高速公路隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對技術(shù)研究

摘 要：隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進和交通運輸需求的不斷增長，對于高速公路隧道的建設(shè)需求也日益增加。但是隧道施工會面臨不良地質(zhì)的威脅，加強對高速公路隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害的研究，提高地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對技術(shù)水平，對于確保隧道工程的安全、高效、順利進行具有重要意義?；诖?，本文以騰瀘隧道工程為例，分析了高速公路隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對技術(shù)，以期能夠為當?shù)毓こ添椖康捻樌麑嵤┨峁┛茖W參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高速公路 隧道施工 地質(zhì)災(zāi)害

0 引言

云貴高原西部邊緣地區(qū)地勢險峻，地形復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造活躍，巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖石性質(zhì)多變，地下水活動頻繁，地震、滑坡、塌陷等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，給隧道施工帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。這一地區(qū)的地質(zhì)條件不僅對隧道工程設(shè)計、施工和運營提出了嚴格要求，也對地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。因此，對高速公路隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對技術(shù)進行研究具有重要意義。

1 騰瀘隧道工程概述

國道G219線云南瀘水至騰沖段改擴建工程高黎貢山騰越隧道施工輔助通道（騰越隧道）PDSG-1標段位于瀘水側(cè)，起訖樁號為K12+950～K23+280，線路全長10.33km（下圖1為工程地理位置圖）。本標段工程主要為1座10.33km隧道，埋深約1400m。該工程項目地處云貴高原西部邊緣，屬深切割高中山峽谷地形地貌，地面崎嶇破碎，位于地形坡度較陡，地形切割明顯，地質(zhì)作用以構(gòu)造侵蝕、剝蝕作用為主的高中山地貌，區(qū)域地形地貌受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造控制明顯，山脈走向、河流分布均嚴格受構(gòu)造的控制，坡面沖溝發(fā)育，峰頂尖峭、谷地深邃，山坡陡峻，山坡坡度一般25°～45°，局部大于50°，以剝蝕作用為主，植被較發(fā)育。騰越隧道兩側(cè)海拔1580～3200m。騰越隧道穿越高黎貢山山脈，隧道入口處的旱龍寨斷裂（F1）、澡堂河溫泉斷裂（F2）、舊街子斷裂（F3）、推測斷裂（F4），沿斷裂可見大量的碎裂巖、構(gòu)造角礫巖、糜棱巖形成強烈的擠壓破碎帶。該騰越隧道地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜，穿過五個斷層帶，一個背斜地段，存在多個高壓富水區(qū)，基巖內(nèi)裂隙水發(fā)育，區(qū)內(nèi)地下水資源豐富，為高富水地段：地下水類型主要有松散巖類孔隙水、碎屑巖裂隙水、變質(zhì)巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。再加上隧道埋深很大，約1400m，豎向均布壓力較大段落一般為斷裂帶、背斜軸和覆蓋層和基巖接觸帶部位，區(qū)內(nèi)深埋地段及構(gòu)造應(yīng)力集中地段的地溫、圍巖產(chǎn)生巖爆可能性較大。結(jié)合地勘給出的工程地質(zhì)水文條件及相關(guān)設(shè)計文件，本項目主要可能遇到的不良地質(zhì)有高地應(yīng)力、斷層破碎帶、軟巖大變形、巖爆、突泥涌水及高地熱。

2 高速公路隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對技術(shù)

2.1 高地應(yīng)力

高地應(yīng)力是指由于地層深埋、巖層厚度大等原因?qū)е碌牡貞?yīng)力增大。高地應(yīng)力對隧道工程構(gòu)造造成直接壓力，容易導致隧道支護結(jié)構(gòu)破壞、地表沉降，甚至引發(fā)地下巖層破裂，這會增加隧道施工難度，增加施工成本，嚴重時甚至威脅到施工人員的生命安全。針對這一地質(zhì)災(zāi)害問題，施工人員應(yīng)該通過地質(zhì)勘察，了解地下巖層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力分布情況等，預(yù)測可能存在的高地應(yīng)力區(qū)域，為隧道的選址和設(shè)計提供科學依據(jù)，并在隧道施工過程中采用合理的隧道支護和加固措施，尤其是對于高地應(yīng)力較大的區(qū)域，在隧道施工過程中采用更加堅固的支護結(jié)構(gòu)，如加厚錨噴混凝土（如下圖2所示）、鋼絲網(wǎng)噴錨、預(yù)應(yīng)力錨桿等，以增強隧道的抗壓能力和穩(wěn)定性[1]。另外，還需要實時監(jiān)測地下巖層變形、地表沉降等情況，及時發(fā)現(xiàn)高地應(yīng)力區(qū)域的異常變化，采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，確保施工人員和設(shè)備的安全。

2.2 斷層破碎帶

斷層破碎帶是指地質(zhì)中存在的斷層帶，在地下水、巖石運動等作用下，斷層周圍的巖石常常破碎、松散，容易發(fā)生塌方、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。隧道施工中遇到斷層破碎帶，可能導致隧道圍巖的不穩(wěn)定性，增加隧道支護難度，甚至引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害[2]。地勘資料顯示，騰越隧道多次與斷層相交，沿新裂可見大量的碎裂巖、構(gòu)造角礫巖、糜棱巖形強烈的擠壓破碎管。針對這一地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)對來看，主要是從施工方法、支護結(jié)構(gòu)等方面對斷層破碎帶進行了強施工時循“早預(yù)報、先治水、預(yù)加固、弱爆破、短開挖、先護頂、強支護、早封閉、勤量測、快襯砌”的原則，設(shè)計中主要從支護結(jié)構(gòu)方面對結(jié)構(gòu)進行了加強，采用常規(guī)地質(zhì)法、鉆探法、物探法相結(jié)合的綜合手段進行地質(zhì)超前預(yù)報，并組織動態(tài)施工。隧道穿越斷層破碎帶，應(yīng)首先根據(jù)區(qū)域地資料、工程地質(zhì)平面設(shè)計圖和現(xiàn)場調(diào)查，測繪確定斷層的位置產(chǎn)狀、寬變、斷層性質(zhì)、斷層破碎帶的組成，根據(jù)已有資科確定斷層和隧道的關(guān)系，隧道通過斷層的里程位置；在接近斷層位置時（至少為理論位置超前50m）采用物探地震反射法（如TSP、HSP等）確定斷層的位置和寬度，在施工中應(yīng)施作超前鉆孔探測前方地質(zhì)及地下水情況：同時根據(jù)斷層是否在地下水下、是否含水的粗略判斷，也可采用紅外探水儀測地下水。施工中根據(jù)質(zhì)超前預(yù)報成果初步確定的地質(zhì)情況及水量大小采用徑向注漿或超前帷幕注漿對水或圍巖進行綜合處理，同時若發(fā)現(xiàn)地下水為承壓性地下水，應(yīng)采用全斷面超前帷幕注漿堵水方案，并在開挖后沿洞周設(shè)置一定數(shù)量的泄水孔；結(jié)構(gòu)上采用超前注漿支護（超前注漿+超前中管棚）作為施工輔助對斷層破碎巖進行堵水和加固。隧道穿越斷層段采用S5-3加強襯砌。此外，施工中應(yīng)對隧道施工初期及時做好支護工作，加強隧道排水，同時加強監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時分析、調(diào)整支護參數(shù)，確保施工安全順利進行。

2.3 軟巖大變形

軟巖大變形是指地質(zhì)中存在的軟弱巖層，在地下水、地質(zhì)力學作用下，易發(fā)生大范圍變形。軟巖大變形對隧道工程的穩(wěn)定性造成威脅，可能導致隧道結(jié)構(gòu)變形、沉降[3]。針對這一地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)遵循“先柔后剛”、“以柔克剛”的原則，先施工柔性支護體系，再施作剛性二次襯砌，以錨噴網(wǎng)鋼筋混凝土、長錨桿和型鋼組合的柔性支護結(jié)構(gòu)和圍巖共同作用，承受圍巖的絕大部分壓力和變形。對軟弱大變形地質(zhì)進行提前勘察、預(yù)估，在接近大變形段落時，進行超前注漿處理，提高圍巖的自承能力，減小支護結(jié)構(gòu)承擔的荷載。通過打設(shè)長錨桿等措施控制大變形。長錨桿是主動控制軟巖大變形的重要手段。另外，仰拱要及時跟進、及時拼裝，不應(yīng)滯后過多，這樣可及時封閉成環(huán)，有效增強結(jié)構(gòu)鋼度和受荷能力，且軟弱圍巖段必須要預(yù)留合理的變形量，以預(yù)防初期支護變形后侵入二襯凈空，同時適量的預(yù)留變形量釋放地應(yīng)力。

2.4 巖爆

巖爆是指巖石因受到巨大應(yīng)力作用而猛烈破裂、噴射的現(xiàn)象。隧道施工中遇到巖爆，可能導致工程人員傷亡、設(shè)備損壞，嚴重影響施工進度和工程安全。針對這一問題必須要做好預(yù)防工作，比如通過釋放圍巖的原始地應(yīng)力，降低巖爆的發(fā)生機率，減小巖爆強度，對于巖爆嚴重的部位，要先處理后再施工，確保施工安全。開挖后立即對圍巖噴灑高壓水，軟化巖石，減弱巖爆強度，選用預(yù)先釋放部分能量的辦法，如打超前應(yīng)力釋放孔等方法，將巖石原始應(yīng)力釋放。對于中等或強以下的段落，加強對巖爆部位的支護，必須先打安全錨桿（必要時再掛網(wǎng)），并根據(jù)實際情況進行噴漿封閉，再進行開挖作業(yè)，這樣才能使錨桿在掘進前有充分的凝固時間和防止石塊掉落。在錨桿安裝好后再在錨桿之間鉆適量的空眼，以減小巖爆二次發(fā)生的機率和強度。對于巖爆特別嚴重的部位，在最短的時間內(nèi)要對圍巖進行錨噴網(wǎng)支護，防止作業(yè)時落石傷人，待二次巖爆過后，及時進行二次噴漿支護；鉆眼前先打超前錨桿。

2.5 突泥涌水

突泥涌水是指地下水突然涌入隧道工程中的現(xiàn)象。突泥涌水會導致隧道內(nèi)部水位驟升，影響工程施工，甚至威脅到工程人員的生命安全。針對涌水的超前處理，首先在排水方式上應(yīng)考慮正常排水與應(yīng)急排水二者相結(jié)合，配置多處強力排水系統(tǒng)。根據(jù)涌水量預(yù)測值在正常排水能力的基礎(chǔ)上，提升50%的應(yīng)急排水能力，即止點端抽水機的最大排水能力（正常排水能力+應(yīng)急排水能力）應(yīng)不小于最大涌水量預(yù)測值的1.5倍；對有涌突水（泥）可能性地段利用激發(fā)極化法超前預(yù)報系統(tǒng)進行超前探水，考慮采用深孔化學灌漿的方法進行封堵。由于地下巖溶水發(fā)育的不規(guī)律性，盡管采用了超前預(yù)測預(yù)報、超前探孔等手段對地下水進行探測，但有可能還存在個別盲區(qū)，這樣在施工中將有可能出現(xiàn)涌水、突泥等情況，如果在隧洞開挖過程中出現(xiàn)涌水、突泥，應(yīng)以“引”為主改善作業(yè)環(huán)境、防止設(shè)備被淋，減輕對噴射混凝土的影響，通過騰越隧道盡可能自流，可根據(jù)水量適當加深兩側(cè)水溝，防止設(shè)備被淹和對施工運輸產(chǎn)生影響；當涌水量較大時，應(yīng)待隧道內(nèi)突涌水危險解除后，查明突涌水原因，做針對性的引排水措施并對隧洞支護作加強處理。

2.6 高地熱

高地熱是指地下巖層中存在的高溫現(xiàn)象，高地熱可能導致隧道結(jié)構(gòu)材料受熱膨脹、變形，影響隧道工程的穩(wěn)定性和安全性。在當前的隧道施工中，由于隧道埋深較大，因此高地熱問題的出現(xiàn)幾率也會增加，加強應(yīng)對至關(guān)重要[4]。根據(jù)規(guī)范要求，為保證施工人員安全隧道開挖面空氣干球溫度應(yīng)不超過28℃，當隧道開挖面空氣干球溫度位于28～37℃之間時，需加強通風降溫，對掌子面、二次襯砌等作業(yè)人員相對集中處，增設(shè)局扇加快空氣流通，以改善作業(yè)人員的熱感應(yīng)舒適度。隧道開挖面空氣干球溫度大于37℃時，除加強通風外，尚應(yīng)采取強制制冷降溫措施，將掌子面附近空氣溫度控制為不大于28℃，對于導熱水斷層，為防止地下熱水涌出惡化作業(yè)環(huán)境，需采取“以堵為主，限量排放”的地下水處理原則，采取超前帷幕注漿，帷幕注漿后出水量控制在5m3/m.d，同時要求掌子面前方20m范圍內(nèi)隧道拱墻初期支護的表面淋水面積需控制在55%以內(nèi)，漫流于仰拱表面的熱水在20m后必須歸槽處理。另外，對于巖溫低于50℃的異常地段，在施工期間洞內(nèi)采用冰塊降溫措施，并在作業(yè)面100m范圍內(nèi)氣溫控制在28℃的條件下，并于初期支護噴射混凝土中摻入保濕劑及礦粉，二次混凝土中摻入礦粉、粉煤灰；對于巖溫低于50℃的異常地段，在施工期間洞內(nèi)采用冰塊降溫措施，并在作業(yè)面100m范圍內(nèi)氣溫控制在28℃的條件下，并于初期支護噴射混凝土中摻入保濕劑及礦粉，二次混凝土中摻入礦粉、粉煤灰；對于巖溫介于50℃到60℃的異常地段，在施工期間洞內(nèi)采用冰塊降溫措施，并在作業(yè)面100m范圍內(nèi)氣溫控制在28℃的條件下，并于初期支護噴射混凝土中摻入保濕劑、礦粉及鋼纖維，二次混凝土中摻入礦粉、粉煤灰，并在初期支護和二襯之間鋪設(shè)5cm厚的硬質(zhì)聚氨酯泡沫板作為隔熱層。

3 提高高速公路隧道施工中地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)對工作質(zhì)量的措施

在騰瀘隧道施工中面臨的不良地質(zhì)風險較高，為了確保工程安全和順利進行，施工單位還需要提供一系列保障工作。一是要建立科學合理的施工組織方案，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)隧道工程的具體情況，制定詳細的施工計劃和工程進度表，合理安排施工隊伍和設(shè)備資源，確保施工過程有序進行，并加強施工單位和監(jiān)理單位之間的溝通協(xié)調(diào)，及時解決施工中的技術(shù)問題和管理難題，提高施工效率和質(zhì)量[5]；二是要建立健全的監(jiān)督管理體系，在施工過程中應(yīng)加強對施工現(xiàn)場的日常巡查和檢查，及時發(fā)現(xiàn)和糾正存在的安全隱患和質(zhì)量問題，并建立施工質(zhì)量評估機制，對施工過程進行全面評估和檢驗，確保施工質(zhì)量符合相關(guān)標準和要求，尤其是要注意加強對施工單位和施工人員的培訓和指導，提高他們的專業(yè)技能和責任意識，減少施工過程中的失誤和事故發(fā)生；三是要提升安全管理水平，施工單位應(yīng)建立健全的安全管理制度和應(yīng)急預(yù)案，明確責任分工和應(yīng)對措施，確保施工過程中安全措施的落實和有效性，加強對施工現(xiàn)場的安全監(jiān)測和技術(shù)支持，及時發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患，防止地質(zhì)災(zāi)害對施工造成的危害，還要加強安全教育和培訓，提高施工作業(yè)人員的安全意識和應(yīng)急處置能力，減少安全事故的發(fā)生[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，不良地質(zhì)災(zāi)害會給隧道施工帶來較大的風險和隱患，不僅會延誤工期，增加工程成本，還可能造成人員傷亡和設(shè)施損壞，嚴重影響隧道工程的安全性和可靠性。因此，需要施工單位提高重視，結(jié)合該隧道工程的實際情況，充分分析施工中可能會遇到的地質(zhì)災(zāi)害，以便可以采取科學的應(yīng)對措施，這對保障隧道工程施工的高質(zhì)量開展，也有著十分重要的現(xiàn)實意義。

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