复杂地质车行横洞施工技术方案

引言车行横洞作为隧道工程中连接主洞与辅助作业的关键结构，在复杂地质（如断层破碎带、富水软弱围岩、高地应力区等）条件下施工，面临开挖稳定性差、支护难度大、突水突泥风险高等挑战。科学合理的施工技术方案是保障工程安全、质量与进度的核心。本文结合某典型复杂地质车行横洞工程实践，从地质特征分析、施工工法优化、支护体系构建、风险防控等方面，阐述针对性技术方案，为同类工程提供参考。工程概况以某山区铁路隧道车行横洞为例，横洞设计长度约300m，断面形式为三心圆，净宽×净高约5.0m×4.5m，承担主洞施工的材料运输、通风及人员通行任务。横洞穿越地层包含Ⅳ、Ⅴ级围岩，发育多条小断层，局部段落富水，岩体节理裂隙发育，自稳能力弱。地质条件分析（一）围岩分级与岩体特性Ⅳ级围岩段以中风化砂岩为主，节理裂隙较发育，岩体完整性中等；Ⅴ级围岩段为断层破碎带与软弱夹层，岩性为泥质粉砂岩，遇水软化，强度低，易发生塑性变形。（二）水文地质特征区域地下水类型为基岩裂隙水，受断层导水影响，局部段落涌水量较大，雨季易形成股状出水，对开挖面稳定性及支护结构耐久性构成威胁。（三）不良地质影响断层破碎带内岩体松散，自稳时间短，开挖时易坍塌；富水段易引发突水、泥砂涌出，高地应力区可能出现岩爆或大变形，需针对性防控。施工技术方案（一）开挖工法优化针对不同地质段，采用差异化开挖方法：Ⅳ级围岩（节理发育段）：采用台阶法开挖，上台阶长度控制在3~5m，预留核心土增强稳定性，下台阶滞后上台阶5~8m，避免开挖面暴露时间过长。Ⅴ级围岩（断层破碎带）：采用CRD（交叉中隔壁）法，将断面分为四个小导洞，逐部开挖、支护，每循环进尺控制在0.5~0.8m，严格遵循“短进尺、强支护、快封闭”原则，减少岩体扰动。富水段：开挖前采用超前地质预报（如TSP、地质雷达）探明水文情况，对富水区域采用超前管棚（φ42×4mm小导管，间距30cm）预注浆堵水，注浆材料选用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力控制在0.5~1.0MPa，形成止水帷幕后再开挖。（二）支护体系构建1.初期支护锚杆：Ⅳ级围岩采用φ22mm、长3.5m的药卷锚杆，间距1.0×1.0m；Ⅴ级围岩采用φ25mm、长4.0m的中空注浆锚杆，间距0.8×0.8m，注浆饱满度≥90%。喷射混凝土：采用C25早强喷射混凝土，厚度Ⅳ级围岩15cm，Ⅴ级围岩20cm，配合比优化（掺加聚丙烯纤维，掺量0.9kg/m³），提高抗裂性与早期强度，喷射前对岩面进行清理、湿润，确保粘结力。钢拱架：Ⅳ级围岩采用I18型钢拱架，间距1.2m；Ⅴ级围岩采用I20b型钢拱架，间距0.8m，拱架间采用φ22mm钢筋连接，环向间距1.0m，与锚杆焊接牢固，形成整体支护体系。2.临时支护与中隔壁拆除CRD法施工时，临时中隔壁采用I16型钢，间距与主拱架一致，喷混凝土厚度10cm。待初期支护封闭成环且变形稳定（收敛速率≤0.2mm/d，累计变形≤设计值的80%）后，分段拆除临时中隔壁，拆除长度≤10m/段，及时施作二次衬砌，避免应力集中。3.二次衬砌采用C30钢筋混凝土，厚度40cm（Ⅳ级）、50cm（Ⅴ级），采用整体式液压模板台车浇筑，混凝土坍落度控制在160~200mm，掺加膨胀剂（掺量8%）补偿收缩，浇筑时由下向上、对称分层，振捣密实，养护期≥14d。（三）排水系统设计1.地表排水在横洞洞口外5m设置截水沟，断面尺寸0.6m×0.6m，坡度2%，将地表水引至天然沟渠，避免雨水下渗软化洞口围岩。2.洞内排水开挖面设置临时集水坑（尺寸1.0m×1.0m×0.8m），采用潜水泵抽排至洞外；初期支护完成后，在拱墙施作环向排水管（φ50mm双壁波纹管，间距5m）、纵向排水管（φ100mm，坡度3‰），将水引至洞内排水沟（尺寸0.4m×0.4m，坡度2‰），最终排至洞外污水处理池。3.富水段排水超前注浆堵水的同时，在开挖面预留排水孔（φ50mm，长6m，间距2m），引排局部股状出水，降低掌子面水压。（四）监控量测与动态调整1.监测项目包括拱顶下沉、周边收敛、地表沉降（洞口段）、围岩内部位移（深部位移计，埋深10m、15m）、钢拱架应力（应变片，布置于拱顶、拱腰、边墙）。2.监测频率开挖后1~15d，1次/d；16~30d，1次/2d；30d后，1次/周，变形速率大时加密。3.动态调整根据监测数据，当拱顶下沉速率＞5mm/d或收敛速率＞8mm/d时，暂停开挖，加强支护（如增设临时支撑、加密锚杆）；当累计变形达到设计预警值的80%时，提前施作二次衬砌，确保结构安全。质量控制措施（一）材料控制锚杆、钢拱架等钢材进场需检验合格证、力学性能；混凝土原材料严格计量，砂、石含泥量≤3%，水泥采用P.O42.5R，外加剂符合规范。（二）工艺控制开挖轮廓线偏差≤10cm，超挖部分采用同级混凝土回填；喷射混凝土表面平整度≤5cm/2m；钢拱架安装偏差：间距≤±5cm，垂直度≤2°；二次衬砌钢筋间距偏差≤±2cm，混凝土强度满足设计要求。（三）验收标准初期支护完成后，围岩无明显变形、渗漏水；二次衬砌混凝土表面无蜂窝麻面，强度、厚度检测合格率100%。安全保障措施（一）施工安全开挖面设安全警示标志，作业人员佩戴安全帽、安全带；用电设备接地可靠，电缆架空敷设；机械操作持证上岗，开挖机械与支护作业保持安全距离。（二）地质灾害防范富水段配备应急排水设备（备用泵功率≥工作泵1.5倍），断层段储备速凝剂、型钢等应急支护材料；制定突水、塌方应急预案，定期演练，确保险情发生时快速响应。（三）通风与防尘采用轴流风机（风量≥150m³/min）压入式通风，风管口距开挖面≤10m；喷射混凝土时采用湿喷工艺，作业人员佩戴防尘口罩，降低粉尘浓度。结语复杂地质车行横洞施工需以地质条件为核心，通过“动态设计、信息化施工”，优化开挖工法、强化支护体系、完善排水与监控，实现安全