隧道施工技术应用下的地质环境论文

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1隧道工程概况

在水月寺镇高兰村有一处分离式的卧佛山隧道，线路整体地形起伏较大，高差悬殊。隧道左线进口桩号为ZK96+798，设计标高为435.738m，出口桩号ZK101+250，设计标高为341.906m，长4452m，纵坡采用-2.100%。右线进口桩号为YK96+812，设计标高为435.444m，出口桩号YK101+269，设计标高为341.440m，长4457m，纵坡采用-2.100%。围岩级别Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，主要由微风化闪长岩、大理岩、硅质页岩和硅质岩、第四系可塑至硬塑低液限粘土等构成。地下水类型为基岩裂隙水，主要接受大气降水补给。按新奥法原理组织现代化施工，通过监测反馈来验证或修改支护参数，严格按施工程序指挥组织生产。在生产安排上，以隧道掘进为主线，根据设计图纸和现场的水文地质情况合理确定开挖步骤、循环进尺、开挖方案、初期支护型式，并保持各开挖工序相互衔接，同时积极安排防水、二次衬砌跟进平行作业。施工中易发生围岩变形过大或坍塌、瓦斯突出等情况，因此施工方法十分重要。

2该隧道地段施工技术

2.1瓦斯地段隧道供风该地段含有煤层且沿隧道纵向不连续分布。煤层沿隧道纵向的长度不一，其中左线2处、右线1处的煤层均为20m，其余均不足5m。煤层厚度0～0.9m，变化较大，倾角62～75°。经现场检测及计算，煤层最大瓦斯压力0.403MPa，瓦斯含量为0.998m3/吨，瓦斯涌出量为0.015m3/s。本工程采用钻孔排放和通风的技术措施处理瓦斯问题。钻孔排放主要是防治煤与瓦斯突出。在掌子面处，沿煤层的竖直平面均匀布设4个水平钻孔，采用电煤钻湿式钻孔，长度不小于20m且穿透煤层。这些钻孔与地质预报的超前水平钻孔相结合，经检验，有效解决了煤与瓦斯突出的问题。隧道所需的风量根据爆破排烟、隧道内同时工作的最多人数、瓦斯绝对涌出量、允许最小风速、排除施工机械产生的废气等计算；同时考虑到开挖存在2个工作面（先行导坑与后行导坑），设置2个独立的主风机风管（抗静电、阻燃），对2个掘进工作面独立通风，通风方式采用送风式（压入式）。采用2个轴流式通风机，风管直径均为1m，隧道横断面左右侧各设置1个。主风机风管末端距离开挖工作面20～30m，同时为增强掌子面的通风效果，在风管末端设置局扇，局扇风管口距离开挖工作面的距离2～5m。通风风速要求大于1m/s，另外在瓦斯容易聚集的地方（开挖面上部、采空区、衬砌台车内部等）进行局部通风。

2.2煤层地段开挖方法与支护隧道开挖采用单侧壁导坑法，先行导坑宽度约0.5倍洞宽，先行导坑与后行导坑的掌子面之间距离20m左右。开挖时每循环进尺0.6m，预留变形量0.1m。揭煤施工采用微震动爆破法，过煤施工时在岩石炮眼中装药并采用松动爆破法。管棚采用外径89mm、壁厚6mm的热扎无缝钢花管；管体注浆孔孔径8mm、纵向间距15cm，呈梅花形布置，管体尾部2m作为止浆段。管棚长度20m，由每段长4～6m的钢管采用丝扣连接而成；相邻管棚的接头前后错开且不小于1m；同一断面上的管棚接头数量不超过50％。管棚施工前，安装管棚导向拱架，采用引孔顶入法施工。喷射10cm厚C25混凝土封闭工作面后，采用水灰比为1：1的水泥浆进行注浆，注浆压力1～2MPa，压力维持时间5～10min。注浆后及时清理管内浆液，插入钢筋笼，用水泥砂浆填充密实。超前导管采用外径50mm、壁厚5mm的热扎无缝钢花管；管体注浆孔孔径6mm、纵向间距15cm，呈梅花形布置，管体尾部1.05m作为止浆段。导管长度5m，环向间距0.4m、纵向间距1.2m，外插角10°。采用上述水泥浆进行注浆，注浆压力0.5～1MPa，压力维持时间5～10min。注浆前，同样采用喷射10cm厚C25混凝土封闭工作面；注浆超过8h后才能开挖掘进。两导坑界面处采用喷混凝土和临时钢支撑支护。经现场检测，变形满足要求，因此该处不再设置导坑锚杆。但考虑到安全需要，施工期间对临时钢支撑及该处的围岩变形进行持续监测。煤层地段开挖、支护等各项工序应尽量缩短时间、前后衔接紧凑，以降低安全风险。

3各种复杂地质条件下隧道施工技术

3.1溶洞地质条件的施工技术溶洞的溶蚀作用非常明显，在隧道施工中难免会出现溶洞现象，因此，在溶洞地区修建隧道过程中，应该明确溶洞分布范围、类型、岩层的稳定性、填充物以及地下水条件等，从而采取安全的施工方法。针对尚未发育的岩溶区，应该采取全面的预防措施，预防出现然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情况，从根本上确保施工的安全。在隧道穿过岩溶区中，其岩层比较稳定，且溶洞发育应该完整，地下水量不大的情况下，可考虑采取探孔或物探等方法，以掌握实际的地质条件。如果溶洞穿越暗河水囊等岩溶区，首先应该采取超前钻探及时，提前解决施工中的排水问题。在突发量涌水、流石流泥、崩坍落石的情况下，可采取平导作为泄水通道，顺利开辟掘进工作面积。总之，“引、堵、越、绕”等方法可及时处理岩溶地段隧道出现的溶洞现象。

3.2松散地层地质条件的施工技术松散地层结构松散，容易出现坍塌现象。在此类地质条件下进行开挖隧道，应该尽量减少对围岩的干扰，大多遵循先护后挖、密闭支撑、同时挖边封闭的原则，或者采取超前注浆改良地层和控制地下水等方案。

（1）超前支护。在隧道开挖前，采取超前支护方法，可避免在坑道掘进过程中出现坍塌现象。超前支护主要包括：超前锚杆方法、超前管棚法等。工作面条件与支架适应条件对照表。

（2）超前小导管预注浆方法。超前小导管预注浆主要是根据开挖外轮廓线，按照规定的角度置入管壁带孔的小导管，在施加压力的同时，向管内压注水泥，以增强岩体的稳定性，起到超前预支护作用。

（3）降水、堵水方法。松散地层中的含水量，造成隧道施工中存在各种隐患。因此，在施工中综合采取辅助坑道内井点降水、深井泵降水、注浆堵水、洞外地面隧道两侧布点等方法。在隧道施工中，结合隧道埋深以及工程水文地质条件，综合考虑技术经济条件，从而采取可行性的技术，切实提高工程质量水平。

3.3流沙地质条件的施工技术流沙大多呈糊浆状，容易出现围岩失稳坍塌、支护结构变形等危险情况，不利于安全的隧道施工。因此，在治理流沙地质情况之前，应该先及时处理水流情况，特别需要减少沙层的含水量。在流沙地质条件下，可采取以下综合处理措施：首先了解流沙特性以及地质构成结构，分析粒径分布、塑性指数等，从而采取因地制宜的治理方案。在开挖过程中，采取自上而下分部进行，先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭，控制沙粒从支撑缝隙中流出。或者采取超前注浆技术，以改善围岩结构，再继续开挖，避免对洞身衬砌造成破坏。按照施工组织设计要求，结合施工现场实际条件，从而制定可行性、经济性的施工方法，确保施工质量的提高。

4结束语

综上所述，我国地质比较复杂，隧道施工是与我国交通事业、人民生命财产安全密切相关的事业，国家及施工单位需要提高重视，对复杂地质环境加强研究，改进施工技术，增强施工质量的安全性，从而保障公路隧道施工项目的高效完成，促进我国交通事业的发展。

作者：张振雨单位：中交第四公路工程局有限公司