公路隧道施工中的地質(zhì)災(zāi)害及相應(yīng)措施的分析

毛曉光

（武漢市政工程設(shè)計研究院有限責任公司重慶分公司，重慶 400000）

在公路隧道施工中，受復雜地質(zhì)條件影響，使得隧道施工面臨著一定的安全隱患。尤其在隧道開挖作業(yè)階段，圍巖在爆破、掘進等外力的擾動下會降低本身的穩(wěn)定性，使巖體出現(xiàn)變形，改變巖體的自然平衡狀態(tài)，進而引發(fā)巖爆、滑坡、涌水等地質(zhì)災(zāi)害。為避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，必須在公路隧道施工中采取有效的處理措施，最大程度規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害，保證隧道施工安全與質(zhì)量。

1 公路隧道施工中的主要地質(zhì)災(zāi)害

1.1 斷層

斷層是巖溶發(fā)育地區(qū)巖溶水的主要存儲地帶，也是煤系底層中高度聚集過量瓦斯的封閉空間。在公路隧道施工中，隧道圍巖區(qū)域經(jīng)常分布著斷層破碎帶，由于斷層破碎帶的穩(wěn)定性較差，存有巖溶水、瓦斯等物質(zhì)，所以導致公路隧道施工易發(fā)生隧道塌方、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害[1]。

1.2 巖溶

我國巖溶分布廣泛，若公路隧道施工位于巖溶地區(qū)，則有可能發(fā)生涌水、突泥等地質(zhì)災(zāi)害。在隧道開挖施工過程中，一旦出現(xiàn)隧道周邊變形、失穩(wěn)問題，則可能會造成局部坍塌、落石，引發(fā)巖溶水涌入的地質(zhì)災(zāi)害，對施工人員的生命安全和機械設(shè)備的使用安全構(gòu)成極大威脅。

1.3 涌水

在不良地質(zhì)的公路隧道施工中易發(fā)生涌水災(zāi)害，不良地質(zhì)包括斷層、溶洞、礦山老積水區(qū)、煤系地層采空區(qū)等地質(zhì)區(qū)域。涌水地質(zhì)災(zāi)害的危害僅次于施工塌方危害，在發(fā)生涌水災(zāi)害時，涌水中攜帶的大量碎屑物質(zhì)會嚴重威脅到施工人員的生命安全，對施工區(qū)域造成嚴重破壞。

2 公路隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害的處理措施

2.1 斷層的處理

在隧道施工中，為規(guī)避斷層帶來的地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)做到短進尺、弱爆破、強支護，保證各道施工工序協(xié)調(diào)運作，采用得當?shù)姆雷o措施，保證隧道工程安全完工。

2.1.1 合理開挖

（1）爆破開挖。在斷層破碎帶施工中，要避免采用多次爆破開挖施工，減少爆破對巖層穩(wěn)定性造成的擾動；為提高隧道施工速度，可采用大斷面施工法，利用鑿巖臺車等施工機械進行高效率施工；在施工中要勘察地質(zhì)狀況，了解斷層分布特征，對不能采用全斷面開挖施工法的區(qū)域，可采用半斷面開挖、微震爆破開挖或上下斷面順序開挖等施工方法[2]。

（2）微臺階。當隧道拱部為斷層時，可采用半斷面微臺階法進行施工。在開挖之后及時錨噴支護，穩(wěn)定隧道拱部的斷層破碎帶，避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。在施工中，要保證上臺階超前3～5m，形成施工平臺，同時爆破開挖后拱部與洞身下半部，快速閉合斷面。微臺階法對斷層造成的施工擾動較小，并結(jié)合支護技術(shù)，可穩(wěn)定圍巖結(jié)構(gòu)。

（3）順序開挖。在斷層破碎帶巖石風化嚴重的區(qū)域進行隧道施工時，可根據(jù)斷層破碎帶的穩(wěn)定程度，采用上下斷面順序開挖法進行分層施工。上斷面施工中，要先在周邊采用環(huán)形爆破法進行開挖，接著采用臨時支護方式穩(wěn)定斷層，最后對開挖的核心部位進行爆破。下斷面施工中，先進行中槽開挖，再進行左右交錯開挖，直到銜接下部鋼架。

2.1.2 有效支護

（1）噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護。該支護方式通過在鋼架、錨桿、鋼筋網(wǎng)部位噴射混凝土，以促使各部位形成統(tǒng)一受力體，增強支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在隧道施工中采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護，可在圍巖表面增強襯砌的剛性，將圍巖變成承重結(jié)構(gòu)。支護措施如下：在斷層區(qū)域噴射混凝土，厚度控制在3～5cm，封閉巖面；在噴射混凝土的臨近區(qū)域進行布設(shè)錨桿，錨桿長度為3.5m，直徑為2.2cm，間距為1m，布設(shè)成梅花形。也可根據(jù)實際施工情況，適當加密錨桿布設(shè)密度；搭設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)焊接到錨桿上，網(wǎng)格間距控制在20cm為宜[3]；在隧道拱部，若斷層露出范圍較小，則可將徑向錨桿布設(shè)在斷層兩側(cè)，并將鋼筋網(wǎng)布設(shè)在斷層上，之后再將鋼筋網(wǎng)焊接到錨桿上，最后噴射混凝土，完成噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護。

（2）鋼架支護。在斷層破碎帶的隧道施工中，初級支護常用鋼架支護方式，可將其作為超前支護的基礎(chǔ)，以減少圍巖變形。鋼架支護方法為：鋼架間距為0.8～1.0m，采用螺紋鋼筋縱向連接鋼架，間距控制在0.8～1.0m。焊接錨桿與螺紋鋼筋，對鋼架表面噴射混凝土，混凝土要完全覆蓋鋼架表面、錨桿和鋼筋網(wǎng)；若圍巖與鋼架之間的間隙過大，可在間隙內(nèi)填補混凝土預制塊，復噴混凝土，使各個部位形成統(tǒng)一受力體；在隧道拱部位置搭設(shè)鋼架時，要控制好鎖腳錨桿質(zhì)量，在此部位增加拱腳支撐，以保證拱部支護施工質(zhì)量；在隧道開挖施工完畢后，要對接拱部鋼架與邊墻段鋼架，確保鋼架支護穩(wěn)固。

2.2 巖溶的處理

巖溶處理措施需根據(jù)隧道施工中所在地質(zhì)區(qū)域不同的溶洞類型采用與此相應(yīng)的處理方法。具體包括：

2.2.1 填充型溶洞處理

在隧道拱部或邊墻位置分布填充型巖溶時，要是及時清除施工中滑落的填充物，采用水泥砂漿回填技術(shù)或噴射混凝土的方式，對該層進行填充。

2.2.2 半填充或未填充溶洞處理

若在隧道基底部位分布此類溶洞，可采用混凝土回填密實措施；若在隧道拱部和邊墻位置分布此類溶洞，可在初期支護后利用水泥砂漿進行回填。

2.2.3 隱伏型溶洞處理

若隱伏型溶洞分布在隧道開挖5m之內(nèi)，則要采用注漿措施固結(jié)巖溶；根據(jù)巖溶深度確定注漿管長度，注漿制備的水泥砂漿水灰比為0.6：1；在注漿過程中，終壓控制在1～1.5MPa，在注漿之后進行密實處理[4]。

2.3 涌水的處理

涌水處理之前要掌握地下水的相關(guān)情況，綜合考慮圍巖、埋深等因素，確定所應(yīng)采用的適當處理方法。常用的處理方法包括以下兩種：

2.3.1 排水法

這種處理方法利用重力原理疏導出坑內(nèi)的積水，或采用井點或鉆孔的方式排除巖層內(nèi)積水，之后將巖土層壓實，穩(wěn)定巖層結(jié)構(gòu)。排水法可有效降低地下水位，減輕工作面的涌水壓力，具備施工簡便、完工快的優(yōu)勢。

2.3.2 注漿止水法

此方法適用于高水壓地區(qū)和斷層破碎帶（含水）的隧道施工，對松散軟弱的圍巖進行注漿，封堵圍巖可能出現(xiàn)滲水的裂縫，促使?jié){液在圍巖內(nèi)膠結(jié)硬化，避免發(fā)生圍巖滲水，降低用水量。注漿止水法的處理方法如下：呈傘形布設(shè)注漿孔，根據(jù)注漿段長度確定注漿傾斜角度，根據(jù)開挖高度確定注漿孔距；采用分段注漿的方式進行預注漿，確定掘進面長度與注漿長度，兩者比例一般為0.7：1，每段注漿都留出20%的長度[5]；在斷層破碎帶嚴重的施工區(qū)域，要預留出35%的注漿段作為止?jié){盤；在單一含水層施工區(qū)域，可采用全段一次壓注處理方法；在含水層較多且破碎不均勻的施工區(qū)域，應(yīng)采分段壓注處理方法。

3 結(jié)論

綜上所述，公路隧道施工要將地質(zhì)災(zāi)害的有效應(yīng)對作為重點工作內(nèi)容，深入調(diào)查研究工程所在區(qū)域的地質(zhì)情況，分析特殊復雜地質(zhì)可能帶來的地質(zhì)災(zāi)害，并在掌握詳實資料的基礎(chǔ)上制定科學合理的處理方案，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率，保障施工人員生命安全，以及公路隧道工程順利施工。