隧道工程地質(zhì)災(zāi)害分析及處理

□ 林海秋

隧道建設(shè)是當(dāng)前道路交通施工的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其主要對(duì)山體進(jìn)行開挖處理，使道路在山體中穿越，以滿足交通運(yùn)輸?shù)男枨?。隧道建設(shè)對(duì)地質(zhì)情況和山體巖性要求較高，在建設(shè)過程中如果沒有做好處理措施，則可能引起地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)而對(duì)隧道項(xiàng)目造成影響，不利于施工安全，甚至?xí)l(fā)安全事故。為此，本文以廣東省陽春市春灣鎮(zhèn)L村的隧道工程為例，對(duì)其存在的地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行分析，并根據(jù)地質(zhì)基本情況特征，制定多項(xiàng)有效方法，以提高隧道項(xiàng)目建設(shè)安全。

1 L村隧道概況及地質(zhì)條件

1.1 L村隧道基本概況

L村隧道（K線）位于廣東省陽春市春灣鎮(zhèn)的L村區(qū)域內(nèi)，設(shè)計(jì)為分離式隧道，隧道左線起訖樁號(hào)為ZK56+720～ZK57+368，全長(zhǎng)648m；隧道右側(cè)線路起始于K56+745～K57+383，長(zhǎng)度638m，角度207°；該隧道深度140m。隧道進(jìn)口位于L村南側(cè)山體接犁頭埌中橋，有山間土路通過。出口位于相鄰村落北側(cè)山體接紅石山處，沒有既有線路能夠延伸到施工區(qū)域，存在許多不利于隧道建設(shè)的因素（見圖1）。

圖1 K56+720～K57+000左線邊坡縱斷面

1.2 L村隧道項(xiàng)目地質(zhì)情況分析

第一，L村所處區(qū)域山體低矮，高度最高處425m，最低處僅250m，整體高度差異較大。隧道走向與山脊總體走向近于垂直。同時(shí)，該隧道工程受地形因素的影響，整體起伏高度較大，會(huì)增加災(zāi)害發(fā)生的概率。第二，根據(jù)前期調(diào)查結(jié)果顯示，隧道項(xiàng)目所處環(huán)境存在多條斷裂帶，且不同區(qū)域的巖體、地層等破壞情況較為嚴(yán)重，斷裂帶會(huì)增加地質(zhì)問題的出現(xiàn)概率，對(duì)施工安全造成較大影響，不利于安全建設(shè)。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理，采用科學(xué)的處理方法，隧道區(qū)地層產(chǎn)狀呈單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀：204°∠32°、54°∠40°；節(jié)理：J1：150°∠67°、J2：320°∠60°。第三，隧道工程的區(qū)域穩(wěn)定性。作業(yè)區(qū)域處于地臺(tái)穩(wěn)定區(qū)，晚近期新構(gòu)造活動(dòng)跡象微弱少見，歷史上無重大地震記錄，未發(fā)生6級(jí)以上地震，地殼較穩(wěn)定。根據(jù)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，對(duì)該隧道工程所處區(qū)域進(jìn)行勘測(cè)，本路線段所在地區(qū)地震烈度為6°，結(jié)合其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定文件以及實(shí)際調(diào)查結(jié)果顯示，該地區(qū)基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35s，基本地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，總體處于建筑抗震一般地段，隧址區(qū)未見地震作用下可液化地層。第四，在作業(yè)過程中遇到不良地質(zhì)現(xiàn)象。在隧道金樓區(qū)域的鉆孔勘察中，鉆探在SDK042～SDK045、揭露到10個(gè)溶洞，遇洞率100%，巖溶發(fā)育等級(jí)為強(qiáng)烈發(fā)育。隧道出口主要由強(qiáng)風(fēng)化砂巖組成，屬于順向坡，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，隧道施工時(shí)將降低其穩(wěn)定性，影響洞口的穩(wěn)定，施工時(shí)應(yīng)注意支護(hù)。隧址區(qū)未見滑坡、泥石流、危巖、采空區(qū)和崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)軟土、紅黏土、膨脹土等特殊性巖土[1]。

2 隧道項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害分析

在隧道項(xiàng)目建設(shè)過程中，因其對(duì)環(huán)境要求較高，當(dāng)遇到復(fù)雜地質(zhì)情況時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，且地質(zhì)災(zāi)害的類型不同對(duì)其造成的損害也會(huì)有所不同，隧道項(xiàng)目存在的災(zāi)害情況主要包括如下幾項(xiàng)。

2.1 塌方災(zāi)害

隧道項(xiàng)目的主要施工位于地表以下，當(dāng)隧道周圍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，可能會(huì)引起隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)被破壞，引起隧道支護(hù)塌方，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)被破壞。隧道建設(shè)期間，地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化、地下水位變化等都會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)受到影響，地面出現(xiàn)不均勻下沉造成塌方。塌方災(zāi)害主要發(fā)生在巖層不穩(wěn)定、地層破壞嚴(yán)重的區(qū)域，因?yàn)閹r層不夠穩(wěn)定，在巖層變形的作用力下就會(huì)出現(xiàn)一定的塌方災(zāi)害[2]。

2.2 涌水災(zāi)害

隧道項(xiàng)目主體位于地下，所以地下水對(duì)于隧道項(xiàng)目安全建設(shè)具有直接影響。隧道涌水是隧道施工過程中最常見的地質(zhì)災(zāi)害，因隧道建設(shè)開挖地下水受影響，在多重作用的影響下，就可能會(huì)出現(xiàn)涌水問題，涌出的水會(huì)導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)受到影響和破壞，不利于施工安全建設(shè)（見圖2）。

圖2 涌水現(xiàn)場(chǎng)圖

2.3 巖爆災(zāi)害

隧道在開挖作業(yè)期間，會(huì)對(duì)周圍巖體造成破壞，引起周圍巖體變形。當(dāng)巖體受到擠壓變形時(shí)，如果作用力得不到釋放，會(huì)在強(qiáng)烈擠壓作用力下出現(xiàn)巖爆災(zāi)害。巖爆災(zāi)害對(duì)于施工安全會(huì)造成很大影響，是一種具有較高破性的災(zāi)害類型。所以作業(yè)期間需明確隧道周圍巖體是否存在過大的應(yīng)力，如果判斷可能會(huì)出現(xiàn)的災(zāi)害問題，則需要對(duì)其進(jìn)行防護(hù)，防止因巖爆災(zāi)害導(dǎo)致項(xiàng)目質(zhì)量和作業(yè)人員安全受到威脅[3]。

2.4 區(qū)域斷裂帶災(zāi)害

受地質(zhì)情況的影響，在隧道項(xiàng)目建設(shè)期間，會(huì)出現(xiàn)區(qū)域斷裂帶的災(zāi)害問題，主要是因?yàn)樗淼浪巺^(qū)域巖層風(fēng)化較為嚴(yán)重，或巖體破碎程度過高，在建設(shè)期間未得到妥善處理，導(dǎo)致隧道在建設(shè)完成后出現(xiàn)區(qū)域斷裂帶。在L村隧道項(xiàng)目中，其中一組斷層的走向與區(qū)域斷裂帶的走向一致，該組斷層的影響寬度大，與路線呈大角度斜交。該組斷層在開挖過程中邊坡出現(xiàn)裸露現(xiàn)象，下部隧道開挖部分的風(fēng)化強(qiáng)烈，以全、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥巖為主，高嶺土化嚴(yán)重；斷層附近的灰?guī)r變?yōu)樗榱褞r，總體呈上硬下軟的特點(diǎn)，遇降雨天氣導(dǎo)致其出現(xiàn)區(qū)域斷裂帶災(zāi)害問題。

3 隧道建設(shè)項(xiàng)目災(zāi)害有效處理措施分析

在L村隧道項(xiàng)目建設(shè)過程中，根據(jù)勘測(cè)人員和技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)存在以下地質(zhì)災(zāi)害問題。根據(jù)某隧道開挖段上方的第二次裂縫出現(xiàn)后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及補(bǔ)勘的成果分析，從掌握的初步數(shù)據(jù)及變形方向判斷，圍巖的變形主要以沉降變形為主，以所探明的巖性分布及風(fēng)化、斷層或推斷斷層的分布、右洞右側(cè)初支裂縫等情況綜合分析，推斷第二次裂縫的產(chǎn)生主要是因?yàn)橛叶淳蜻M(jìn)暴露了構(gòu)造帶，在強(qiáng)降雨下滲作用的影響下，斷層帶及圍巖的抗剪強(qiáng)度降低而產(chǎn)生的下錯(cuò)變形的可能性較大，尤其在斷層附近易形成地表拉裂縫。因此，需要對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的災(zāi)害進(jìn)行處理，將災(zāi)害問題控制在合理范圍內(nèi)，以防止對(duì)后續(xù)施工造成影響。

3.1 地表處理方案

根據(jù)勘測(cè)結(jié)果，在存在裂縫區(qū)域的隧道作業(yè)段洞頂上部裂縫處設(shè)置排水溝渠，其寬度3m，長(zhǎng)度100m，坡率按照實(shí)際勘察結(jié)果進(jìn)行計(jì)算和確定；溝渠底部采用水泥砂漿進(jìn)行鋪墊，以增強(qiáng)溝渠底部防水性能，防止因水流對(duì)溝渠底部造成腐蝕性破壞。針對(duì)隧道項(xiàng)目的裂縫處理，可開挖土方進(jìn)行回填并進(jìn)行夯實(shí)處理，夯實(shí)后的表面鋪設(shè)0.06m厚度的水泥砂漿，能夠提高裂縫處理效果，使水泥砂漿保護(hù)層的穩(wěn)定性得到提升。

3.2 明洞接長(zhǎng)處理方案

根據(jù)補(bǔ)勘資料和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本可以排除洞口段邊坡發(fā)生貫通性的深層滑移的可能，但不排除隧道仰坡長(zhǎng)期經(jīng)雨水沖刷，地表水下滲導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，產(chǎn)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，危及線路運(yùn)營(yíng)安全。建議將明洞接長(zhǎng)10m，反壓回填進(jìn)一步穩(wěn)固坡腳，同時(shí)長(zhǎng)明洞可提供一個(gè)緩沖平臺(tái)，避免滾石直接沖擊路面[4]。

因?yàn)椴糠置鞫词┕ひ呀?jīng)完成，所以在明洞接長(zhǎng)處理前，需要對(duì)明洞進(jìn)行處理，保證其能夠與接長(zhǎng)處理方案相一致。在鋼筋布置環(huán)節(jié)，鋼筋設(shè)置與已經(jīng)建設(shè)完成的明洞保持相同，鉆孔深度需要≥15d，將鋼筋植入后使用植筋膠以及固化劑，以提升鋼筋植入牢固程度；并對(duì)鋼筋進(jìn)行防水處理，為鋼筋提供防水保護(hù)層，可有效提升接長(zhǎng)作業(yè)質(zhì)量。

3.3 其他處理方案

針對(duì)L隧道項(xiàng)目存在的災(zāi)害問題，結(jié)合實(shí)際勘測(cè)結(jié)果，為了保證隧道建設(shè)質(zhì)量和作業(yè)安全，除隧道表面處理以及明洞接長(zhǎng)處理方案外，還有以下幾項(xiàng)處理方案：一是左洞圍巖以中風(fēng)化灰?guī)r為主，目前尚未進(jìn)入斷層影響帶，為減少左洞爆破對(duì)右洞開挖造成的影響，右洞優(yōu)先施工，待右洞進(jìn)入完整中風(fēng)化巖層后，左洞方可施工。二是為了保證處理效果，L村隧道項(xiàng)目采用超前支護(hù)作業(yè)模式，通過超前支護(hù)的方式保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止其出現(xiàn)坍塌事故，在周圍巖層發(fā)生變化時(shí)，有效控制隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，從而提高作業(yè)的安全性。三是最大限度縮短圍巖裸露時(shí)間。為有效控制圍巖的松弛，軟弱圍巖隧道初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)將掌子面封閉。四是當(dāng)遇到地質(zhì)條件較差的隧道作業(yè)段時(shí)，如出現(xiàn)沉降情況，需嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、弱爆破、快封閉、勤量測(cè)”等多項(xiàng)作業(yè)基礎(chǔ)原則，加強(qiáng)現(xiàn)代施工技術(shù)的應(yīng)用，提前預(yù)測(cè)地質(zhì)，加強(qiáng)對(duì)周圍巖體變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況的監(jiān)測(cè)，不斷調(diào)整實(shí)際支護(hù)數(shù)據(jù)，并創(chuàng)新施工工藝，保證拱頂沉降控制在預(yù)規(guī)定范圍內(nèi)，確保初支混凝土面不侵入二襯，保障二襯混凝土的厚度、隧道的凈空要求。同時(shí)控制施工成本，保證施工安全[5]。五是在施工過程中，做好位移量監(jiān)測(cè)、變形量監(jiān)測(cè)等各項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作，明確地質(zhì)情況對(duì)隧道施工的影響，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理，以降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率，并將地質(zhì)災(zāi)害對(duì)隧道施工的影響控制在合理范圍內(nèi)。

4 處理效果分析

通過采用上述的處理措施，隧道工程的右洞處于正常施工階段，左洞在可控范圍內(nèi)，總結(jié)如下施工處置措施效果：一是管超前。有效提高土體的穩(wěn)定性，控制下沉，防止圍巖松弛和坍塌，L村隧道進(jìn)口段不良地質(zhì)隧道采用雙層超前小導(dǎo)管。二是嚴(yán)格注漿，增強(qiáng)其自穩(wěn)能力。在超前及系統(tǒng)施作后及時(shí)注漿，使土體集結(jié)成具有強(qiáng)度的“結(jié)實(shí)體”，使周圍地層形成具有一定強(qiáng)度的殼體。如L村隧道進(jìn)口右洞，在砂性土的基礎(chǔ)上采用普通注漿工藝，左洞的粉質(zhì)黏土采用增強(qiáng)的劈裂注漿。三是加強(qiáng)支護(hù)，以控制初期結(jié)構(gòu)的變形，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。針對(duì)軟弱圍巖，將原有XS-Va的I22b工字鋼替換成I25b工字鋼，用水泥墊塊加大拱腳，16槽鋼縱向連接，加強(qiáng)鎖腳等施工措施，必要時(shí)加設(shè)臨時(shí)支撐和護(hù)拱。四是快速封閉。最大限度縮短圍巖裸露時(shí)間，為有效控制圍巖松弛。針對(duì)軟弱圍巖，在初期支護(hù)的同時(shí)應(yīng)及時(shí)將掌子面進(jìn)行封閉。五是快速開挖。爭(zhēng)取時(shí)間立架，及時(shí)噴射混凝土，減少坍塌現(xiàn)象的發(fā)生。L隧道右洞掌子面一次進(jìn)尺一榀，中、下臺(tái)階兩榀，仰拱3m，及時(shí)封閉成環(huán)。經(jīng)上述處理，L隧道工程總體建設(shè)效果良好，多種地質(zhì)問題控制在合理范圍內(nèi)，未發(fā)生施工事故，全面保障隧道工程施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

本文對(duì)一般隧道項(xiàng)目中存在的地質(zhì)災(zāi)害類型進(jìn)行詳細(xì)闡述，并結(jié)合L村隧道項(xiàng)目的實(shí)際情況，分析其災(zāi)害問題和處理方式，希望對(duì)我國(guó)隧道建設(shè)起到一定的啟示和借鑒作用。不斷提高隧道項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量，為我國(guó)城市交通運(yùn)輸建設(shè)提供助力，是促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的重要保障。