实际情况选择合理的施工技术，在把控好技术要点的基础上，将复杂地质条件对施工的影响降到最低，在保证施工质量及安全性的同时高效完成隧道施工作业。隧道工程在复杂地质条件下的施工所面对的挑战大，复杂因素多。隧道工程施工能否按照计划工期进行，施工管理能否达到预计效果，所受的影响因素较多。而施工技术管理是贯穿整个施工的一项重要工作，极大影响着工程质量、企业效益与声誉。在复杂地质条件下的隧道工程施工技术管理中，必须采用科学有效的管理模式，提升施工效率，缩短施工时间，降低成本。
关键词：隧道工程；复杂地质；地质条件；施工技术
        引言
        近年来，我国社会经济飞速发展，交通运输业在此背景下得到了迅速的发展，而交通运输行业发展的基础是交通建设。在复杂地质条件下进行隧道施工时，需要严格控制施工质量，保证隧道工程的质量满足实际需求。由于隧道施工工序较为复杂，而且隧道工程与地面工程存在较大差异。在隧道开挖时各个施工环节很容易受到外界因素的影响。若施工时未对实地情况进行勘察，隧道施工过程中极易出现坍塌的情况。因此，隧道施工前，需对复杂地质条件进行深入分析，选择合理的施工技术，保证施工安全，提升隧道工程质量。此外，交通行业也需要不断改进施工技术，解决隧道施工中遇到的各种地质问题，顺利推进并而提高隧道施工质量。
        1谈隧道工程在复杂地质条件下的施工的重要性
        隧道工程对于施工现场环境和地质条件等方面有很高要求，应在隧道工程施工之前对各项基础因素展开研究，规划符合我国交通运输行业发展要求的隧道施工模式，避免隧道工程施工出现问题。而在复杂地质条件下开展隧道施工时，还存在以下几方面难点：第一，由于隧道工程施工现场地质条件复杂，导致隧道施工中各类材料运输难度大，如果不能有效改善这一现状，复杂地质条件下隧道施工效果和质量安全大幅度降低。加上隧道工程施工程序错综复杂，不同施工环节对于材料物资需求量和其他要求存在很大差异，如果因地质条件原因影响各类物资材料运输及时性，必然导致隧道工程施工停滞不前，复杂地质条件下隧道施工效率和综合质量也会受到一定影响。第二，为降低复杂地质条件下隧道施工难度，需借助各类仪器设备提高隧道工程施工效率，严防隧道施工出现问题。但是受复杂地质情况干扰，各类仪器设备在隧道工程施工中很难得到高水准应用，无形中加大复杂地质条件下隧道施工难度，工程项目施工质量和安全效果难以得到保障。
        2谈隧道工程在复杂地质条件下的施工技术
        2.1隧道分步开挖技术
        如果地质环境较为复杂，则需进行分步开挖，这种开挖方式采用的是环形开挖预留核心土法或双侧壁导坑法。前者一般是应用于Ⅴ~Ⅵ级的围岩结构中，具体在隧道施工的初期阶段中运用机械和人工相结合，在早期支护结构的防护之下，可有效地开展二次开挖，核心土体是主要的承载结构部分，根据工程的实际情况进行二次衬砌施工。预留核心土施工技术的关键就是确保施工达到安全性、稳定性的要求，可以在复杂的条件下进行施工。而双侧壁导坑法技术多应用于Ⅳ~Ⅴ级围岩结构中，能够实现隧道两侧同时开挖。在施工阶段，为改善地基承载力不足的情况，在施工初期，需采用由上到下的顺序开挖，以提升隧道工程的承载力。在分步开挖技术过程中，该技术的应用也存在一定的缺陷，其工作量大且复杂。
        2.2隧道台阶开挖技术
        隧道台阶开挖技术主要在围岩稳定性相对较差的岩石结构上实施，在具体的施工环节，施工人员应将整个隧道断面分为多个断层部分，然后自上而下逐步进行开挖。隧道断面开挖施工之后，会形成一个弯曲的导坑，为够预防隧道坍塌的情况，应组织隧道人员进行多个井眼的钻探施工，提高断层结构稳定性。如果隧道顶部位置上存在松动现象，则需要立即进行支撑，确保工程实施的安全性，满足工程的质量标准要求。在当前的技术标准下，台阶开挖施工技术应用于复杂地质条件下的隧道施工已较为普遍，所取得的效果良好。但该施工方式在实际操作中却存在上下层相互影响的情况，需要工程人员在开挖施工前进行稳定性的评估与分析，以保证工程的安全性，防止引发施工事故。
        2.3气成层技术
        为了地质预测、改善建筑物的通风和排水条件和改善工作面，在隧道出口左侧(线前进方向)设置了一段较长的平行位置。打开并联后，利用并联位置作为通道进行灭火、救援和维修。在隧道实际工作条件下，采用钻孔抽放法，减小瓦斯压力，抽放高度大于隧道出口轮廓线。施工中还需根据按设计要求，沿隧道纵向每隔1.0m设置拱壁式钢架，以加强采空区外空洞的封闭，减少岩石面积和破碎面，防止破坏。应严格按照程序减少进入隧道的空气体积，加强通风，提高风速，增加隧道内空气量，确保隧道内气体浓度不超过0.3%。检验程序完成后，设立专职安全员，对气体进行连续检验。在隧道内的任何地方，气体浓度都能被吸入。因此在钻孔、装填和爆炸前，必须严格执行瓦斯浓度“一枪两控”的规定，加强瓦斯浓度的监测和管理。在隧道内，当瓦斯浓度超过1.5%时，掘进现场自动报警，调整施工人员，停止一切作业，增加通风量，若隧道内瓦斯浓度超过1.5%，则必须将相临近隧道内的施工人员进行疏散，以达到警示和预防的目的。
        2.4石膏层技术
        石膏穿孔结构采用超短台阶法开挖，当条件允许时，可采用人工或钻孔法结合人工挖掘的减压、初期支护加固初期支护，应按照灵活、及时、多支护的思路，将高强度、高抗震、大变形的材料和构件纳入第一支护。隧道壁采用锚固方式，轴心采用后轴线。管道结构的首次支护组合，带动了小型管道，锚杆和喷射混凝土。严禁洞内设置脱水通风站，喷淋水，注意排水，防止积水溢流，保持岩体干燥，隧道加固为椭圆形衬砌结构。考虑石膏的受力特点、空间要求和水源特性，选用椭圆衬砌结构，既能满足排水要求，又具有较大的承载能力。
        2.5软弱围岩隧道施工技术
        在软弱围岩地质条件下开展隧道施工时，施工单位可采取喷锚构筑施工技术开展相应施工。喷锚构筑施工技术主要应用新奥法原理，并在考虑岩土力学特点和相关理论基础情况下开展相应施工，使得软弱围岩地质条件下隧道开挖施工对周边围堰结构的影响降到最低。在软弱围岩地质条件下开展隧道施工时需要考虑的技术要点也比较多，具体包括：第一，开展隧道施工之前，应科学利用围岩结构稳定性和地质结构具体特点，针对性提高围岩结构可靠性和质量水平，以此避免软弱围岩地质条件下隧道施工出现问题。第二，为降低软弱围岩地质区域范围内公路隧道施工难度，还应强化喷射混凝土与锚杆间结合力度，必要时还应要求有关部门对隧道施工现场规划合理防护结构，使得隧道支护施工符合相关工程建设要求。第三，在对软弱围岩地质条件下隧道进行衬砌施工时，应保证砖体衬砌厚度合理性，继而提高隧道衬砌结构质量，充分发挥衬砌结构的作用效果，确保软弱围岩地质条件下隧道施工技术优势得以彰显。
        2.6洞外加固处理技术
        在复杂地质条件下进行隧道施工，其关键点在在于保证周边岩石稳定性，这就需施工单位全面掌握洞口外的实际情况，并根据工程情况匹配与之对应的隧道加固措施。在具体的工程项目中，部分施工单位为了提高技术操作的实效性，通常会将地表注浆及底层暗挖技术有机结合，通过二者的搭配使用来防止不良因素发生作用，保证加固技术的应用效果。

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在隧道工程施工的中后期，也极易被环境因素所影响，例如岩层因施工项目而被损坏等，为了保证隧道工程如期完成，就需正确应用填充踩空措施，以保证整体稳定性。除此之外，在地表注浆技术应用中，完善性明显增强，将该技术与其他技术配合使用，技术效果也将随之加倍。
        3隧道工程在复杂地质条件下的施工现状
        3.1地质状况复杂
        随着西部大开发，我国越来越多的高速公路建设延伸到西部地区。那里地质状况复杂，丛山峻岭，存在大量隧道工程。这里地质条件复杂，隧道工程施工难度很大。常见的有:隧道周边围岩状况不稳定、溶洞地区、暗流地带、沙流层、膨胀土等等不良地质因素。
        3.2缺乏必要的隧道施工监测
        缺乏必要的隧道施工监测，隧道施工监测的目的有以下两点:第一，可以准确掌握隧道围岩的基本情况，比如:隧道围岩的受力情况、隧道围岩的变形规律等，从而可以科学的预估，从而给后续的高速公路隧道施工提供建议。第二，通过结合隧道的测量结果、分析相关参数，进而减少隧道设计不足的地方，优化隧道的设计。比如:隧道某一部分地质情况突然改变，就需要针对不同的地质状况进行设计。所以进行隧道施工监测很有必要。
        3.3施工技术应用不合理
        先进的施工技术是加快施工进度与提高施工质量的关键，也能够充分保证工程施工人员的安全性。但是，目前我国在隧道工程的施工中所应用的施工技术还存在落后的问题，如铁路隧道的修建工作当中，针对一些复杂地质条件下的隧道施工，仍然采用传统形式下的掘进机和钻爆法等方式来进行操作，同时，这些施工技术在开展过程中没有和对应的支护技术进行有效的衔接，造成了整个铁路隧道工程施工稳定性不足。同时，在一些较为复杂的地质条件下进行施工经常会花费大量的资源来解决实际问题。
        3.4施工现场地质条件复杂多变
        地质条件复杂多变是导致施工难度较大的主要原因。一些地壳比较活跃的地区容易发生地质灾害，如泥石流、山体滑坡、地面沉陷等，还有，就是一些隧道施工中可能会触及地下水、地下管道、地表建筑等，导致场地周围容易发生一些安全事故。
        3.5 施工人员的安全生产素质低下
        复杂的地质条件对施工人员的专业素质有了更高的要求，尤其是某些山区的隧道工程施工难度较大，不仅需要先进的施工技术，最重要的是还要求施工人员具备必要的专业素质及其安全施工理念。但实际情况是，当前的施工人员受到传统铁路隧道工程施工理念的影响，没有注重自身安全意识的提升，有些施工人员过于依赖自身的施工经验，也没有革新和强化先进的施工技术，导致在一些特殊的地质环境中进行隧道施工时出现重大事故。由于在施工现场主要劳动力农民工普遍受教育程度不高，施工主要劳动力职业素质偏低，他们对安全的重要性往往认识不够。如果不做好隧道工程现场施工安全管理，缺乏有效的指导和监督，造成农民工可能对必要的施工机械掌握不够熟悉，胡乱施工，造成安全隐患。而且由于其安全责任意识也不强，在施工作业时移开安全防护措施，在施工作业完成后往往没有复原安全防护设施，这样就导致本来没有安全隐患的施工区域，产生新的安全隐患。
        4.隧道工程在复杂地质条件下的施工优化
        4.1制订科学合理的施工规划
        在复杂地质条件下进行隧道施工作业会加大施工的难度，这就需要在隧道施工前，开展实地勘察工作。在此基础上，根据隧道的实际情况制订科学合理的施工规划，以此保证后继施工作业的顺利开展。全面控制隧道工程的每一个施工环节，规划隧道施工的合理顺序，确保各环节能够有效地衔接，并全面规划施工技术、施工进度、施工设备等。预测复杂地质条件下比较容易产生的各种突发情况，并制订具有针对性的解决措施，从而能够有效处理产生的各种问题。在保证隧道工程安全和质量的前提下，合理配置施工人员、设备等，从而提升整体隧道工程的施工质量。
        4.2加强隧道工程在复杂地质条件下施工过程的技术与安全管理
        在施工过程中，应当积极强化安全管理，建立并完善风险预警、预判机制，通过安装红外线报警器，准确定位，及时预警安全隐患，确定应急方案。此外，提升施工设备安全稳定性能，对机械设备进行定期检查。施工人员能否准确操作的前提是设备正常运行，特别是喀斯特地貌中，地质条件复杂，危险系数高，尤其是要保证科技设备安全使用，应利用先进的计算机设备，采取大数据分析方法分析获取的信息数据，确保数据在安全范围内，若数据波动则应立即采取措施调整。在高海拔施工环境下，也应使用专业设备，确保设备特定环境下的工作稳定性。
        4.3有效规避风险
        隧道工程的建设会面临多种复杂的地质条件，也就会出现各种不同的地质灾害类型。这就需要在进行隧道施工的过程中，根据施工区域的地质情况，采取科学、合理的施工技术，以此确保施工的质量符合标准要求。施工单位要严格规范施工技术人员的操作，还要对其进行有针对性的培训，使施工人员能够有效使用先进的施工技术。在隧道工程施工的过程中，需要严格规范施工的具体操作，做到科学地施工，避免发生不必要的人为事故，有效规避风险，确保公路隧道施工的顺利完成。
        4.4认真对待隧道施工中的监测工作
        隧道施工环境相对密闭且存在危险性，可能会因围岩变形、坍塌、地下水突涌而突发安全事故。因此，可借助先进的技术设备，做好监测工作，从而能尽早发现各类危险状况、采取应对措施，以确保整个隧道施工周期内零事故。例如，可采用变形监测装置监控围岩变形情况。如果监测数据显示围岩变形突然增加，则需警惕围岩崩塌情况的发生，及时采取支护、加固等措施，确保现场环境安全。
        4.5重视施工方案的制定与审查
        隧道施工会遇到各种各样的复杂地质，适用于不同地质的施工技术也存在很大差异。因此，施工单位无论是从经济效益、工程质量，还是从安全管理等方面考虑，都应在现场勘察的基础上，利用已有资料和专业知识制定多套施工方案。然后对比施工方案，从中选出最佳方案。在后期隧道施工环节，设计人员也要与施工人员保持沟通联系，如果施工人员对设计图纸、组织规划存在疑问，应及时协商解决，确保隧道施工作业按计划顺利开展。
        5结束语
        综上所述，在隧道工程建设中，复杂地质条件下的施工技术管理为工程建设奠定了良好的基础，促进工程技术的优化升级。当前，社会经济快速发展的背景下，对隧道工程施工建设提出了更高的标准和要求，因此，也增加了施工过程中的技术难度。如果不能建设完善的施工技术管理系统，顺利实施复杂地质条件下的隧道工程施工，易带来大量问题，严重影响施工。因此，必须及时更新管理模式，采用科学的管理和控制手段，节省施工时间，提高施工效率，确保施工进度，节约项目建设成本，创造品质工程，提升企业形象。
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