隧道工程地質(zhì)災(zāi)害分析及處理

王獻軍

摘要：就目前而言，中國是世界上隧道最多、地質(zhì)最復(fù)雜的國家，也是今后隧道發(fā)展最快的國家。就地質(zhì)工程而言，對地質(zhì)條件的了解，對可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進行預(yù)報并通過設(shè)計與施工技術(shù)對其進行駕馭，這是對隧道施工地質(zhì)災(zāi)害處理的新目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：交通;地鐵;隧道工程;地質(zhì)災(zāi)害

前 ?言

隨著交通運輸、水利水電、城市地鐵和地下空間的開發(fā)利用，隧道施工技術(shù)也取得了長足的進步，隧道工程的規(guī)模和數(shù)量都有了較大增長。據(jù)最新統(tǒng)計資料顯示，鐵路既有隧道 2 954 km，公路隧道 1527 km，城市地鐵 300 km，礦山巷道更多。隧道圍巖地質(zhì)情況復(fù)雜多變，各種不良地質(zhì)所導(dǎo)致的工程事故屢見不鮮，因此針對不良地質(zhì)隧道的設(shè)計與施工顯得越來越重要。不良地質(zhì)地段是指滑坡、崩塌、巖堆、偏壓地層、巖溶、高應(yīng)力、高強度地層、松散地層、軟土地段等不利于隧道工程施工的不良地質(zhì)環(huán)境。特殊地質(zhì)地段是指膨脹性地層、軟弱黃土地層、含水未固結(jié)圍巖、溶洞、斷層、巖爆、流沙等地段以及瓦斯和有害氣體溢出地層等。

二、隧道工程地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生原因分析

地質(zhì)問題是隧道工程建設(shè)過程中出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的主要原因。同時，人工開挖方法的不當(dāng)以及設(shè)計的不合理也會導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。

1.滑坡、崩塌、泥石流

滑坡、崩塌災(zāi)害主要是地殼重力結(jié)構(gòu)變化引發(fā)的災(zāi)害，有時是因為地殼變動的自然力引起，而更多的則是人工開采使得山基松動?；率侵干狡略诤恿鳑_刷、降雨、地震、人工切坡等因素影響下，土層或巖層整體或分散地順斜坡向下滑動的現(xiàn)象。這種災(zāi)害的特點是瞬間性，面積大，動量大，破壞性極強。泥石流是指在降水、潰壩或冰雪融化形成的地面流水作用下，在溝谷或山坡上產(chǎn)生的一種挾帶大量泥砂、石塊等固體物質(zhì)的特殊洪流，其比重大，沖擊力大，能移動并攜挾巨石，沖擊山體，形成巨大的破壞。地形坡度較緩時，滑坡、泥石流的運動速度較慢;地形坡度較陡時，滑坡、泥石流的運動速度較快。有些公路隧道難以避開滑坡、崩塌發(fā)育地區(qū)或泥石流溝。滑坡、崩塌和泥石流對隧道的施工和隧道的穩(wěn)定都構(gòu)成了威脅。

2.膨脹性圍巖

膨脹性圍巖具有濕漲干縮往復(fù)變形和潛在應(yīng)力特性，干燥土質(zhì)膨脹性巖層，巖質(zhì)較硬，易脆裂，具有明顯的水平和垂直張開裂隙，被水浸濕后，裂隙回縮變窄或閉合，強度迅速降低。軟質(zhì)膨脹性圍巖經(jīng)過斷裂和褶皺作用而產(chǎn)生破碎帶，隧道開挖后受風(fēng)化和吸水的影響，發(fā)生體積膨脹，對隧道的支撐或襯砌產(chǎn)生膨脹壓力。因此在這種圍巖施工中常出現(xiàn)初期圍巖變形大，發(fā)展迅速等不良現(xiàn)象，具有使圍巖壓力增大的特點。一般會產(chǎn)生圍巖普通開裂、坑道下沉、圍巖膨脹突出和坍塌、隧道底部隆起、襯砌變形和破壞等形式的病害。

3.巖爆

巖爆是高地應(yīng)力條件下地下工程洞室開挖過程中，因開挖卸荷而引發(fā)周邊脆性圍巖產(chǎn)生強烈的應(yīng)力分異作用，儲存于圍巖中的彈性應(yīng)變能突然釋放，且產(chǎn)生爆裂松脫、剝離、彈射甚至拋擲等破壞現(xiàn)象，是一種動力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。

4.巖溶

因為地下水中含酸性物質(zhì)過多，導(dǎo)致巖石被分解融化。在工程中，地下水開采過度，導(dǎo)致地層壓力失衡，或者是地下水平衡被打破，水量過于豐富，導(dǎo)致地下巖層中泥沙大量流失，導(dǎo)致地下形成空洞，再加上方壓力過大，便會形成塌陷災(zāi)害。

三、隧道災(zāi)害治理方法討論

1.滑坡、崩塌

若滑坡為坡殘積土沿基巖頂面滑動，滑坡后基巖裸露，且處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)，推斷進一步發(fā)展與擴大的可能性甚小，邊坡不高，則宜以路塹方案通過。采用抗滑樁和擋護結(jié)合整治的措施，并設(shè)天溝與滲溝攔截地表水和排除地下水。如果滑坡沿開挖臨空的坡腳滑出，滑面隨開挖深度而變化，說明巖性軟弱，不宜繼續(xù)下挖，宜改用隧道和明洞通過。如果滑坡地段是由于開挖失去平衡，加之雨水下滲，古滑坡復(fù)活，產(chǎn)生順層推移式滑坡，則宜采用在滑體上部清方減載，回填反壓，在滑體下部增加抗滑力。若出現(xiàn)在洞口，則采取增長明洞，并將明洞與暗洞的銜接處采用鋼骨架混凝土加強襯砌，在洞頂增設(shè)縱向截水溝，攔截地表水。產(chǎn)生滑坡的一個重要因素是水體作用，故需完善滑坡體周圍排水系統(tǒng)。

2.膨脹圍巖

2.1 加強對圍巖壓力和流變量測。在膨脹地層中開挖隧道，開挖前應(yīng)調(diào)查其特性和規(guī)模，參考其他類似情況的工程實例，認真實施設(shè)計文件所提出的技術(shù)要求。在施工過程中還應(yīng)對圍巖壓力及其流變情況進行充分的調(diào)查和量測，分析其變化規(guī)律。對地下水探明其分布范圍及規(guī)律，了解地下水對隧道施工的影響程度，以便根據(jù)圍巖動態(tài)采取相應(yīng)的施工措施。

2.2 選擇合理施工方法在膨脹地層中開挖隧道，宜采用短臺階法或中央導(dǎo)坑法，但開挖分部不宜過多。應(yīng)緊跟開挖盡快對圍巖進行封閉，可用錨噴構(gòu)筑法施工及鋼拱架式格柵聯(lián)合支護;膨脹壓力很大時，可在隧道底部打設(shè)錨桿，也可在隧道頂部一定范圍內(nèi)打入斜向超前錨桿或小導(dǎo)管;形成閉合環(huán)。斜向錨桿的外斜角度、桿長、間距、范圍等可按隧道設(shè)計規(guī)范設(shè)定。開挖時應(yīng)盡量減少對圍巖的擾動和防止水浸濕，故宜采用無爆破掘進法。同時在開挖過程中要盡可能縮短圍巖暴露時間，及時噴射襯砌，減少圍巖的膨脹變形。

2.3 加強支護。膨脹土地段隧道，除開挖后立即噴射混凝土外還要及早進行支護。拱圈灌注后，拱腳部位要立即設(shè)置足夠強度進行支撐，以抵擋兩側(cè)圍巖向內(nèi)擠壓變形。

3.巖爆

根據(jù)巖爆產(chǎn)生的條件（即圍巖應(yīng)力必須超過圍巖強度，圍巖為堅硬的脆性巖石），對其防治應(yīng)從改善圍巖應(yīng)力條件和加固圍巖入手，主要措施有：1）改善圍巖應(yīng)力。合理布置隧道位置，使其軸線方向盡量與主應(yīng)力方向平行，選用合理的洞形;通過鉆孔卸壓法、鉆孔水力破裂法（高壓注水法）、分部（層、次）開挖及在巖面噴灑水使巖體軟化等。2）加固圍巖。包括對已開挖洞壁的加固和掌子面前方的超前加固，加固方法主要有錨噴、鋼絲網(wǎng)錨噴、鋼纖維噴混凝土、鋼支撐和錨桿錨固等。3）防護措施。在臺車上安裝鋼絲保護網(wǎng)以確保工人安全。

4.巖溶

隧道在巖溶地段施工時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計文件有關(guān)資料和現(xiàn)場實際，查明溶洞的分布范圍、類型情況（包括大小，有無水，連通情況，溶洞是否在發(fā)育中以及有無充填物等）、巖層的穩(wěn)定程度和地下水流情況（地下水的分布狀態(tài)，有無長期補給來源，雨季水量有無增長）等，為施工治理措施的選取提供有效地質(zhì)依據(jù)。目前常采用引、堵、越、繞等方法，同時加強襯砌。

四、結(jié)束語

對隧道工程地質(zhì)災(zāi)害處理的好壞，一方面取決于對隧道工程地質(zhì)災(zāi)害類型和成因的透徹分析和全面理解，便于從根本上解決問題;另一方面取決于對新技術(shù)的靈活掌握和合理利用，從地質(zhì)預(yù)報著手，結(jié)合其它手段綜合治理以取得良好的效果。

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