特殊地質(zhì)公路隧道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

張振華

摘要：本文主要介紹了穿越流砂地質(zhì)的隧道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，溢出瓦斯以及其他有害氣體的公路隧道設(shè)計(jì)要點(diǎn)，穿越巖溶區(qū)地質(zhì)的隧道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)以及穿越卵礫石層地質(zhì)的隧道時(shí)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：特殊地質(zhì);公路;隧道;設(shè)計(jì)要點(diǎn);分析

我國(guó)的公路建設(shè)目前已經(jīng)進(jìn)入了迅速發(fā)展的時(shí)期，由于復(fù)雜多變的隧道圍巖地質(zhì)，施工中常因各種特殊地質(zhì)而造成的工程事故，造成人員、財(cái)產(chǎn)損失。在這種背景下，工程人員對(duì)一些特殊地質(zhì)的隧道設(shè)計(jì)工作越來越關(guān)注。對(duì)公路隧道工程施工不利的那些比較特殊的地質(zhì)環(huán)境就是指特殊地質(zhì)地段，比如瓦斯、巖溶區(qū)、流砂以及溢出有害氣體的巖層、巖爆、斷層、溶洞、膨脹性地層、卵礫石層，再加上含水的未固結(jié)圍巖等地段。在進(jìn)行公路隧道設(shè)計(jì)工作時(shí)會(huì)因?yàn)檫@些問題而出現(xiàn)挑戰(zhàn)和困難。

1穿越巖溶區(qū)地質(zhì)的隧道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

首先，在勘察時(shí)，要對(duì)隧道經(jīng)過的附近區(qū)域必須做到詳細(xì)凋查，設(shè)計(jì)時(shí)，盡叮能使路線能夠避開巖溶地區(qū)。其次，當(dāng)隧道無法避免的要通過巖溶的情況下，要精細(xì)考察。包括該地區(qū)的巖溶分布情況、充填特征以及洞穴和地質(zhì)問的構(gòu)造炎系。設(shè)計(jì)時(shí).還應(yīng)注意到可控制的最低的侵蝕基準(zhǔn)面、地下水的特性、地下水流和地表水流間的相互關(guān)等等。其次.關(guān)于工程地質(zhì)方面。尤其在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意到洞穴以及裂縫的充填的性質(zhì)。這是因?yàn)槌涮钚再|(zhì)以及充填成分水町以對(duì)于水循環(huán)條件以及巖溶體發(fā)育起到?jīng)Q定性作用?？傊?公路隧道符需要穿越巖溶區(qū)，應(yīng)結(jié)合具體情況采用以下方法進(jìn)行處理：一避、二引、三堵、四越、五繞。

2穿越卵礫石層地質(zhì)的隧道時(shí)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在對(duì)穿越卵礫石層地質(zhì)的隧道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須要注意到卵石層的特殊性質(zhì)，它介于軟巖與土之間，因此必須要做好強(qiáng)預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)以及局部弱支護(hù)設(shè)計(jì)這兩個(gè)方面。

2.1局部弱支護(hù)設(shè)計(jì)

在隧道的設(shè)計(jì)過程中因?yàn)榉浅毫拥穆训[石層的地質(zhì)條件，所以其他的支護(hù)方式不一定對(duì)地質(zhì)圍巖的變性特點(diǎn)完全適用。在這種情況下，在工程的建設(shè)過程當(dāng)中需要將實(shí)際操作中的薄弱環(huán)節(jié)及時(shí)找出來，然后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)?、及時(shí)的設(shè)計(jì)改進(jìn)。其中最重要的就是公路隧道局部弱支護(hù)以及公路隧道全周邊弱支護(hù)。

2.2強(qiáng)預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)

在卵礫石層并碰到滲水、涌水或者碰到的破碎斷層帶、泥層以及層砂厚度比較大的情況下一般會(huì)采用強(qiáng)預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)。由于施工事故經(jīng)常會(huì)發(fā)生在這些情況當(dāng)中，比如較大面積塌方、隧道大變形以及開挖面坍塌等事故。所以，可以將以盾構(gòu)為基本施工原理的強(qiáng)預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)運(yùn)用到軟土隧道的施工過程中。強(qiáng)預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)是指在隧道設(shè)計(jì)過程中，除了對(duì)來自常規(guī)新奧法的錨噴支護(hù)進(jìn)行充分的運(yùn)用，還要采用聯(lián)合支護(hù)體系的方法，也是就是由鋼拱架以及插板或者是由超前小導(dǎo)管和超前大管棚組成的一種支護(hù)方式。但是在碰到特別惡劣的情況時(shí)，還要進(jìn)行地層改良的考慮，比如考慮在設(shè)計(jì)時(shí)采用超前注漿的方法。

3穿越流砂地質(zhì)的隧道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

（一）流沙地質(zhì)及其特征

流砂，是指的某些圍巖處于飽水的條件下所產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象。在有砂以及黏土質(zhì)砂存在的地方都會(huì)形成流砂。另外，亞砂土或是淤泥的地方也會(huì)呈現(xiàn)出流動(dòng)的狀態(tài)。處于飽水的條件下，若地下水流動(dòng)時(shí)，砂礫所受到的動(dòng)水壓力等于或超過其顆粒的浸水重量之狀態(tài)，則顆粒將會(huì)停留在懸浮狀態(tài)。由此形成流砂地質(zhì)。在砂礫很細(xì)的情況下，若處于飽水的條件下，此時(shí)地下水不再是簡(jiǎn)單機(jī)械地充填在砂礫顆粒之間，而是會(huì)黏附在砂礫顆粒的表面上。由此，土體就會(huì)成為類似于膠體的狀態(tài)，而生成觸變性質(zhì)。土體在爆破或是震動(dòng)等具有沖擊力的作用下，同樣，也會(huì)形成流動(dòng)的狀態(tài)。由此得出，上述的圍巖由于存在動(dòng)水壓力或者是動(dòng)力作用，在一定的條件下，就會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)現(xiàn)象。

（二）隧道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

若是在公路隧道開掘過程中遇到流砂，會(huì)造成巨大危害。同時(shí)給施工引起困擾。若是流砂涌入至坑道，則會(huì)使得圍巖中形成空穴和坍塌，甚至?xí)仁构仿肪€改線。因此，在對(duì)隧道設(shè)計(jì)時(shí)一定要認(rèn)真對(duì)待流砂，及時(shí)處理。首先，在設(shè)計(jì)時(shí)要做到制止流沙涌入至坑道中的可能。施工設(shè)計(jì)理念是“先保護(hù)后挖掘，采用密閉的支撐，邊挖掘邊密封”的方法。其次，必要時(shí)，甚至可以用雙層插班來進(jìn)行支撐，在兩層板間設(shè)計(jì)漏水層，以避免因?yàn)榱魉^多而帶起泥沙，從而而造成塌方。再次，隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)有昂拱的封閉式襯砌。并且，地下水不能經(jīng)隧道排走，以免泥沙流失導(dǎo)致塌方。施工中不僅要設(shè)計(jì)用小斷面和工序緊跟以及密封支撐，而且還應(yīng)注意到要有足夠的預(yù)留的沉落量保留。設(shè)計(jì)配合施工隨時(shí)注意觀察，及時(shí)測(cè)量實(shí)際操作中的沉落情況。此外，還可設(shè)計(jì)用特殊施工方法，如地下水位降低方法、凍結(jié)方法、硅化方法、壓氣方法等等。這些方法常常應(yīng)用于遇到特大的流砂的情況。但是，目前應(yīng)用不多。

4溢出瓦斯以及其他有害氣體的公路隧道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

當(dāng)坑道在含瓦斯的煤層穿越時(shí)或者在含瓦斯的煤層附近節(jié)理發(fā)育或者破碎的地質(zhì)穿越時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生遇到瓦斯危險(xiǎn)的可能。在實(shí)際的調(diào)查中，如果達(dá)到5%～16%的瓦斯含量時(shí)，一旦遇到火就會(huì)出現(xiàn)瓦斯爆炸的危險(xiǎn)情況。所以在施工設(shè)計(jì)的過程中對(duì)瓦斯以及其他有害氣體要及時(shí)處理、認(rèn)真對(duì)待。在設(shè)計(jì)瓦斯以及其他有害氣體的公路隧道需要在勘測(cè)階段盡可能查明瓦斯賦存情況，掌握相關(guān)參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)要制定詳細(xì)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、瓦斯?jié)舛葯z測(cè)方案，按瓦斯隧道各項(xiàng)制度標(biāo)準(zhǔn)，明確檢查與排除瓦斯以及防爆防火方面的條件和設(shè)施。涉及到瓦斯隧道的機(jī)電設(shè)備、照明、開關(guān)以及線路時(shí)必須要進(jìn)行防爆裝置的配置。為了預(yù)防出現(xiàn)瓦斯在隧道建成后滲入到隧道，危及行車安全，必須要以有效的結(jié)合排放與封閉的設(shè)計(jì)原則為根據(jù)，進(jìn)行瓦斯排放通道的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)過程中對(duì)通風(fēng)量的校核必須要按照瓦斯隧道的通風(fēng)要求來進(jìn)行。此外.為了防止隧道建成后，瓦斯會(huì)滲入隧道內(nèi)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí).應(yīng)按照將封閉與排放相結(jié)合的設(shè)計(jì)原則。襯砌最好選用帶昂拱的有防瓦斯層設(shè)計(jì)的封閉式的襯砌，而且，襯砌背后要設(shè)計(jì)排放瓦斯的通道：施工通風(fēng)的設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格按照瓦斯隧道的通風(fēng)要求來校核通風(fēng)量。

5結(jié)語

公路路線建設(shè)在當(dāng)前遇到了越來越復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，所以人們也越來越關(guān)注針對(duì)穿越各種特殊地質(zhì)的公路隧道的設(shè)計(jì)工作。本文分析并探討了某些特殊地質(zhì)區(qū)域的公路隧道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。目前還有許多的技術(shù)問題存在于公路隧道的設(shè)計(jì)施工當(dāng)中。比如應(yīng)用新材料新技術(shù)、選擇開挖方法、合理確定支護(hù)參數(shù)以及優(yōu)化隧道段面形狀等，需要研究人員進(jìn)行進(jìn)一步的探索。我們有理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，公路隧道設(shè)計(jì)在特殊地質(zhì)條件下的應(yīng)用會(huì)越來越先進(jìn)，對(duì)滿足我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們生活水平的提高具有很大的幫助作用。

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（作者單位：遼寧省公路勘測(cè)設(shè)計(jì)公司）