复杂地质条件下城市下穿隧道施工技术

摘要：随着我国城市化进程的不断加快，地下隧道建设已成为缓解城市交通压力、提高城市空间利用率的重要手段。本文以城市地下隧道为研究对象，针对复杂地质条件下隧道施工技术展开深入研究，深入分析超前地质预报、隧道开挖、支护、防水等关键技术，阐明其应对复杂地质条件的机理和优势。同时，对施工安全管理和质量保证措施进行了探讨，以期为相关工程人员提供全面、系统的技术参考。

关键词：复杂地质条件；城市下穿隧道；施工技术；超前地质预报；支护技术

引言

城市作为一个人口密度大，经济密度大的区域，交通拥堵问题异常突出，地下隧道作为一种有效的交通基础设施，可以为城市交通开辟一条新的通路，对缓解城市交通压力具有重要意义。然而，由于城市地质条件复杂多变，可能存在软弱土层、断层破碎带、管线较多且不明确等不良条件，给下穿隧道施工带来了巨大的挑战。在复杂的地质条件下，隧道可能会出现塌方、渗漏水、地层变形等安全隐患，不仅会影响施工进度，还会对周围环境和建筑物造成巨大的危害。因此，研究和应用合理的施工技术，对于确保复杂地质条件下城市隧道的安全施工具有重要意义。

一、复杂地质条件下城市下穿隧道施工关键技术

（一）超前地质预报技术

1. TSP法

TSP法是一种先进的地震反射方法，其原理是在开挖面后方合理布置多个震源，激发地震波，当地震波在不同地质界面处传播时，会产生反射波。然后，采用布设于隧道壁上的多台地震检波器采集回波信号，并利用专用软件对数据进行分析处理，从而实现对前方地质情况的探测。TSP可以探测远距离（一般可达100米）的地质结构，在探测断层、软弱夹层等大型地质构造方面具有显著优势，可为隧道施工提供重要的地质信息。

2. 超前钻探法

超前钻探是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息的一种地质预报方法。在钻探过程中根据不同的地质条件，选择合适的钻头和钻进参数，方能确保钻孔的顺利取芯。取得的芯样可以直观地反映地层的岩性、结构及含水量等信息，为后续其他地质勘测提供了有力的参考。然而，由于取芯点位的选择、地质情况复杂造成的芯样差异等因素，导致芯样反映地质与现场实际情况并不一致，存在一定概率的差异性。

（二）隧道开挖技术

1. 盾构法

盾构法是一项先进的隧道开挖施工方法，它利用盾构机在隧道内进行开挖和衬砌。盾构掘机是一种大型筒形机，它集开挖、支护、衬砌于一体。在盾构掘进过程中，刀盘旋转切削土壤，切削土壤后通过螺旋输送机输送到后方的运输车上。同时，盾构机盾壳对前方开挖面起到了临时支撑作用，防止了围岩坍塌。盾构法具有施工速度快、安全性高、对周围环境影响小等优点，在城市地铁等软弱土层中，盾构法常被用来开挖隧道、综合管廊、管道等。

2. 明挖法

明挖法是是一种通过地面开敞式基坑开挖构建隧道结构的施工方法，其核心工艺流程为“分层开挖-动态支护-逆作（或顺作）施工-原位回填”。该方法适用于埋深较浅（通常≤15m）、地质条件相对均匀的城市道路下穿工程，尤其在穿越既有路网、管线密集区的改造工程中具有显著优势。施工关键节点包括：采用地下连续墙+混凝土支撑形成基坑支护体系；通过布设基坑监测点监测基坑变形；借助降水井群动态平衡地下水压力。相较于暗挖法，明挖法在富水砂层中可提升施工效率40%-60%，但需严格控制开挖卸载速率，以应对城市敏感环境下的变形风险。新型装配式支护结构应用（预制叠合墙）正推动该工法向绿色建造转型升级。

（三）隧道支护技术

1. 初期支护

初期支护主要包括锚杆、喷射混凝土和钢框架等几大部分，锚杆是在围岩中钻孔嵌入锚杆，灌注水泥浆形成整体承载结构，有效提高自身承载力。喷射混凝土是一种高速喷浆技术，它能使混凝土迅速与围岩紧密结合，及时封闭围岩，防止风化松动，起到一定的支护作用。钢结构主要为工字钢和 H型钢等钢结构，其承载力高，初期支护稳定效果好，尤其是在围岩较差的地段。

2.二次衬砌技术

二次衬砌是在初期支护基本稳定后施工的永久性衬砌结构，它的主要作用是进一步提高隧道的承载力和防水能力，保证隧道的长期稳定性。二次衬砌多采用模筑法，施工前应先对初支护面进行清理和检查，确保其表面平整无杂物。模板按设计要求安装，保证二次衬砌的外观质量。在浇筑混凝土时要注意控制混凝土质量，分层浇筑、振捣，确保混凝土密实。同时要严格控制混凝土的配合比和施工工艺，以保证混凝土的强度和抗渗性能。混凝土浇筑后要及时进行养护，根据混凝土的强度发展情况和环境条件，合理确定养护周期，保证混凝土的质量。

3.围护桩技术

围护桩作为基坑支护体系的核心构件，是通过在开挖边界预先施作桩体以维持基坑稳定性的关键隔挡结构。根据工程需求可采用钻孔灌注桩、钢管桩或型钢水泥土桩等形式，适用于粉土、软黏土及砂层等易坍塌地层。施工环节中控制桩位精度，配合反循环钻机成孔及自密实混凝土灌注可确保桩体连续性。结合预应力锚索可实现刚性桩体与柔性锚索的耦合作用形成"空间桁架效应"，成为深基坑（H>10m）及高敏感环境工程的优选方案。

（四）隧道防水技术

1. 降排水系统

隧道降排水系统是控制地下水渗流、降低结构水压的核心保障体系，结合“堵、排、疏”综合治理理念，分为结构排水（永久设施）与施工期降水（临时措施）。结构排水通过预埋环向、纵向盲管，将围岩渗水导流至中心排水沟，经梯度设置的集水井由多级潜水泵排出洞外；施工降水则采用轻型井点、真空深井或动态真空井点降水法，在开挖前将地下水位降至基坑施工面以下，防止突涌。

2. 混凝土防水施工

隧道防水施工是保障隧道结构安全、延长使用寿命的关键技术环节，旨在防止地下水渗透、侵蚀以及冻融破坏。其核心通过结构自防水、柔性防水层、排水系统的综合协同，形成“防排结合、多道设防”的完整体系，确保隧道在复杂地质与水文环境下的密封性和耐久性。采用高标号防水混凝土（如C40P10），优化配比（低水胶比+矿物掺合料）控制裂缝，减少渗水通道。加强变形缝与施工缝处理，设置止水带（钢边橡胶止水带/中埋式止水带）及密封材料（聚氨酯或聚硫密封胶），阻断接缝处的渗漏隐患。采用防水涂料或防水卷材通过热熔焊接或胶粘工艺形成连续密封层，重点加强拱顶、边墙等薄弱区域。铺设环向、纵向排水盲管（HDPE材质）引导渗水至中心水沟，结合集水井和泵站实现主动排水降压。针对渗漏点快速注入超细水泥或化学浆液，封闭裂隙并形成加固层。

二、复杂地质条件下城市下穿隧道施工的安全管理和质量控制

（一）安全管理

第一，对隧道施工过程中可能发生的各种风险进行综合评估，制定相应的风险控制措施，风险评估要从地质、施工、环境三方面着手。第二，在施工过程中应建立健全的安全监测系统，对隧道的变形、应力及地下水状况进行实时监测。对监测数据进行分析处理，及时发现存在的安全隐患，并采取相应的对策。第三，加强对工人的安全教育和培训，提高他们的安全意识和操作技能。

（二）质量控制

首先，对隧道施工中使用的钢材、水泥和防水材料进行严格的检验，确保其满足设计要求；其次，严格按照规范和设计要求对整个施工过程进行质量控制，为了确保施工质量，应加强对关键工序的监测，如开挖、支护、防水、回填。最后，建立完整的质量检测体系，对隧道施工过程中的各个环节进行质量检测，质量检测可以及时发现质量问题，及时采取纠正措施。

结束语

城市地下隧道在复杂地质条件下的施工技术是一个复杂的系统工程，它涉及到地质、工程力学、施工技术等多个领域。在工程实践中，往往需要根据实际情况选择合适的施工工艺和方法，方能确保工程质量和安全。与此同时，在科技飞速发展的大背景下，施工领域不断推陈出新，崭新的施工技术与高性能的新材料如雨后春笋般涌现。针对这些新技术展开的深入研究与广泛应用也日益增多，正因如此，我们才能够更加从容地应对城市隧道施工中复杂多变的地质条件，确保施工的顺利进行。

参考文献

[1] 胡平. 复杂地质条件下地铁隧道下穿建筑物减振爆破技术[J]. 工程爆破，2022，28（3）：122-128.

[2] 任跃勤，石军. 富水砂卵石地层大直径盾构下穿既有运营隧道施工技术[J]. 施工技术（中英文），2022，51（19）：80-84.

[3] 卢明熙. 地铁隧道下穿地面建筑物工程的特点及施工技术研究[J]. 城市轨道交通研究，2023，26（7）：后插20-后插21.