陳怡昕

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司龍巖管理分公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快和交通需求的不斷增長，大斷面隧道作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施之一，在現(xiàn)代社會中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，在實際施工過程中，大斷面隧道往往遭遇復(fù)雜的地質(zhì)條件，如巖溶地質(zhì)、軟弱地層、水文地質(zhì)特點等，給施工帶來諸多挑戰(zhàn)。

在復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工，施工人員需要面對多種地質(zhì)問題和風(fēng)險，如地層不穩(wěn)定性、地下水涌出、地質(zhì)災(zāi)害等，這些問題都對施工的安全性和效率提出了更高的要求。因此，深入研究大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)具有重要的理論和實踐意義。

1 大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件對隧道施工的影響

1.1 巖溶地質(zhì)特點分析

巖溶地質(zhì)是一種常見的復(fù)雜地質(zhì)條件，對隧道施工具有明顯影響。巖溶地質(zhì)中存在著豐富的溶洞、地下水系統(tǒng)和弱化帶等地質(zhì)現(xiàn)象，這些因素可能引發(fā)隧道臨時性或永久性的變形和坍塌，給隧道工程帶來極大的不確定性。在設(shè)計和施工過程中，必須充分考慮巖溶地質(zhì)的特點，采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，以減少巖溶地質(zhì)對隧道穩(wěn)定性的不利影響。

1.2 軟弱地層問題

在某些地區(qū)，土壤和巖石松軟、膨脹或黏性較大，稱為軟弱地層。這類地層在隧道施工中常引發(fā)塌方、側(cè)噴、沉降等問題，給施工帶來不確定性和安全風(fēng)險。針對軟弱地層的特點，需要采取相應(yīng)的預(yù)處理措施，如排除地下水、加固坡面等，在隧道開挖過程中還需增強(qiáng)地層的穩(wěn)定性和承載能力。

1.3 地下水對施工安全的影響

地下水是隧道施工中的常見問題。地下水的涌出或積聚可能導(dǎo)致隧道洞體坍塌、潛水等危險情況，嚴(yán)重的還會危及施工人員的安全和工程的穩(wěn)定性。因此，在隧道施工前，必須進(jìn)行充分的地下水勘測，并采取合理的排水措施，保持施工現(xiàn)場的穩(wěn)定和干燥。

1.4 斷層和褶皺帶的挑戰(zhàn)

斷層和褶皺帶是地質(zhì)構(gòu)造中常見的地質(zhì)現(xiàn)象，其發(fā)育與活動性給隧道施工帶來很大的不確定性。斷層或褶皺帶的存在可能導(dǎo)致隧道局部變形、巖層錯動，甚至引發(fā)地震等地質(zhì)災(zāi)害。施工過程中需要針對具體情況，靈活調(diào)整支護(hù)方案，以確保施工的安全和隧道的穩(wěn)定。

2 大斷面復(fù)雜地質(zhì)勘查與預(yù)處理技術(shù)

2.1 地質(zhì)勘查方法及應(yīng)用

地質(zhì)勘查在隧道工程中扮演著重要的角色，它通過采用多種方法綜合解析地下情況，為施工方案設(shè)計和工程管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和依據(jù)。地質(zhì)鉆探能夠獲取地下巖土的物理和力學(xué)性質(zhì)，地震勘探可以測定地質(zhì)構(gòu)造和巖層連續(xù)性，地質(zhì)勘探則能揭示地下水情況。通過這些勘查方法的綜合應(yīng)用，可以獲得對地質(zhì)情況全面準(zhǔn)確的認(rèn)識，幫助工程師們更好地評估風(fēng)險、制訂施工方案，并在項目實施過程中進(jìn)行合理的工程調(diào)整和管理措施的制訂。因此，地質(zhì)勘查是保障隧道工程安全、順利進(jìn)行的重要前期工作。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)測

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)測是隧道工程面臨的一項重要任務(wù)。通過對地質(zhì)特征和歷史數(shù)據(jù)的綜合分析，利用數(shù)學(xué)模型和計算方法，可以定量評估和預(yù)測可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害。通過地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)測的結(jié)果，可以確定隧道工程中存在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的區(qū)域和條件，并根據(jù)不同類型的地質(zhì)災(zāi)害采取相應(yīng)的施工措施，如支護(hù)加固、排水處理等。同時，及時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)的建立也是必要的，以便在發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時能夠及時采取措施，保障隧道工程的安全和穩(wěn)定。通過科學(xué)的地質(zhì)災(zāi)害評估與預(yù)測，可以最大限度地降低地質(zhì)災(zāi)害對隧道工程造成的影響，確保隧道工程的順利進(jìn)行。以下是一些常見的地質(zhì)災(zāi)害及其預(yù)測方法。

2.2.1 巖層滑動：通過對地層傾角、巖性特征和地應(yīng)力狀態(tài)等因素的評估，并采用計算模型如邊坡穩(wěn)定分析等，預(yù)測出巖層滑動的概率和可能的規(guī)模。

2.2.2 地下水涌流：結(jié)合地下水位、滲透系數(shù)和原始水位等數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)建模和計算方法，預(yù)測地下水涌流的情況及其對隧道工程的影響。

2.2.3 巖爆：通過地震監(jiān)測、巖層裂隙監(jiān)測等手段，收集并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值模擬和統(tǒng)計方法，預(yù)測巖爆的危險性和可能發(fā)生的范圍。

2.2.4 巖體變形：利用地表和巖體位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合巖石力學(xué)理論和數(shù)值計算，評估巖體變形的趨勢和可能的危險性。

2.3 巖體力學(xué)參數(shù)確定方法

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，準(zhǔn)確確定巖體力學(xué)參數(shù)對于隧道工程的設(shè)計和支護(hù)方案的確定至關(guān)重要。然而，由于巖體本身的非均質(zhì)性和地質(zhì)條件的復(fù)雜性，要想獲取準(zhǔn)確的巖體力學(xué)參數(shù)往往具有一定的困難。為解決這一問題，常采用現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬等方法來確定巖體力學(xué)參數(shù)。現(xiàn)場試驗可以直接獲取巖體的力學(xué)性能參數(shù)。

例如，壓力板試驗可通過加載壓力板并測量其變形程度來確定巖體的強(qiáng)度和模量；鋼筋錨桿試驗可以測試巖層的錨桿支護(hù)效果，并間接推斷巖石的抗剪強(qiáng)度。室內(nèi)試驗主要通過對巖樣進(jìn)行試驗來確定其力學(xué)性能參數(shù)。

例如，巖心強(qiáng)度試驗會測定巖樣在不同加載條件下的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)；巖石蠕變試驗則可測定巖樣在長期加載下的變形和破壞特性。數(shù)值模擬是通過計算方法對巖體的力學(xué)行為進(jìn)行模擬和分析來推斷其力學(xué)參數(shù)。常用的方法包括有限元分析，可以對復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值建模，并通過模擬不同加載條件下的響應(yīng)來推斷巖體的強(qiáng)度、剛度等參數(shù)。綜合應(yīng)用現(xiàn)場試驗、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬等方法，可以獲得較為準(zhǔn)確的巖體力學(xué)參數(shù)。

例如，通過實際工程中的現(xiàn)場壓力板測試，得到某巖層的抗壓強(qiáng)度約為150MPa；再結(jié)合室內(nèi)巖心強(qiáng)度試驗結(jié)果，推斷其抗拉強(qiáng)度約為15MPa。這些數(shù)據(jù)將為隧道工程的設(shè)計和支護(hù)方案的確定提供可靠的依據(jù)，確保施工過程中巖體的穩(wěn)定性和安全性。

3 大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工技術(shù)與支護(hù)措施

3.1 隧道施工方法選擇

在大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工中，選擇適合的施工方法對提高施工效率和安全性至關(guān)重要。常見的施工方法包括爆破法、盾構(gòu)法和隨機(jī)頂進(jìn)法。在選擇施工方法時，需要綜合考慮地質(zhì)條件、工程規(guī)模和環(huán)境要求等因素。爆破法適用于巖性較硬的地質(zhì)條件，通過爆破控制性地破碎并清除巖石。盾構(gòu)法適用于穩(wěn)定的地層，通過盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行地下推進(jìn)，同時開挖和安裝襯砌，以減少對周圍環(huán)境的影響。隨機(jī)頂進(jìn)法適用于軟土和松散地層，通過連續(xù)開挖、支護(hù)和襯砌的方式形成隧道。選擇最合適的施工方法需要詳細(xì)地勘查地質(zhì)條件和進(jìn)行工程設(shè)計，以確保施工方案的可行性。在實際施工過程中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)變化和工程進(jìn)展進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以保證隧道施工的順利進(jìn)行。

3.2 隧道初始支護(hù)措施

隧道初始支護(hù)是在隧道開挖初期采取的措施，旨在防止地表沉陷和洞體坍落，以確保隧道的安全施工和穩(wěn)定性。常見的隧道初始支護(hù)方法包括鋼格架、鋼筋網(wǎng)噴錨支護(hù)、噴射混凝土和壓力注漿等。鋼格架是通過在隧道壁面安裝鋼制網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來加固巖體和分散地表壓力，從而減少地表沉陷風(fēng)險，并提供臨時支撐。鋼筋網(wǎng)噴錨支護(hù)是將鋼筋網(wǎng)固定在洞體表面，并通過噴射錨桿漿液與周圍巖體連接在一起，提高巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少洞體變形和坍落風(fēng)險。噴射混凝土是將混凝土材料噴射到洞體壁面形成均勻的覆土層，以增強(qiáng)巖體的承載能力和穩(wěn)定性，阻止洞體坍落。壓力注漿是將漿液或封堵材料注入地層裂縫和孔隙中，通過加固巖體并填補空隙，以提高地層強(qiáng)度、密實性和穩(wěn)定性。選擇合適的隧道初始支護(hù)方法需要綜合考慮地質(zhì)條件、隧道類型和工程要求。及時進(jìn)行隧道初始支護(hù)能確保隧道在開挖過程中的安全穩(wěn)定，并為后續(xù)的主體支護(hù)奠定基礎(chǔ)，這些初始支護(hù)方法的應(yīng)用能有效保障隧道施工的順利進(jìn)行[1]。

3.3 隧道主體支護(hù)技術(shù)

隧道主體支護(hù)是對隧道開挖后的巷道進(jìn)行加固和支護(hù)的重要措施。常見的隧道主體支護(hù)技術(shù)包括錨桿支護(hù)、噴錨網(wǎng)片支護(hù)、隧道襯砌和防水補強(qiáng)等方法。這些技術(shù)能夠有效增強(qiáng)巷道的承載能力，抵抗地質(zhì)力學(xué)作用，從而確保隧道的穩(wěn)定性和安全性。錨桿支護(hù)是通過在巷道壁面灌注混凝土的鋼筋索，將巖體和支護(hù)結(jié)構(gòu)連接在一起，形成堅固的支護(hù)系統(tǒng)。噴錨網(wǎng)片支護(hù)則是將鋼筋網(wǎng)片固定在巷道壁面，再用噴錨材料將其連接至巖體上，以增強(qiáng)巷道的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。隧道襯砌是指在巷道內(nèi)設(shè)置混凝土或磚石等材料，起到包裹和保護(hù)巖體的作用。它能夠分擔(dān)地壓力，給巷道提供承載能力和防止巖體侵蝕。防水補強(qiáng)是在主體支護(hù)中較為重要的一環(huán)。通過使用防水材料和特殊處理方法，能夠有效防止水的滲透和滲漏，保護(hù)隧道的結(jié)構(gòu)和設(shè)備。這些主體支護(hù)技術(shù)的選擇和應(yīng)用，要根據(jù)地質(zhì)條件、隧道尺寸、工程要求等因素進(jìn)行綜合考慮。合理的主體支護(hù)能夠提高隧道的承載能力和穩(wěn)定性，確保隧道的安全使用。因此，在隧道施工過程中，主體支護(hù)是一個非常重要的環(huán)節(jié)。

3.4 隧道排水與防水處理

在大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工中，地下水的處理是至關(guān)重要的。合理的隧道排水與防水處理是確保施工安全和隧道長期使用的關(guān)鍵措施。常見的隧道排水與防水處理方法包括排水井、橫向排水和防水涂層等。通過適當(dāng)?shù)呐潘c防水處理，可以有效控制地下水的涌入和滯留，降低對隧道結(jié)構(gòu)的不利影響。同時，這些措施還可以減少地下水對隧道周邊環(huán)境的負(fù)面影響，維護(hù)地下水資源的合理利用和環(huán)境保護(hù)。因此，在隧道施工過程中，正確的地下水處理方案是非常重要的。

3.5 監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

為了及時發(fā)現(xiàn)隧道施工過程中的異常情況，并采取相應(yīng)的處理措施，建立監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)是非常重要的。這些系統(tǒng)通常包括地表沉降監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、振動監(jiān)測和地下水位監(jiān)測等，通過這些監(jiān)測手段，可以對隧道施工進(jìn)行實時監(jiān)測，及時采取措施調(diào)整和處理問題，確保施工的安全進(jìn)行。

4 大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工質(zhì)量與安全控制

4.1 質(zhì)量控制

在大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工中，施工質(zhì)量的保證是確保工程性能和壽命的重要因素之一。為了實現(xiàn)有效控制施工質(zhì)量，需要采取以下措施：首先，制訂合理的施工方案，包括施工順序、工序安排、支護(hù)措施等，確保施工過程的合理性和可行性。施工方案的設(shè)計應(yīng)考慮到地質(zhì)條件、施工限制和工期要求等因素，以確保施工質(zhì)量的可控性。其次，制訂詳細(xì)的質(zhì)量控制計劃，明確施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、驗收標(biāo)準(zhǔn)和控制措施。質(zhì)量控制計劃應(yīng)涵蓋施工過程中每個階段的施工質(zhì)量要求，并配備相應(yīng)的監(jiān)督和管理人員實施，以確保施工質(zhì)量的達(dá)標(biāo)。最后，合理配置人力、物力和技術(shù)手段，進(jìn)行資源管理。在施工過程中，需合理調(diào)配人力資源，培訓(xùn)和指導(dǎo)施工人員，確保他們具備必要的專業(yè)知識和技能。另外，合理使用施工設(shè)備和材料，確保其質(zhì)量和有效性，定期進(jìn)行檢查和驗收，并對施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵部位進(jìn)行抽查和全面檢測。通過檢查和驗收，可及時發(fā)現(xiàn)和處理問題和質(zhì)量隱患，確保施工質(zhì)量達(dá)到或超出設(shè)計要求。當(dāng)發(fā)現(xiàn)任何施工異常情況或不合格部位時，應(yīng)立即采取相應(yīng)的糾正措施，防止問題的擴(kuò)大和影響工程質(zhì)量[2]。

4.2 施工安全控制

第一，要進(jìn)行專業(yè)的安全培訓(xùn)，對施工人員進(jìn)行相關(guān)的安全知識和技能培訓(xùn)，確保他們具備必要的安全知識和技能，提高其安全意識和應(yīng)急能力。第二，制訂詳細(xì)的安全管理策劃，明確施工過程中的安全責(zé)任、安全規(guī)章制度和事故應(yīng)急預(yù)案等。通過落實和執(zhí)行這些安全控制措施，以有效管理施工現(xiàn)場的安全風(fēng)險。第三，建立安全監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，監(jiān)測施工過程中的安全指標(biāo)和風(fēng)險因素。通過對施工現(xiàn)場安全狀況的實時監(jiān)測，及時預(yù)警并采取相應(yīng)的措施，避免事故的發(fā)生。第四，根據(jù)具體施工工藝和工種特點，配置適當(dāng)?shù)陌踩O(shè)備和防護(hù)措施。比如，安全帽、防護(hù)眼鏡、安全繩等，為施工人員提供必要的個人防護(hù)，以確保其人身安全。第五，對可能發(fā)生的事故或已經(jīng)發(fā)生的事故進(jìn)行調(diào)查和分析，并總結(jié)教訓(xùn)，通過事故調(diào)查與總結(jié)，識別施工過程中的安全隱患和問題，加強(qiáng)安全控制和管理，從而提高施工的安全性。

5 結(jié)語

本文研究了復(fù)雜地質(zhì)條件對隧道施工的影響，重點關(guān)注地質(zhì)探測與預(yù)處理技術(shù)，并提出相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)和風(fēng)險控制手段。此外，還探討了大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工的技術(shù)與支護(hù)措施、質(zhì)量與安全控制。在隧道施工仍面臨困難和挑戰(zhàn)的情況下，呼吁持續(xù)加強(qiáng)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新，完善施工技術(shù)和設(shè)備，提高隧道施工效率和安全性。加強(qiáng)地質(zhì)勘查與預(yù)測工作，加強(qiáng)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，為保障隧道施工質(zhì)量和安全提供基礎(chǔ)支持。通過實踐研究，為大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工提供實用解決方案和管理策略，對促進(jìn)隧道工程發(fā)展具有重要意義。