复杂地质条件下水利隧道施工安全控制技术

随着水资源开发的深入推进，水利隧道工程日益向复杂地质区域延伸，施工过程中面临软弱围岩、断层破碎带、高地应力等不良地质条件的挑战，易诱发坍塌、突水、涌泥等安全问题。传统施工方法在此类环境下控制能力有限，亟需系统化、精准化的安全控制技术支撑。本文聚焦复杂地质条件下的施工风险特征，探讨一体化安全控制技术体系的构建路径，旨在提升工程施工的安全性与稳定性。

1 复杂地质条件下水利隧道施工安全控制的理论基础与研究现状

近年来，我国社会经济飞速发展，交通运输业在此背景下得到了迅速的发展，而交通运输行业发展的基础是交通建设。但我国幅员辽阔，部分地区地形复杂，给交通建设带来挑战。修建隧道，可以解决公路、铁路运输中的一些问题，从而节约成本。随着社会经济的发展，对铁路运输技术的要求越来越高，为了提高铁路隧道施工技术水平，就需要克服施工过程中存在的外界环境困难。然而，由于地质条件多变性强、工程适应性差异大，现有控制技术在适用性与系统性上仍存在不足，亟需构建更加科学的综合控制体系以保障施工过程安全可控。

2 复杂地质条件下水利隧道施工面临的关键安全问题分析

2.1 岩体结构不稳定导致围岩突发性变形与失稳风险高

在复杂地质条件下，水利隧道穿越的岩体多呈现节理裂隙发育、断层切割频繁、岩性变化剧烈等特征，导致围岩完整性差、结构不连续性增强。这类岩体结构的不稳定性使得隧道开挖过程中应力重新分布，引发围岩应力释放突变，极易出现拱顶坍塌、边墙失稳、底鼓上隆等突发性变形与破坏现象。一旦围岩失稳，不仅危及施工人员生命安全，还可能导致支护系统破坏、设备受损、工期延误，甚至引发次生灾害如突水突泥。当前，传统围岩稳定性预测手段对隐伏结构面的识别能力有限，常规支护设计难以实现动态适应，进一步加剧了施工风险。因此，加强对岩体结构特征的识别、开展超前地质预报和施工实时监测，并结合地质分区制定差异化支护策略。

2.2 地下水丰富地层易发生突水突泥造成灾害性后果

在复杂地质条件下，水利隧道常穿越含水层、断裂带或岩溶发育区，这些地层具有地下水丰富、渗透性强、水压高等特征。一旦围岩破坏或封闭系统失效，极易引发突水、突泥等灾害性事件，导致掘进面失稳、设备淹没、施工被迫中断，甚至人员伤亡。特别是在软弱破碎带或高压含水层中，水体与泥砂联合作用下会产生强烈涌流，形成“管涌”或“砂涌”，极具突发性和不可预测性。现阶段，突水突泥的预防主要依赖超前地质预报与注浆封堵技术，但由于地下水活动性强、地质条件变化快，传统预控手段存在延迟性与局限性。因此，施工中应强化以地质雷达、地质钻探、超前物探为核心的立体预报体系，并结合动态监测与分级响应机制，实时调整支护与排水措施。

2.3 通风排水系统滞后加剧有毒气体聚集和涌水失控风险

在复杂地质条件下进行水利隧道施工，往往伴随高瓦斯、高温、高湿或高水压环境，通风与排水系统的合理布设直接关系到施工安全。然而，受制于空间局限、地质突变与工序交叉等因素，部分工程中通风排水系统建设滞后、运行能力不足，难以实现对有毒有害气体（如甲烷、一氧化碳、硫化氢等）的有效稀释和快速排出，极易造成气体聚集、窒息、中毒甚至爆炸等严重后果。同时，复杂断裂带或岩溶地层中的突涌水常表现出流量大、压力高、持续性强的特点，若排水系统响应迟缓或超负荷运行，极易形成涌水积聚、作业面淹没等紧急险情。针对上述问题，应在隧道设计与施工初期同步规划高效通风与分级排水系统，实施分区控制与动态调度，辅以智能传感监测与预警手段。

3 面向复杂地质环境的水利隧道施工安全控制技术路径优化

3.1 提升初支结构柔性设计与快速封闭能力应对围岩变形

在复杂地质条件下，水利隧道围岩稳定性差，极易发生大变形、掉块、塌方等突发状况，对初期支护系统提出更高要求。传统刚性支护结构在遇到突变荷载时易发生破坏，难以适应软弱围岩或断层带区域的动态变形。因此，需强化初支结构的柔性设计理念，采用高延展性材料（如钢拱架 + 网喷混合结构）和可变形支护技术，提高结构的能量吸收和变形协调能力。同时，应注重“快封闭”原则，在开挖后短时间内完成支护封闭，防止围岩进一步松动和扩展破坏。施工中可结合隧道地质分区，配置不同柔性等级的支护参数，实现差异化应对；辅以喷射混凝土机械化作业和钢拱架预配装技术，提高支护速度与质量。通过柔性初支与快速封闭的协同优化，不仅可有效减缓围岩变形压力，还可显著提升隧道施工过程中的整体安全性与适应性。

3.2 强化超前地质预报与地层加固一体化应对突水突泥

突水突泥是复杂地质条件下水利隧道施工的高风险事件，具有突发性强、破坏性大、难预测等特点。为有效应对此类灾害，需构建“超前识别—精准预警—快速加固”的一体化技术体系。在超前地质预报方面，应综合运用地质雷达、瞬变电磁法、超前钻探等多种探测手段，建立多源信息融合机制，实现对含水层、破碎带、岩溶空洞等不良地质体的精准识别与动态跟踪。在此基础上，结合探测结果，提前实施注浆加固、帷幕注浆、水压控制等地层处理措施，增强围岩稳定性和抗水能力，形成“主动防御”格局。同时，应根据水压、涌水量和地层特性优化加固材料与工艺参数，实现加固效果与工程进度的协调统一。通过超前预报与加固措施的紧密联动，不仅可有效抑制突水突泥发生几率，还可大幅降低灾害损失，提升水利隧道施工的安全可控水平。

3.3 优化通风排水系统布局与分区设计提升应急处理能力

在复杂地质条件下施工的水利隧道中，通风与排水系统不仅承担日常安全保障任务，更是突发事件应急处置的关键环节。若系统布局不合理或分区设计缺失，极易在突水、瓦斯聚集等情况下导致应对不及时、事故蔓延。为此，应根据隧道走向、断层位置、水文地质特征等因素，科学划分通风与排水分区，实施“主干 + 支线”“常态 + 应急”相结合的系统布局策略。通风系统应兼顾正常作业与突发气体泄露场景，设置多点可控风源、反向通风通道与有害气体监测报警装置，实现分区调节与快速换气。排水系统则需配置多级集水井、高扬程水泵、独立应急排水通道，并结合监测数据动态调整排水方案，防止淹没与水压反涌。同时，在关键区域设置自动切换与应急供电装置，确保极端情况下系统持续运行。

4 结语

复杂地质条件下水利隧道施工面临诸多安全挑战，需以科学的风险识别、系统的技术应对和动态的管理机制作为支撑。本文从围岩变形、突水突泥、通风排水等关键风险入手，提出了柔性支护、超前预报与系统优化等控制策略。实践表明，构建集预警、响应与防控于一体的安全控制体系，是保障隧道施工安全与工程质量的有效路径，对类似工程具有重要参考价值。

参考文献：

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