關(guān)于公路隧道線(xiàn)形設(shè)計(jì)與特殊地質(zhì)條件下施工問(wèn)題的探討

付小雷

【摘 要】我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展非常迅速，公路隧道建設(shè)比重日益增加，本文從公路隧道線(xiàn)形設(shè)計(jì)和特殊地質(zhì)條件下隧道施工問(wèn)題兩個(gè)方面進(jìn)行探討，從行車(chē)安全的角度提出了隧道線(xiàn)形設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題；在施工方面針對(duì)特殊地質(zhì)條件下隧道施工中遇到的相關(guān)問(wèn)題， 提出了針對(duì)性的意見(jiàn)和策略。

【關(guān)鍵詞】公路；隧道；設(shè)計(jì)；施工

一、引言

我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展非常迅速，公路逐步從平原微丘區(qū)向山嶺重丘區(qū)延伸，為適應(yīng)地形、地質(zhì)條件，不可避免的出現(xiàn)長(zhǎng)大隧道或隧道群，在隧道建設(shè)中，存在需進(jìn)一步研究或探討的問(wèn)題。如復(fù)雜山區(qū)隧道線(xiàn)形設(shè)計(jì)、隧道防排水設(shè)計(jì)、特殊地質(zhì)條件下隧道施工等。特殊地質(zhì)條件下公路隧道施工遇到的主要問(wèn)題是松散地層處理、斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育段、軟弱不利結(jié)構(gòu)面、巖爆（輕微）、涌突水（少量）、洞內(nèi)塌方處理等突出問(wèn)題。這些問(wèn)題給隧道的設(shè)計(jì)施工帶來(lái)了嚴(yán)重困難。

二、隧道的平面線(xiàn)形設(shè)計(jì)

對(duì)公路隧道的平面線(xiàn)形而言，一般公路隧道線(xiàn)形優(yōu)先選擇以直線(xiàn)為主，但山區(qū)高速公路由于受地形、地質(zhì)條件的限制，隧道內(nèi)設(shè)置平曲線(xiàn)往往不可避免?？紤]到司乘人員在隧道內(nèi)的墻效應(yīng)，行車(chē)視距相對(duì)于隧道洞外受到了較大的限制。隧道內(nèi)的路面扭曲嚴(yán)重，隧道內(nèi)行車(chē)視距較差，行車(chē)安全難以得到保證。建議在隧道線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量采用路面超高不大于4%～5%的曲線(xiàn)半徑。同時(shí)考慮到隧道施工的簡(jiǎn)便，快捷，隧道內(nèi)平曲線(xiàn)半徑應(yīng)保證隧道路面不加寬。對(duì)于高等級(jí)公路而言，為保證隧道內(nèi)滿(mǎn)足行車(chē)視距要求，以及路面超高的變化，中短隧道內(nèi)應(yīng)盡量避免設(shè)置S型反向曲線(xiàn)；長(zhǎng)大隧道必須設(shè)置S型反向曲線(xiàn)時(shí)，其反向曲線(xiàn)間必須按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置一段緩和曲線(xiàn)或直線(xiàn)段。公路隧道內(nèi)的平曲線(xiàn)長(zhǎng)度除緩和曲線(xiàn)外，圓曲線(xiàn)部分的長(zhǎng)度不應(yīng)小于3秒行程的要求，當(dāng)隧道內(nèi)的路線(xiàn)轉(zhuǎn)角等于或小于7度時(shí)，應(yīng)設(shè)置較長(zhǎng)的平曲線(xiàn)，其長(zhǎng)度應(yīng)大于《公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的一般值，汽車(chē)在曲線(xiàn)上行駛，若曲線(xiàn)長(zhǎng)度很短，則方向盤(pán)操作必須很快，離心加速度急劇變化，行車(chē)安全難于保證：在交角很小的情況下，即使半徑很大，駕駛員也感到曲線(xiàn)很短，使方向盤(pán)操作失誤，同時(shí)小偏角、大半徑的曲線(xiàn)，容易使駕駛?cè)藛T產(chǎn)生直線(xiàn)錯(cuò)覺(jué)，出現(xiàn)行車(chē)事故。高速公路隧道往往采用上下行分離式的隧道，在平面線(xiàn)形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小左右線(xiàn)之間的間距，并減少隧道洞外分離路基的長(zhǎng)度（盡早合并），以保證行車(chē)安全

三、特殊地質(zhì)條件下隧道施工問(wèn)題及處理措施

3.1 松散地層處理

松散地層的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差，若有地下水時(shí)則更甚。在施工中極易發(fā)生坍塌。處理方法如下：

（1）爆破前，根據(jù)圍巖級(jí)別進(jìn)行超前支護(hù)。

（2）可采用超前管棚法進(jìn)行超前支護(hù)。管棚由鋼管和鋼格柵構(gòu)成，管棚鋼管外徑為89mm，壁厚6mm，鋼管中心間距為管徑的2～3倍，每節(jié)鋼管長(zhǎng)度為4～6m，接頭采用厚壁管箍，絲扣長(zhǎng)度不小于150mm，且相鄰兩管棚接頭錯(cuò)開(kāi)，縱向兩組管棚之間塔接長(zhǎng)度大于2m

（3）對(duì)于空隙較大的松散地層，可用超前小導(dǎo)管注漿法通過(guò)。鋼管選用直徑42mm的熱扎鋼管，長(zhǎng)度4.5m，前端做成尖楔狀，管壁每隔10～20cm交錯(cuò)鉆眼，眼孔直徑6～8mm，縱向兩組小導(dǎo)管間搭接長(zhǎng)度不小于100cm，小導(dǎo)管環(huán)向間距200～500mm，將鋼管頂入后，再對(duì)圍巖空隙注漿，使松散體固結(jié)。

（4）遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、及時(shí)支護(hù)”的原則采用分部法施工，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。

3.2 斷層處理

根據(jù)隧道段穿過(guò)斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層本身的活動(dòng)性以及隧道軸線(xiàn)和斷層構(gòu)造線(xiàn)方向的組合關(guān)系，結(jié)合施工過(guò)程中對(duì)圍巖的破壞程度、工序銜接的快慢、施工技術(shù)措施等制定。處理方法如下：

（1）施工前在長(zhǎng)期地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，對(duì)特殊地質(zhì)條件洞段進(jìn)行詳細(xì)的短期地質(zhì)預(yù)報(bào)，并提前利用鉆探法詳細(xì)勘探所遇斷層帶的所有情況，包括破碎帶的寬度、填充物、地下水以及隧道軸線(xiàn)與斷層構(gòu)造線(xiàn)的關(guān)系，做出正確的支護(hù)方案，配備足夠的支護(hù)材料。

（2）當(dāng)斷層規(guī)模不大、滲水量不大的情況下，采用超前錨桿或超前小導(dǎo)管注漿等超前支護(hù)的方法。

（3）當(dāng)斷層規(guī)模較大，開(kāi)挖前先進(jìn)行超前固結(jié)灌漿，再結(jié)合超前小導(dǎo)管超前支護(hù)措施進(jìn)行處理。

（4）遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、及時(shí)支護(hù)”的原則采用分部法施工，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，必要時(shí)完成復(fù)合襯砌，確保圍巖穩(wěn)定。

3.3 涌突水

地下水的處理主要在勘探預(yù)測(cè)。在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行短期超前勘探預(yù)報(bào)，查明地下水的規(guī)模及性質(zhì)。

（1）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)涌突水的可能性

根據(jù)地勘報(bào)告提供的可能發(fā)生涌突水的段落，超過(guò)50～80m，采用TSP對(duì)前方的地質(zhì)情況進(jìn)行初查，當(dāng)預(yù)報(bào)前方有異?？赡馨l(fā)生涌突水（泥）時(shí)，在隧道接近懷疑地點(diǎn)15～30m，采用瞬變電磁儀法詳查前方含水情況，開(kāi)挖接近懷疑地點(diǎn)10～20m時(shí)，采用超前鉆孔精查，鉆孔5～6個(gè)，探明前方地質(zhì)情況和涌水量的大小，以便采取相應(yīng)處治措施。

（2）處治預(yù)案

①全斷面深孔預(yù)注漿：當(dāng)隧道厚度較大的斷層破碎帶，地下水豐富，可能產(chǎn)生突泥、突水的段落，且超前探孔中任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔總流量>10m3/h時(shí)，進(jìn)行全斷面深孔預(yù)注漿，堵水并加固地層。

②深孔周邊預(yù)注漿：當(dāng)含水層和隔水層的接觸帶、厚度較小或巖質(zhì)較好的斷層破碎帶及大的溶縫，任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔總流量<10m3/h，地下水較大，但圍巖穩(wěn)定性較好，掌子面不會(huì)發(fā)生涌出坍塌的情況時(shí)，進(jìn)行深孔周邊預(yù)注漿，堵水并加固地層。

③開(kāi)挖后周邊注漿：當(dāng)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，洞室開(kāi)挖后地下水呈大面積滲水或淋水狀，圍巖穩(wěn)定性較好，任一探水孔出水量Q<2m3/h時(shí)，采用開(kāi)挖后周邊注漿堵水。

3.4 洞內(nèi)塌方

隧道施工中一旦發(fā)生較大塌方，按以下原則處理：

（1）塌方調(diào)查：處理塌方之前，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查塌方范圍、形狀、塌穴的地質(zhì)構(gòu)造，查明誘發(fā)的原因和類(lèi)型，據(jù)此制定處理方案。

（2）加固未塌方部分，控制病害惡化，阻止塌方繼續(xù)擴(kuò)展。

（3）塌方處理

①當(dāng)塌方規(guī)模小時(shí)，應(yīng)先加固塌方體兩端洞身，并盡快噴射混凝土，或錨噴混凝土，或鋼架錨噴混凝土聯(lián)合支護(hù)，封閉洞穴頂部和周部，然后進(jìn)行清渣拆除臨時(shí)支撐。

②當(dāng)塌方規(guī)模較大時(shí)，洞室被全部堵塞，應(yīng)采用先護(hù)后挖的方法，在查清塌穴的情況下，用管棚和注漿法固結(jié)坍塌的圍巖，侍其穩(wěn)定后，按先上部后下部次序清除坍渣，或用全斷面按“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉”的原則開(kāi)挖坍渣，從其“穿”過(guò)去。

四、結(jié)束語(yǔ)

公路隧道平面線(xiàn)形設(shè)計(jì)要滿(mǎn)足各項(xiàng)規(guī)范要求， 更應(yīng)重點(diǎn)從行車(chē)安全的角度， 使設(shè)計(jì)更加合理，隧道結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件， 結(jié)合線(xiàn)形布設(shè)合理選擇。特殊地質(zhì)條件洞段主要是指洞口段落石、松散地層、斷層及節(jié)理裂隙發(fā)育段、軟弱不利結(jié)構(gòu)面、巖爆（輕微）、涌水（少量）等。主要的原則是：“重地質(zhì)、超前支護(hù)、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤監(jiān)測(cè)、速反饋”。采取靈活機(jī)動(dòng)的、能夠維護(hù)圍巖穩(wěn)定的開(kāi)挖方式施工。施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的規(guī)范和要求進(jìn)行，加強(qiáng)施工中新技術(shù)應(yīng)用和對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工管理，確保工程的質(zhì)量和進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]《公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20— 2006）.

[2]《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70— 2004）.