复杂地质条件下公路工程隧道掘进施工技术创新与实践

中图分类号：TU99 文献标识码：A

引言

在现代交通基础设施建设中，隧道工程作为公路建设的重要组成部分，面临着复杂地质条件带来的诸多挑战。随着工程技术的不断进步，如何在确保安全和质量的前提下提高施工效率，成为行业关注的核心问题。

1 复杂地质的常见类型

在隧道工程建设过程中，所面临的复杂地质条件呈现出多样化的特征，主要包括软弱围岩、断层破碎带、高地应力区域以及富水地层等多种不利地质类型。这些特殊的地质构造往往伴随着岩体结构的不稳定性、地质构造的复杂性以及水文地质条件的多变性，给隧道施工带来了严峻的技术挑战和潜在的安全隐患。具体而言，软弱围岩由于其较低的强度和较差的稳定性，在开挖过程中极易发生局部坍塌或大范围变形；断层破碎带则因其破碎的岩体结构和复杂的构造特征，可能导致突发性的涌水事故或剧烈的岩爆现象；高地应力区域由于存在巨大的构造应力，可能引发剧烈的岩爆灾害或导致围岩产生显著的大变形；而富水地层则因其丰富的地下水赋存，对隧道的防水设计和排水系统提出了更为严格的技术要求。针对这些复杂多变的地质特点，工程技术人员必须深入研究各类地质条件的特性，制定科学合理的施工方案，采取针对性的技术措施和预防手段，以确保隧道施工过程的顺利推进和整体工程的质量安全。

2 复杂地质条件下隧道施工的特点

在复杂多变的地质环境中开展隧道工程施工，其显著特征集中表现为工程技术难度显著增加、施工安全风险系数大幅提升以及作业环境条件异常恶劣等多个方面。由于地下岩层构造的复杂性和地质条件的不可预测性，在施工全周期内需要持续进行施工工艺的调整和技术方案的动态优化，以有效应对岩层突变、地下水涌出等突发性地质问题带来的严峻挑战。与此同时，隧道施工作业还面临着施工材料长距离运输效率低下、大型机械设备布置空间受限、通风照明条件不佳等一系列实际困难，这些都对项目施工组织设计、现场管理协调以及资源配置优化提出了更为严苛的专业要求。为了切实应对这些特殊工况，必须建立健全完善的实时监测预警系统，通过布设多点位传感器网络，运用大数据分析技术对地质变化趋势进行精准预判，确保施工全过程始终处于安全可控状态。此外，在施工过程中还需要严格执行环境保护标准，采取有效的降噪防尘措施，科学处理施工废水废渣，最大限度地降低对周边生态环境的扰动，真正实现基础设施建设与自然生态系统的可持续发展。

3 复杂地质条件下公路工程隧道掘进施工技术创新与实践

3.1 新型掘进机械与设备的开发

在隧道工程建设领域，面对复杂多变的地质条件，研发具备更强地质适应性和更高作业效率的先进掘进设备已成为行业发展的关键所在。通过采用创新性的机械结构设计方案，重点提升刀盘系统的整体性能，包括增强其耐磨特性、抗冲击韧性以及疲劳强度，使其能够有效应对坚硬花岗岩、玄武岩等硬岩地层与软弱破碎带、断层等不良地质交替出现的复杂工况。同时，系统性地优化设备的动力传动系统和液压控制系统，采用大功率变频电机和高压液压元件，显著增强设备在深部高水压、高地应力等极端环境下的运行稳定性和工作可靠性。此外，引入基于物联网技术的智能化控制系统，集成多传感器监测网络和人工智能算法，实现对掘进速度、推进力、扭矩等关键参数的实时动态调整和远程可视化监控，从而大幅提高施工精度，有效降低人为操作失误带来的安全隐患。这些技术创新不仅显著提升了隧道掘进的施工效率，缩短了工程周期，更为复杂地质条件下的安全高效施工提供了全方位的技术保障。

3.2 高效爆破技术

高效爆破技术是一种基于现代科学理论和工程实践的先进爆破方法，它通过精确的计算分析和严密的控制手段，实现爆炸能量的最优化分配和最大化利用。这种技术广泛应用于多个工程领域，包括但不限于矿山开采中的岩石破碎、城市建筑拆除中的定向倒塌、军事工程中的目标摧毁等关键作业场景。其技术核心在于融合了最新的爆破力学理论、现代化的电子起爆系统以及智能化的爆破参数计算模型，通过精确的装药结构设计、合理的孔网参数布置以及科学的起爆时序控制，确保爆破过程完全按照预定方案执行，从而获得理想的爆破效果。与传统爆破工艺相比，高效爆破技术展现出诸多突出优势：首先，其能量转化效率可提升 30%-50% ，大幅减少了能量浪费；其次，爆破影响范围可精确控制在设计区域内，周边扰动降低 60% 以上；再次，作业安全性显著提高，事故发生率下降约 80% 。这些优势使得该技术能够有效提升施工效率达 40%-60% ，同时降低综合成本20%.30%_s 。在实际工程应用中，专业技术人员需要全面评估作业区域的地质构造特征、岩体力学性质、周边环境条件以及具体工程需求等多重因素，借助专业的爆破模拟软件进行三维数值仿真分析，并通过小规模现场试验验证爆破方案的可行性，最终确定最优化的爆破参数和施工工艺，确保整个爆破作业过程既达到预期效果，又符合安全环保要求。

3.3 地下连续墙技术

地下连续墙技术是一种现代化、专业化的深层地下结构施工方法，其应用范围极其广泛，涵盖了城市基础设施建设中的多个重要领域。作为一种先进的土木工程技术，它不仅在隧道工程、地铁车站建设中发挥着关键作用，同时也被大量应用于高层建筑深基坑支护、地下停车场、地下商业空间等工程项目的施工过程中。该技术的核心施工流程包括：首先在地下进行精确的连续沟槽开挖作业，随后在开挖完成的沟槽内浇筑高强度混凝土或其他特殊工程材料，最终形成一道完整、连续且具有极高结构强度的地下墙体。这道墙体不仅能够提供可靠的支护功能，还能有效阻隔地下水的渗透，确保工程安全。地下连续墙技术最突出的技术特点体现在：施工过程具有极高的精度控制能力，能够确保墙体位置和尺寸的准确性；所形成的墙体结构强度远超传统支护方式，能够承受极大的土压力和水压力；同时该技术对各种复杂地质条件具有极强的适应性，能够有效解决诸如高水位、流沙层、软弱地基等各类地质难题。

结束语

随着科技的不断进步和工程实践经验的积累，复杂地质条件下公路工程隧道掘进施工技术正朝着更加高效、安全和环保的方向发展。未来，相关技术的创新将更加注重多学科交叉融合，通过智能化、数字化手段进一步提升施工精度与效率。同时，针对复杂地质环境的特殊需求，研发更具适应性的新材料和新工艺将成为行业的重要趋势。这些努力不仅能够推动工程建设质量的整体提升，也将为实现可持续发展目标提供强有力的技术支撑。

参考文献

[1] 张韶伟.盾构在复杂地质条件下山岭隧道施工的应用[A]2023 年全国土木工程施工技术交流会论文集（中册）[C].《施工技术》杂志社、亚太建设科技信息研究院有限公司,施工技术编辑部,2023:5.

[2]李林辉.复杂地质环境下全断面隧道掘进机快速施工技术[J].建筑施工,2020,42(10):1945-1948.