公路隧道建设安全保障技术研究

公路隧道建设安全保障技术研究

潘小波

中国建筑第八工程局有限公司

摘要：公路隧道建设过程中，由于地质条件复杂，一些人为的因素或技术因素原因，都会造成安全事故。在建设施工时，应本着安全第一原则，采取相应的安全技术措施，确保工程建设的顺利。本文根据工程案例，对地质复杂的公路隧道的安全保障技术措施进行研究，保证了隧道施工安全。

关键词：公路隧道；注浆孔；混凝土；破碎带

一、工程概况

某隧道项目的地质主要为弱风化花岗岩，局部为偏强风化状，岩石的成分主要为钾长石和石英，岩芯多呈碎块状和短柱状，节理发育。顶板较薄，施工过程中很容易冒顶、坍塌等安全事故。为确保隧道工程施工安全，在开挖隧道时需要采取相应安全技术措施，降低施工过程中的可能导致围岩出现变形以及地层出现沉降的情况。

二、复杂地质背景下的隧道安全施工原则

地质条件较为复杂时，为了保证施工安全，进行隧道施工时要遵循以下原则：①挖掘方式合理，不能对周围岩石产生过大的干扰；②注意施工引起的围岩变化，施工方式要尽可能保证围岩稳定；③在复杂的地质条件下，结合工程的地质情况，选择适当的施工方法，保证施工安全。

三、复杂地质背景下公路隧道建设的安全保障措施

（一）洞口浅埋段灾害防治措施

公路隧道的洞口处均为浅埋段，浅埋段的长短受洞口仰坡的影响比较大，仰坡的坡度越小，浅埋段越长，坡度越大则浅埋段越短。此阶段的隧道施工难度较大，影响施工因素多，不仅要考虑边坡的稳定还要考虑到施工方法的合理性和经济性。分析国内外已经修建的隧道工程，常见的洞口浅埋段处理方式为使用长管棚、套拱进行加固处理，并可在隧道挖掘初期作为支撑防护。此外，在施工质量有所保障时，为了加快工程进度，提高施工效率，节约施工成本，在施工方、业主、监理、设计进行协商许可的情况下，可由小导管注浆的加固方式替代原来大管棚支撑的方案，用浅埋暗挖替代原定的明洞，对洞口进行挖掘时，优先采用机械挖掘，以免影响围岩稳定性。在洞口进行铺底，使用整体式模板台车完成拱墙衬砌。衬砌使用模板一次成型，保证其封闭成环，施工时对土地的变形程度进行控制，及时监控并进行反馈，针对地层的变形情况对施工方式进行调整，同时还要密切监控洞顶裂缝和地表沉降情况，确保施工安全进行。

（二）破碎带施工灾害的防治措施

位于隧道左部大约60m处有一处断裂，方向和隧道走向相平行，标记为F1；整条隧道中还布满了若干小断层，导致围岩不完整，有破碎现象。该处的最大埋深和最小埋深分别为29.3m，23m。此外，由于风化的影响，该段的花岗岩有碎裂的现象，结构为中粗粒；围岩成分含量由多到少依次有钾长石、石英、黑云母等；由于岩石结构会不断运动，其裂隙会继续发育，会呈现团块状、脉状的形态，降低围岩的强度，裂隙的存在增加了岩面断裂的可能性，在进行挖掘施工时存在坍塌的风险。所以对于破碎带要进行地面高压预注浆处理，以便可以使围岩的强度增大，并降低其透水性，从而对水资源进行保护，也提高了施工安全性。

1.注浆实施方案

注浆时外围施工和内部施工使用的材料要区分开来，内部进行注浆使用水泥单液浆，外部孔隙进行注浆采用双液浆。施工段的地下水流速较快，大量吸浆并且注浆压力消失，对内部和外围注浆时都选择双液浆。用来注浆的水泥采用硅酸盐水泥，要求活性高，出厂3个月以内，标号在C42.5号以上；对水玻璃的要求有：原浆模数在2.8~3.4之间，初始浓度为45Be′，但在进行注浆时先将其进行稀释，使用浓度最终为35Be′。隧道注浆的浆液最合适比例要通过现场试验来确定，考察强度、凝结时间、抗折性等参数，选效果最佳的配比来进行施工。本工程在施工过程中，经过试验分析后最终确定的水灰配比为单浆液0.5∶1，双浆液0.8∶1，水玻璃、水泥的质量比为15%。

2.合理布设注浆孔

对注浆试验的结果进行分析确定其扩散半径为1.5m，孔位设定则通过现场注浆，综合考虑时间、压力、注入力等因素进行确定。进行注浆时，首先钻一个内径为91mm的钻孔，然后在孔内放上直径为32mm的钢管，并在钢管下部进行钻孔，相邻孔间隔40mm，孔径为10mm，孔的形状按照梅花图案分布，对围岩的注浆通过钢管完成。

3.注浆压力控制

通过注浆压力，浆液可在土中扩散、渗透，注浆压力的大小不仅影响最终的施工效果，还影响到施工费用。此次进行注浆的区域岩石受到风化产生细小裂隙并产生沉积，本工程在施工过程中，通过进行计算，确定注浆压力的范围为1~3MPa。

4.注浆顺序

注浆时通常内外施力使注浆的效果更好。本次注浆采用的方法为先整体再分段，整体注浆时按照先外后内的顺序进行，注浆方式为隔孔注浆。在进行注浆施工时，分别按照沟侧周边孔到山侧周边孔的顺序进行注浆。单个孔的注浆方式采用分节法，为了使注浆通畅要对注浆孔及时进行清洗。通过注浆量和终压共同判断注浆是否结束。

5.注浆效果

表1为对注浆前后衬砌受力分析的对比，由表1知二次衬砌受力最大的位置均位于拱顶内侧，在注浆之前已经达到2.26MPa，比混凝土抗拉强度的极限值还要大；注浆完成后，其最大值大幅度下降，仅为0.91MPa，比之前减小大约60%。拱脚内侧在注浆前后应力均最大，达到了15.3MPa，强度与抗压极限值比较接近；完成注浆后，应力最大值比之前减小大约36%，仅为9.64MPa。分析注浆前后的压力情况得出（见表1）：在对围岩进行注浆加固后，衬砌拉应力大幅度下降，此外，压应力也大大减小，改善了二期衬砌的受力情况，注浆有十分显著的效果。

表1受力分析对比表

图1塌方处治方案——复合式衬砌断面设计图

1.对于混凝土灌浆效果不明显的部分即径向局部进行注浆小导管的设置，小导管要求为Φ42mm×4，同时设置药卷锚杆型号为Φ22mm，环向间距和纵向间距分别为100cm，50cm，二者的排列参照梅花图形。

2.提前进行预加固：采用型号为Φ42mm×4的超前小导管，其长度选用3m，布设时要求拱部成120°，外插脚在6~10°之间，环向间距与纵向间距分别为40cm，2m。

3.进行初期支护：支护材料选用I20a的工字钢，纵向上选择型号为Φ20mm的钢筋进行连接，间隔为50cm，并且在外部设置尺寸为20×20cm的钢筋网。

4.变形量的预留值为12cm，使用长度为60cm的防水钢筋混凝土作二衬。

在对塌方进行处治前，首先要明确塌方具体范围，采用地质雷达来对塌腔的具体大小和周围岩石的开裂情况进行探测，并对已经建立的支护周围情况进行进一步探测。另一方面对塌方影响到的部分做好加固，保证施工安全。进行塌方处理时，设计部门、施工方、施工设备等均应准备到位，制定好遇到险情时的应急方案。治理期间要尽量避开雨季，保证排水系统良好。

四、结语

综上所述，本文以实际工程为例，分别从洞口浅埋段灾害防治措施、破碎带施工灾害防治措施、隧道塌方灾害处治技术3个方面对复杂地质条件下公路隧道建设过程中的安全保障措施进行了分析和探讨，保证了隧道施工安全，取得了良好的施工效果，可为类似工程借鉴和参考。

参考文献：

[1]张连成.复杂地质条件下公路隧道建设安全保障技术研究[D].西安：长安大学，2011.

[2]谢磊.富水膨胀土地质条件下柳城隧道的施工技术[D].成都：西南交通大学，2009.

[3]喻洪，葛宣彬.白云隧道主要地质问题及施工对策[J].西部探矿工程，2008（7）：177-180.