超欠挖控制下的水平薄层岩层隧道施工策略研究

超欠挖控制下的水平薄层岩层隧道施工策略研究

曾强

中铁五局集团有限公司成都工程分公司 四川成都 610031

摘要：本研究深入探讨了水平薄层岩层中隧道施工的复杂性，并提出了一套切实可行的超欠挖控制策略。通过详细分析XX隧道的地质条件和施工过程，文章指出水平薄层状围岩在开挖过程中容易产生扰动，导致隧道拱顶出现平顶、落石、塌顶等现象。研究强调了在爆破施工中减少对开挖轮廓线以外围岩破坏的重要性，并对提高隧道施工的效率与安全性提出了具体的技术策略。通过对现场开挖爆破设计的不断优化，对钻爆工艺施工管理的加强，以及采取超前支护等措施，本研究成功实现了预期效果，并对相关技术进行了全面的介绍和总结。这项研究对于类似地质条件下的隧道建设具有重要的指导意义，为隧道工程中的超欠挖控制提供了宝贵的实践经验和理论支持。

关键词：隧道工程；水平薄层岩层；超欠挖控制；爆破施工；围岩稳定性

1.引言

1.1 研究背景与意义

随着交通基础设施建设的快速发展，隧道作为重要的交通工程组成部分，在山区公路、铁路和城市地下交通中的应用日益广泛。然而，隧道工程常常面临复杂多变的地质条件，尤其是在水平薄层岩层中的隧道施工，更是难度巨大，风险高。这类岩层由于其特殊的结构特性，使得在隧道施工过程中极易产生超欠挖现象，不仅增加工程成本，更可能对施工安全构成严重威胁。因此，探索和研究水平薄层岩层中隧道施工的超欠挖控制技术，对于提高隧道工程质量、保证施工安全、降低工程成本具有重要的实际意义。

1.2 国内外研究现状

目前，国内外针对隧道施工中的超欠挖问题，已有大量研究和实践。国外在岩石力学理论、爆破技术以及先进的监测技术等方面已经取得了显著成果，并在实际工程中得到了广泛应用。国内在这一领域也取得了一系列重要进展，对于复杂地质条件下的隧道施工技术、围岩稳定性分析以及超欠挖控制策略等方面进行了深入研究。然而，由于水平薄层岩层的特殊性，当前的研究仍存在诸多挑战，尤其是如何结合具体工程实际，制定出更加精准有效的超欠挖控制措施，仍然是一个亟待解决的问题。

1.3 本文的研究内容与方法

本文以XX隧道工程为案例，深入分析了水平薄层岩层的地质特性及其对隧道施工的影响。首先，系统总结了水平薄层岩层围岩在隧道施工中的稳定性问题及其成因，明确了超欠挖控制的重要性和紧迫性。接着，结合工程实际，提出了一套综合性的超欠挖控制策略，并对其实施效果进行了详细分析，旨在为类似复杂地质条件下的隧道工程提供参考和借鉴。在研究方法上，本文采用理论分析与实际案例相结合的方式，通过对隧道工程地质条件的细致研究，以及对超欠挖控制技术的深入探讨和应用，确保研究成果的科学性和实用性。

2.隧道工程地质概况与工程难点

2.1 XX隧道工程概况

XX隧道位于宜宾市，是该地区重要的交通枢纽工程。隧道设计为双向行驶的双洞四车道高速公路隧道，左右洞长度分别为7066米和7032米，平面最小曲线半径900米，最大曲线半径3300米。隧道的纵面设计采用了1.4%/-1.743%的人字坡，进出洞口均采用端墙式设计。为保障行车安全和隧道内部环境质量，隧道内配备了先进的车行横通道、人行横通道、变电所以及电光照明、机械通风和自流排水等设施。XX隧道的建设对提升区域交通网络，促进当地经济社会发展具有重要意义。

2.2 隧址区岩性情况

XX隧道穿越的地层主要包括第四系全新统坡残积层和下伏的三叠系各组岩层。其中，第四系全新统坡残积层主要由粉质黏土和碎石土构成，地层分布不均，显示出强烈的非均质性。下伏的三叠系岩层包含嘉陵江组、铜街子组和飞仙关组等，岩性多样，主要有灰岩、泥岩、泥质灰岩以及泥质白云岩等。岩层中的节理裂隙发育，岩体破碎，给隧道的施工和稳定性带来了极大的挑战。

2.3 水平薄层岩层围岩稳定性分析

隧道施工中的稳定性问题主要受岩层的结构面、岩体的力学性质和地下水等因素影响。对于XX隧道来说，水平薄层岩层的存在使得隧道施工过程中的围岩稳定性分析尤为重要。水平薄层岩层的特殊构造使其在受力时极易产生裂隙和断层，尤其是在受到外部扰动（如爆破振动）时，裂隙和断层的发展会加速，导致岩体的整体稳定性下降。此外，隧道开挖过程中的应力释放和重新分布会导致围岩向隧道临空面运动，进一步降低岩体的稳定性。在此情况下，隧道的拱顶和侧壁极易出现塌方、落石等问题，对施工安全构成极大威胁。

2.4 水平薄层岩层对隧道施工的影响

水平薄层岩层的特殊性质对隧道施工的影响主要表现在以下几个方面：

（1）爆破难度增加：水平薄层岩层的层间缝隙贯通，使得爆破能量损耗增大。这不仅影响爆破效果，还增加了爆破的成本。

（2）围岩稳定性降低：水平薄层岩层容易在开挖后产生较大的变形和位移，降低围岩的自稳能力，增加了支护难度和成本。

（3）支护结构受力不利：水平岩层在拱顶的梁式效应受到减弱，容易在节理的影响下断裂，使得隧道拱顶的支护结构受力不均，增加了安全风险。

（4）施工质量和安全难以保证：由于水平薄层岩层的特殊性，隧道施工过程中容易出现超挖、塌方等问题，不仅影响施工质量，还严重威胁施工安全。

针对上述问题，本文接下来将详细探讨XX隧道水平薄层岩层围岩超欠挖控制策略，力图为类似复杂地质条件下的隧道工程提供科学、合理的解决思路。

3.水平薄层岩层围岩超欠挖控制策略

3.1 水平薄层岩层超欠挖原因分析

在XX隧道工程中，水平薄层岩层的超欠挖现象主要由以下因素引起：

（1）岩层结构特性：水平薄层岩层的层间缝隙贯通，使得爆破振动能量能够沿层间缝隙迅速传播，从而在远离爆破点的地方也可能引起岩层的破坏，导致超欠挖现象的发生。

（2）爆破技术：传统的爆破技术在水平薄层岩层中的应用效果不佳，由于无法精确控制爆破能量的传递和释放，容易在不需要开挖的区域产生破坏，导致超欠挖。

（3）地质条件复杂：XX隧道所处的地质条件复杂多变，不同地段的岩体结构和稳定性差异较大，这增加了施工过程中超欠挖控制的难度。

3.2 超欠挖控制施工技术

针对上述原因，本项目采取了以下超欠挖控制施工技术：

（1）优化爆破方案：对每次爆破进行精心设计，包括炮孔布局、装药量和起爆顺序的优化，以确保爆破能量能够集中于需要开挖的区域，减少对周边围岩的不利影响。

（2）采用预裂爆破技术：在拟开挖轮廓线附近先行进行预裂爆破，形成一定宽度的裂缝带，隔断爆破振动波的传播，有效控制超欠挖范围。

（3）施工监测与实时调整：利用先进的监测设备实时监测爆破效果和围岩变形情况，根据监测结果及时调整后续爆破方案和支护措施。

3.3 防止围岩失稳垮塌的施工措施

为了预防围岩失稳和垮塌，本项目采取了以下施工措施：

（1）加强地质勘查：在施工前对隧道沿线进行详细的地质勘查，准确掌握地质条件，特别是水平薄层岩层的分布特征和稳定性，为施工提供科学依据。

（2）合理布置施工顺序：科学规划施工顺序和方法，优先从稳定性较好的区段开始施工，逐步向复杂地质区段推进，确保整个施工过程的安全性。

（3）加强支护与加固：及时有效地进行初期支护，如注浆加固、锚杆支护等，提高围岩的整体稳定性。对于特别复杂的地段，采用超前小导管施作等技术进行局部加固，确保施工安全。

（4）实施严格的监控和预警机制：通过安装先进的监测设备，实时监控围岩的变形、裂缝发展及支护结构的稳定性，一旦发现异常，立即启动应急预案，采取相应的补救措施。

综上所述，通过采用上述控制技术和施工措施，可以有效控制水平薄层岩层中隧道施工的超欠挖现象，保障工程的安全性和稳定性，提高施工效率。

4.案例分析与实践应用

4.1 XX隧道超欠挖控制策略实践

在XX隧道工程中，面对水平薄层岩层带来的超欠挖挑战，项目团队采用了一系列创新控制策略。通过深入的地质勘查和细致的技术分析，团队准确识别了隧道沿线的岩层分布，为施工策略提供了坚实基础。在爆破设计上，团队优化了炮孔布局和装药量，确保爆破能量集中作用于开挖区域，有效减少了对周边围岩的影响。同时，引入预裂爆破技术，在拟开挖轮廓线附近形成裂缝带，隔断振动波传播，控制超欠挖范围。此外，项目采用了先进监测设备实时跟踪爆破效果和围岩变形，确保了施工的可控性和安全性，从而在实际工程中成功实现了超欠挖的有效控制。

4.2 效果评估与问题总结

XX隧道工程的实践表明，采用的超欠挖控制策略取得了显著的效果。通过优化爆破方案和采用预裂爆破技术，显著减少了超欠挖现象，提高了隧道施工的质量和效率。同时，通过实施严格的监测和预警机制，有效保障了施工过程的安全性。然而，项目实施过程中也遇到了一些问题和挑战。例如，在某些特别复杂的地段，由于地质条件的不稳定性和不可预测性，超欠挖控制仍然面临一定的困难。此外，尽管采用了先进的监测技术，但在数据分析和解释方面仍存在一定的局限性，需要进一步提高监测数据的准确性和实用性。

4.3 对未来隧道工程的启示

XX隧道工程的成功实践为未来隧道工程提供了重要的启示。首先，对于水平薄层岩层等复杂地质条件下的隧道工程，进行充分的地质勘查和技术分析是成功的关键。仅有准确的地质信息和深入的技术分析，才能为后续的施工策略制定提供可靠的依据。其次，创新的施工技术，如预裂爆破技术以及实时监测和预警机制，是控制超欠挖和保障施工安全的有效手段。最后，对于隧道工程的施工监测和数据分析，需要进一步的技术革新和发展，以提高数据的准确性和实用性，更好地服务于施工过程的控制和决策。通过不断的技术创新和实践探索，将能够有效应对水平薄层岩层等复杂地质条件下的隧道工程挑战，推动隧道工程技术的发展和进步。

5.结束语

通过XX隧道工程的深入研究与实践，本文对水平薄层岩层中隧道施工的超欠挖控制策略进行了全面的探讨。隧道工程因其特殊的地质环境和技术要求，成为工程科学中的一大挑战。尤其在水平薄层岩层的条件下，超欠挖问题更是难以避免。然而，通过科学的研究方法和创新的施工技术，本文成功地提出并实施了有效的超欠挖控制策略，不仅确保了工程的顺利进行，而且为类似地质条件下的隧道工程提供了重要的参考和指导。

在实践中，通过细致的地质勘查、精准的技术分析、创新的爆破方案和严密的施工监控，本项目在超欠挖控制方面取得了显著成效。这些成果的取得离不开团队成员的不懈努力和科学精神。但需要认识到，每一个隧道工程都有其独特性，超欠挖控制策略需要根据具体情况进行调整和优化。

展望未来，隧道工程技术仍将面临更多挑战。随着技术的发展和创新，需要不断提高地质勘查的精准度，优化施工技术，提高监测数据的准确性和实用性。通过持续的学习、探索和实践，有理由相信，隧道工程技术将会取得更大的进步，更好地服务于人类社会的发展。

6.参考文献

[1]张晓明. 隧道工程中的超欠挖控制技术研究[J]. 地下空间与工程学报, 2021, 17(2): 305-310.

[2]李强, 王建华. 隧道爆破施工中的围岩控制技术[J]. 现代隧道技术, 2020, 57(3): 18-24.

[3]高志强, 刘建华, 赵传瑸. 隧道工程中超欠挖控制的理论与实践[J]. 岩土工程学报, 2019, 41(9): 1623-1630.

[4]陈勇, 程国栋. 水平薄层岩层隧道施工技术研究[J]. 隧道建设, 2018, 38(8): 1352-1357.

[5]刘江平. 隧道工程地质分析与超欠挖控制策略[J]. 土木工程学报, 2020, 53(7): 112-119.