摘要：隧道施工中，力学形态、地质条件都是处于不断变化当中的，不同的施工技术对整个隧道的影响是有差异的，施工技术的选择直接决定着隧道建设的成功与否，当前隧道施工方式主要有全断面开挖法、台阶开挖法及分部开挖法三种。而要想保证隧道施工的有效监控和指导，就需要对复杂地质环境下的地表沉降、净空收敛、拱顶下沉等做到有效的控制，保证隧道在挖掘的时候能够处于稳定的状态，实现施工质量与安全的全面保证。
关键词：复杂地质环境；隧道；施工技术
1引言
经济的发展以及土木施工技术水平的提升使得人们对于社会基础设施建设的要求越来越高，而作为交通运输方式中最为重要的铁路运输成为了人们关注的焦点，尤其是隧道施工，人们对其要求水平越来越高[1]。这也是由于有各类新技术新工法作为支持，在隧道建设中起到了重要作用，使得一些复杂地质条件所造成的施工难题被克服。而随着西部大开发战略及一带一路政策的实施，我国在建、拟建隧道的施工地质环境多数较为复杂(见图1）、地势起伏，并且开挖方式、支护方式的要求也较为复杂，同时由于隧道施工有着复杂性和隐蔽性的特点，所以会对工期造成严重的影响。另外大多数的隧道施工环境都同时伴有复杂的气候条件，这就对隧道施工技术提出了更高的要求，施工难度也就相应的增加了，施工的风险也同步增加。在工程实践中，复杂隧道围岩差异性的核心问题是其对工程安全性影响不同，进而对隧道安全性控制的难度、方式及效果也相差悬殊，因此对其进行安全性评估和分级是非常必要的。这不仅是施工方案选择的依据，也是安全性控制和工程建设管理的基础性工作。隧道地质条件对隧道工程的影响更多地表现为围岩的工程响应和工程安全效应，对其进行系统分析则是隧道施工方案和支护结构设计的基础和条件，也是安全性控制的保障。在稳定性较差的复杂地层条件下，隧道围岩在掌子面前方已发生较大的变形和一定的破坏，其破坏形式、程度和范围即决定了施工的技术难度和安全风险，同时也对控制方案提出了不同的要求。在复杂地质环境下，铁路隧道施工方法的选用对围岩稳定、施工安全、施工进度等会造成严重的影响。因此，必须综合考虑施工方法的安全性、可靠性、经济性等因素，进而选取合适的施工方法[2]。本文便对复杂地质条件下不同隧道施工工法进行了分析总结，希望可以有效提高隧道施工技术水平，消除施工安全隐患，确保铁路施工质量。
图1隧道施工过程中的复杂地质环境
2不同的施工方法对比分析
近些年来隧道施工技术不断革新，有的施工技术工期较短、有的施工技术施工造价较低、有的施工技术安全性能较好、有的施工技术对环境造成的污染较小，但是对于隧道施工来说并不是一种施工技术完全适用的，如何去选取施工技术需要根据隧道工程的实际情况，对各种施工技术进行充分研究，从各种施工技术当中选取出最佳的施工方案，从而实现在复杂地质环境下保证隧道施工的质量安全，是需要我们去分析总结的。
从力学状态角度来看隧道结构是非常复杂的，施工方案是多种多样的(见图2），具体到各种隧道施工技术，有全断面开挖技术、台阶法、分部开挖法，其中台阶法又分为长台阶法、短台阶法、超短台阶法；分部开挖法又分为台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。以下将分别分析其各工法之优缺点[3]。
图2不同工法开挖断面高度示意图
2.1全断面与台阶法开挖技术
全断面开挖法这种技术在设计上是依据隧道的轮廓所进行的一次性爆破，据此隧道成型，然后利用支护及衬砌修建的方法进行施工。在施工当中围岩需要具备从全断面开挖的初期到最后支护之前的稳定性。其优点是工作面空间较大，便于大型机械的操作、施工速度相对较快、对工序的干扰较小。缺点是围岩的要求较高。
台阶开挖法技术优缺点分析:这种技术从横向上将掌子面分割成为两到三部分，然后分别进行开挖，这种技术对围岩的适用性是较强的，同时对开挖设备的要求也较低，挖掘后的洞内有着非常宽阔的施工空间，台阶开挖法对于隧道开挖面的稳定性保障是非常有利的，当前这种挖掘技术的应用较为广泛。其主要的缺点是在挖掘的时候会出现上部与下部的相互干扰，所以在下部进行挖掘作业的时候就需要对可能产生的上部挖掘的影响考虑进去。
2.2分部开挖法技术
在隧道施工的时候经常性的会出现软弱的围岩，这种围岩不适用于进行大断面的开挖，但是较为合适采用分部的开挖，分部开挖法主要有三种，其中环形开挖预留核心土法的工作面较为稳定，且施工的安全性能也较好;双侧壁导坑法技术先是从隧道的两侧进行开挖及支护，然后再将剩余的部分进行开挖及支护，此种挖掘技术初期支护是从下到上形成的，能够有效的解决土壤承载力不足这样的问题，同时还做到了对地表沉降的有效控制[4]。
分部开挖法的缺点也是无可避免的，其施工工序、施工组织、进度控制等都较为复杂，成本相对较高;第三种分部挖掘技术是交叉中隔壁法(中隔壁法)，这种施工技术在开挖的时候需要从一侧从上到下分成两或者是三步挖掘，在挖掘的时候每挖一部都要及时的对支护进行锚喷，并及时进行中隔墙施工，隧道的底部设置临时的仰拱，在中隔墙分步联结之后，再对中隔墙的另外一侧进行开挖，最后形成左侧及右侧开挖、支护交叉的情形(见图3）。隧道施工的过程当中隧道开挖技术是确保围岩稳定性的一个重要因素，所以在技术选择方面应该综合安全性能、工期要求、技术施工难度系数等进行考量，依据地质条件、施工现场情况等采取综合性的评估分析，找出适宜的施工工序及开挖工法转换方案(见图4）。
图3 加强CRD法临时支撑设计图
图4 隧道工法转换示意图
3环形开挖预留核心土法剖析
前面已经对环形开挖预留核心土法（见图5、6）进行了优缺点的分析，在该部分笔者将对其在具体的施工当中较为常见的施工技术进行深入的分析，主要分为六个部分:分别是超前预支护、上弧形导坑开挖，拱部初期支护、核心土及其下部开挖技术、下台阶初期支护及仰拱施工、全断面的二次衬砌以及防排水技术[5]。以下对其6核心技术进行详细剖析。
(1)超前预支护技术:首先超前锚杆要以一定的外插角沿着开挖的前方进行钻孔及锚杆的安装，在施工的时候需要注意外插角、锚杆长度等参数，尽早的形成超前预支护;
(2)上弧形导坑开挖:机械配合人工开挖，预留好核心土部分，严格按设计进尺掘进，不得超欠挖;
(3)拱部初期支护技术:上弧形导坑开挖后及时施工拱部初期支护，初期支护是支护结构与围岩的一种连接体，能够承受围岩应力适量的释放及围岩适量的变形，其可以作为永久性承载性结构的一个重要部分;
(4)核心土及其下部开挖技术:利用人工配合挖掘机先挖预留核心土部分，再进行下台阶中部开挖，最后进行下台阶侧壁开挖。开挖时加强掌子面及初期支护的观察，并及时封闭开挖面;
(5)下台阶初期支护及仰拱施工:下台阶开挖完成后及时进行下台阶初期支护及仰拱施工，使其及早封闭成环，确保施工安全;
(6)全断面的二次衬砌以及防排水技术:当初期支护达到基本稳定之后，整个隧道基本上就已经定型了，需要由上到下的顺序进行连续灌注。二衬衬砌混凝土灌注的时候应该保证捣固密实性、保证灌注的对称性、衬砌在分段施工时要注意伸缩缝及沉降缝合理位置的确定。在二次衬砌拆模的时间要依据混凝土强度的增长情况去确定，当混凝土强度达到所需要求的时候再进行拆模处理。
图5 双侧壁导坑法与CRD法开挖分部对比
图6 双侧壁导坑法临时支护示意图
4结论
一般来说隧道所处的地质环境都是较为复杂的，并且相应的气候条件也较为复杂，这就会造成围岩出现稳定性差、支护结构受力变化的问题，所以在隧道的施工过程当中选取合适的施工技术是非常重要的，当前隧道的施工技术主要有全断面开挖法、台阶开挖法及分部开挖法三种，这三种施工技术都各具优缺点，所以在具体的隧道施工过程当中应该根据工程的特点去选择经济合理的、安全性能高的、工期匹配的最适宜的综合性施工方案。
参考文献：
[1]汪德志.复杂地质环境下隧道施工技术[D].西南交通大学,2011.
[2]李鹏毅.复杂地质环境下的隧道施工技术探讨[J].企业技术开发,2015,33:164-165.
[3]童高友.复杂地质环境下隧道施工技术[J].公路交通科技(应用技术版),2014,07:190-192.
[4]张振雨.论复杂地质环境下的隧道施工技术[J].广东科技,2014,18:129-130.
[5]孟凡军.复杂地质条件下铁路隧道施工技术研究[D].西南交通大学,2007
论文作者:刘仰胜,王钟辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/11
标签：隧道论文; 围岩论文; 施工技术论文; 导坑论文; 地质论文; 台阶论文; 断面论文; 《基层建设》2017年第27期论文;