公路隧道施工中的地質(zhì)災(zāi)害及處理措施

中交隧道局第二工程有限公司

摘要：地質(zhì)災(zāi)害是指以地質(zhì)力為主要原因引起的、造成人類生命財產(chǎn)損失的嚴重破壞現(xiàn)象。由于公路隧道在掘進活動等人類地質(zhì)作用下改變了巖體的自然平衡狀態(tài)，當應(yīng)力超過其強度時就會發(fā)生變形，就可能產(chǎn)生突水突泥、塌方等事故。本文重點對公路隧道施工中一些常見的地質(zhì)災(zāi)害和預(yù)控方法進行探討。

關(guān)鍵詞：公路隧道；巖爆；涌水；塌方

一、巖爆

（一）巖爆特點

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。它直接威脅施工人員和機械設(shè)備的安全，影響工程進度，因此，對可能產(chǎn)生巖爆的地段應(yīng)做好預(yù)測，確認會發(fā)生巖爆的地段應(yīng)做好防治措施。

（二）防治措施

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。

（二）工程實例

某公路隧道主洞全長4176m，最大埋深760余m，處于深埋高地應(yīng)力環(huán)境條件。施工過程中，隧道發(fā)生了近百次巖爆活動，但大多屬輕微、中等級別。根據(jù)此公路隧道的巖爆特征，針對巖爆不同級別采取不同的防治工程措施，概括說來，對圍巖的初期支護主要是采用噴射混凝土、錨固和掛網(wǎng)等工程措施。巖爆地段開挖后，必須及時進行掛網(wǎng)噴錨支護，以達到以柔克剛的目的；從另一角度講，當掛網(wǎng)噴錨支護作業(yè)完成后，即使再產(chǎn)生巖爆活動，也構(gòu)成了第1道防線，不會因此而直接危及到施工人員和設(shè)備的安全。

二、涌水

隧道掘進過程中必然破壞含水或潛在含水圍巖，揭露部分地下導(dǎo)水通道，使地下水或與之有水力聯(lián)系的其它水體（地表水、地下暗河及溶洞等）突然涌入隧道，發(fā)生涌水突水災(zāi)害。

隧道涌水是由于隧道的掘進破壞了含水層結(jié)構(gòu)，使水動力條件和圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生急劇改變，以致地下水體所儲存的能量以流體（有時有固體物質(zhì)伴隨）高速運移形式瞬間釋放而產(chǎn)生的一種動力破壞現(xiàn)象，當涌水中有大量的固體物質(zhì)（尤其是泥質(zhì)物）時稱為隧道的突泥。隧道涌水突泥是否發(fā)生，需滿足一定的條件，即含水圍巖的能量儲存性能、釋放性能、水動力性能和圍巖穩(wěn)定性能等。

隧道涌水可采用注漿堵水措施：注漿鉆孔過程中，遇涌水或巖層破碎造成卡鉆，應(yīng)停止鉆進，進行注漿，掃孔后再行鉆進。注漿過程中，若壓力突然升高，應(yīng)停止注漿，檢查后，再行注漿。注漿過程中，注意觀察止?jié){巖盤的變形情況，準備好加固措施。注漿后應(yīng)對注漿效果評判，若預(yù)測開挖后不會發(fā)生突水、突泥等施工災(zāi)害時，則進行開挖，否則進行超前補注漿。本階段設(shè)計注漿數(shù)量為根據(jù)地質(zhì)資料、巖溶（或斷層）發(fā)育規(guī)律及有關(guān)設(shè)計參數(shù)的預(yù)計數(shù)量，注漿措施的實施應(yīng)建立在充分的超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作基礎(chǔ)上，根據(jù)實際探測的隧道巖溶、斷層的地質(zhì)、地下水情況，對注漿堵水段落，注漿方式，注漿孔布置、注漿孔數(shù)量、長度、孔口管數(shù)量、注漿數(shù)量、材料等進行優(yōu)化調(diào)整，以確保施工安全。

某隧道施工中某天下行線K256+262樁號處整個掌子面右上部一個鉆孔內(nèi)噴出的水距掌子面達14～15m，流量達到32L/s，整個掌子面涌水達76L/s。由于水量和水壓都很大，威脅人身安全，施工被迫停止兩天。因為水量較大，有的地段在初期支護后，噴射砼表面仍出現(xiàn)大量滲水，滲漏水大多呈線狀，局部呈股狀。

從地質(zhì)條件來考慮，水流富集部位受巖層層面或貫穿性節(jié)理面控制。A端開挖面前進方向為NE50°，隧道中巖層走向為NW5°～10°，隧道開挖中總是右側(cè)首先出現(xiàn)新的地層，而隧道中涌水也大多數(shù)出現(xiàn)在右側(cè)和頂部。在巖性變化時涌水量有一定變化。涌水的發(fā)生也與巖性有關(guān)，砂巖中一般是線狀流水，板巖中一般為多處同時滲水，灰?guī)r中則一般為線狀或股狀水流。由于巖性界面往往是富水部位，因而在巖性發(fā)生變化的部位也是涌水易出現(xiàn)的位置。雖然初期支護已將大部分水流引走了，但是鑒于本工程隧道A端地下水豐富的特點，在涌水量較大的部位，特別初期支護滲水仍然嚴重的地方，在澆筑二次襯砌混凝土的時候需要考慮幾方面的要求：一方面由于噴射鋼纖維混凝土表面不可能是很平整的一個面，盡管在鋪設(shè)防水板時對凹陷處放松馳一些，但由于混凝土澆筑時是由一端向另一端澆筑，擔心防水板極可能被混凝土撕裂；另一方面擔心防水板被噴射鋼纖維混凝土外露的鋼纖維劃破；再則鋪設(shè)防水板的搭接頭處，由于是人工現(xiàn)場粘結(jié)，在初期支護滲水嚴重處，不能完全保證膠水遇水后其接頭粘結(jié)的牢靠性。因此，在涌水量大且初期支護滲水嚴重部位在原設(shè)計基礎(chǔ)上增設(shè)了一層防水層，從實施效果來看，取得了很好的防、排水效果。

三、塌方

工程地質(zhì)條件變化是造成隧道塌方的主要原因。一般對隧道設(shè)計的地質(zhì)勘探，僅有的幾個勘探鉆孔很難準確的掌握隧道巖體的巖性、斷裂構(gòu)造和節(jié)理裂隙發(fā)育情況，巖石的類型雖易判斷清楚，但斷層節(jié)理發(fā)育情況卻千差萬別。因此在隧道施工中，局部地段地質(zhì)構(gòu)造變化、斷層破碎帶、軟弱夾層等工程地質(zhì)條件變化，如果施工預(yù)防措施不當、不及時，極易造成隧道坍塌方事故。

在隧道施工過程中，應(yīng)認真調(diào)查不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，根據(jù)實際情況做好合理支護，選擇安全合理的施工方法，選擇可靠的開挖方法，嚴格控制好爆破，開挖時應(yīng)盡量采用人工開挖或弱爆破。施工單位應(yīng)制定健全的勞動操作規(guī)程，編制有針對性的和可操作性的施工組織設(shè)計和專項施工方案，落實“先排水、短開挖、弱爆破、強支護、勤量測”的施工原則，加強對圍巖的監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)征兆應(yīng)高度重視，及時采取有力措施。

對松散、破碎圍巖體隧道的塌方，可采用提高圍巖的整體強度和自穩(wěn)性的措施加以處理，如施工中常用的超前長管棚、超前錨桿及加固注漿、超前小導(dǎo)管注漿等施工措施預(yù)防隧道塌方。如杭州一金華一

衢州高速公路新嶺隧道采用長度為45m的0108mm×6mm超前長管棚+注漿預(yù)支護措施，避免了因公路淺埋隧道跨度大、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、施工難度大、圍巖松散破碎、自穩(wěn)能力差的特點而易發(fā)生的塌方事故。對于開挖斷面較大的隧道，通過軟弱圍巖區(qū)域可采取分步開挖，為了減少圍巖的暴露時間，開挖后應(yīng)立即支護，從而可提高隧道圍巖體的自穩(wěn)性。南昆鐵路某2469m長的隧道在施工中多次發(fā)生嚴重的塌方事故，使隧道施工受阻7個多月，最終確定采用大管棚雙液深孔預(yù)注漿固結(jié)巖體，結(jié)合小管棚補強的微臺階大斷面開挖、全斷面襯砌的施工技術(shù)，順利通過塌方體。

四、巖溶

巖溶的主要形態(tài)有溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及鐘乳石等，是可溶性巖受水的化學(xué)和物理作用的結(jié)果。巖溶不良地質(zhì)常常引起地基承載力不足、不均勻沉降、塌陷和涌水突泥等地質(zhì)破壞。當隧道施工遇到巖溶危害時，可按巖溶對隧道不同的影響情況及施工條件，采取跨越、加固溶洞，引排、截流巖溶水，清除充填物或注漿對軟弱地基加固，回填夯實、封閉地表塌陷、疏排地表水等工程綜合治理措施。如某隧道在整個洞身開挖過程中，遇到了很多的小溶洞，間隔小到1至2米，大到20至30米，甚至于同一樁號洞身周圍有2至3個小溶洞，溶洞體積小則1到2方，大則15到17方，洞內(nèi)有黃泥沙石填充物，并伴有少量流水。在施工過程中，首先將溶洞了填充物清除，在噴射混凝土過程中用C20混凝土填充并找平，對于較大的溶洞，先在其四周施做約1.2×1.2m間距的φ22藥卷錨桿，鎖住裂隙，然后加設(shè)鋼筋網(wǎng)以利于填充混凝土。在流水較大溶洞周圍加密環(huán)向排水盲管，以利于更好的將水引至縱向排水管，并最終由中心水溝排出隧道，方便日后二次襯砌施工