公路隧道施工中的地质灾害及处理措施

陈世樑

摘要：地质灾害是指以地质力为主要原因引起的、造成人类生命财产损失的严重破坏现象。由于公路隧道在掘进活动等人类地质作用下改变了岩体的自然平衡状态，当应力超过其强度时就会发生变形，就可能产生突水突泥、塌方等事故。本文重点对公路隧道施工中一些常见的地质灾害和预控方法进行探讨。

关键词：公路隧道；岩爆；涌水；塌方

中图分类号：F540.3 文献标识码：A

一、岩爆

（一）岩爆特点

岩爆是高地应力条件下地下工程洞室开挖过程中,因开挖卸荷而引发周边脆性围岩产生强烈的应力分异作用,储存于围岩中的弹性应变能突然释放,且产生爆裂松脱、剥离、弹射甚至抛掷等破坏现象,是一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员和机械设备的安全,影响工程进度,因此,对可能产生岩爆的地段应做好预测,确认会发生岩爆的地段应做好防治措施。

（二）防治措施

根据岩爆产生的条件(即围岩应力必须超过围岩强度,围岩为坚硬的脆性岩石),对其防治应从改善围岩应力条件和加固围岩入手,主要措施有:

1、改善围岩应力。合理布置隧道位置,使其轴线方向尽量与主应力方向平行,选用合理的洞形;通过钻孔卸压法、钻孔水力破裂法(高压注水法)、分部(层、次)开挖及在岩面喷洒水使岩体软化等。

2、加固围岩。包括对已开挖洞壁的加固和掌子面前方的超前加固,加固方法主要有锚喷、钢丝网锚喷、钢纤维喷混凝土、钢支撑和锚杆锚固等。

3、防护措施。在台车上安装钢丝保护网以确保工人安全。

（二）工程实例

某公路隧道主洞全长4176m,最大埋深760余m,处于深埋高地应力环境条件。施工过程中,隧道发生了近百次岩爆活动,但大多属轻微、中等级别。根据此公路隧道的岩爆特征,针对岩爆不同级别采取不同的防治工程措施,概括说来,对围岩的初期支护主要是采用喷射混凝土、锚固和挂网等工程措施。岩爆地段开挖后,必须及时进行挂网喷锚支护,以达到以柔克刚的目的;从另一角度讲,当挂网喷锚支护作业完成后,即使再产生岩爆活动,也构成了第1道防线,不会因此而直接危及到施工人员和设备的安全。

二、涌水

隧道掘进过程中必然破坏含水或潜在含水围岩，揭露部分地下导水通道，使地下水或与之有水力联系的其它水体（地表水、地下暗河及溶洞等）突然涌入隧道，发生涌水突水灾害。

隧道涌水是由于隧道的掘进破坏了含水层结构，使水动力条件和围岩力学平衡状态发生急剧改变，以致地下水体所储存的能量以流体（有时有固体物质伴随）高速运移形式瞬间释放而产生的一种动力破坏现象，当涌水中有大量的固体物质（尤其是泥质物）时称为隧道的突泥。隧道涌水突泥是否发生，需满足一定的条件，即含水围岩的能量储存性能、释放性能、水动力性能和围岩稳定性能等。

隧道涌水可采用注浆堵水措施：注浆钻孔过程中，遇涌水或岩层破碎造成卡钻，应停止钻进，进行注浆，扫孔后再行钻进。注浆过程中，若压力突然升高，应停止注浆，检查后，再行注浆。注浆过程中，注意观察止浆岩盘的变形情况，准备好加固措施。注浆后应对注浆效果评判，若预测开挖后不会发生突水、突泥等施工灾害时，则进行开挖，否则进行超前补注浆。本阶段设计注浆数量为根据地质资料、岩溶（或断层）发育规律及有关设计参数的预计数量，注浆措施的实施应建立在充分的超前地质预测预报工作基础上，根据实际探测的隧道岩溶、断层的地质、地下水情况，对注浆堵水段落，注浆方式，注浆孔布置、注浆孔数量、长度、孔口管数量、注浆数量、材料等进行优化调整，以确保施工安全。

某隧道施工中某天下行线K256+262桩号处整个掌子面右上部一个钻孔内喷出的水距掌子面达14～15m,流量达到32L/s,整个掌子面涌水达76L/s。由于水量和水压都很大,威胁人身安全,施工被迫停止两天。因为水量较大,有的地段在初期支护后,喷射砼表面仍出现大量渗水,渗漏水大多呈线状,局部呈股状。

从地质条件来考虑,水流富集部位受岩层层面或贯穿性节理面控制。A端开挖面前进方向为NE50°,隧道中岩层走向为NW5°～10°,隧道开挖中总是右侧首先出现新的地层,而隧道中涌水也大多数出现在右侧和顶部。在岩性变化时涌水量有一定变化。涌水的发生也与岩性有关,砂岩中一般是线状流水,板岩中一般为多处同时渗水,灰岩中则一般为线状或股状水流。由于岩性界面往往是富水部位,因而在岩性发生变化的部位也是涌水易出现的位置。虽然初期支护已将大部分水流引走了,但是鉴于本工程隧道A端地下水丰富的特点,在涌水量较大的部位,特别初期支护渗水仍然严重的地方,在浇筑二次衬砌混凝土的时候需要考虑几方面的要求:一方面由于喷射钢纤维混凝土表面不可能是很平整的一个面,尽管在铺设防水板时对凹陷处放松驰一些,但由于混凝土浇筑时是由一端向另一端浇筑,担心防水板极可能被混凝土撕裂;另一方面担心防水板被喷射钢纤维混凝土外露的钢纤维划破;再则铺设防水板的搭接头处,由于是人工现场粘结,在初期支护渗水严重处,不能完全保证胶水遇水后其接头粘结的牢靠性。因此,在涌水量大且初期支护渗水严重部位在原设计基础上增设了一层防水层,从实施效果来看,取得了很好的防、排水效果。

三、塌方

工程地质条件变化是造成隧道塌方的主要原因。一般对隧道设计的地质勘探，仅有的几个勘探钻孔很难准确的掌握隧道岩体的岩性、断裂构造和节理裂隙发育情况，岩石的类型虽易判断清楚，但断层节理发育情况却千差万别。因此在隧道施工中，局部地段地质构造变化、断层破碎带、软弱夹层等工程地质条件变化，如果施工预防措施不当、不及时，极易造成隧道坍塌方事故。

在隧道施工过程中，应认真调查不良地质及水文地质条件，根据实际情况做好合理支护，选择安全合理的施工方法，选择可靠的开挖方法，严格控制好爆破，开挖时应尽量采用人工开挖或弱爆破。施工单位应制定健全的劳动操作规程，编制有针对性的和可操作性的施工组织设计和专项施工方案，落实“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、勤量测”的施工原则，加强对围岩的监控量测，发现征兆应高度重视，及时采取有力措施。

对松散、破碎围岩体隧道的塌方，可采用提高围岩的整体强度和自稳性的措施加以处理，如施工中常用的超前长管棚、超前锚杆及加固注浆、超前小导管注浆等施工措施预防隧道塌方。如杭州一金华一

衢州高速公路新岭隧道采用长度为45m的0108mm×6mm超前长管棚+注浆预支护措施，避免了因公路浅埋隧道跨度大、结构受力复杂、施工难度大、围岩松散破碎、自稳能力差的特点而易发生的塌方事故。对于开挖断面较大的隧道，通过软弱围岩区域可采取分步开挖，为了减少围岩的暴露时间，开挖后应立即支护，从而可提高隧道围岩体的自稳性。南昆铁路某2469m长的隧道在施工中多次发生严重的塌方事故，使隧道施工受阻7个多月，最终确定采用大管棚双液深孔预注浆固结岩体，结合小管棚补强的微台阶大断面开挖、全断面衬砌的施工技术，顺利通过塌方体。

四、岩溶

岩溶的主要形态有溶洞、溶沟、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及钟乳石等，是可溶性岩受水的化学和物理作用的结果。岩溶不良地质常常引起地基承载力不足、不均匀沉降、塌陷和涌水突泥等地质破坏。当隧道施工遇到岩溶危害时，可按岩溶对隧道不同的影响情况及施工条件，采取跨越、加固溶洞，引排、截流岩溶水，清除充填物或注浆对软弱地基加固，回填夯实、封闭地表塌陷、疏排地表水等工程综合治理措施。如某隧道在整个洞身开挖过程中，遇到了很多的小溶洞，间隔小到1至2米，大到20至30米，甚至于同一桩号洞身周围有2至3个小溶洞，溶洞体积小则1到2方，大则15到17方，洞内有黄泥沙石填充物,并伴有少量流水。在施工过程中，首先将溶洞了填充物清除，在喷射混凝土过程中用C20混凝土填充并找平，对于较大的溶洞，先在其四周施做约1.2×1.2m间距的φ22药卷锚杆，锁住裂隙，然后加设钢筋网以利于填充混凝土。在流水较大溶洞周围加密环向排水盲管，以利于更好的将水引至纵向排水管，并最终由中心水沟排出隧道，方便日后二次衬砌施工

五、流砂

流砂地层的特点：结构松散，稳定性差，施工中极易发生坍塌。隧道通过流砂地段,在开挖、支护和衬砌过程中都可能发生大量坍塌，坑道受压变形，破坏衬砌结构，严重影响施工进度、安全和质量，因此，施工中必须做好地质调查与预报工作，做到先排水、短开挖、强支护，快衬砌、勤检查的防治措施。施工方法是：先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭的办法。隧道开挖前，采用超前小导管预注浆法，使松散地层固结为整体，然后进行开挖和衬砌施工。

某隧道进口端右线上台阶开挖至YK197+441，出渣完成后不久，正准备进行初期支护时，掌子面左拱腰处出现涌水、不断掉块现象，迅速发展成为坍塌。该段地质资料显示，围岩为强-弱风化花岗闪长岩，节理裂隙极发育，表层覆盖第四系残坡积亚粘土，设计按Ⅳ级围岩支护。实际左侧为松散砂层，右侧为弱风化花岗闪长岩，地下裂隙水比较丰富，左侧松散砂层遇地下涌水后形成流沙层，迅速失稳、坍塌，是造成拱顶坍塌的主要原因之一。

塌方发生后，业主、设计代表、监理及施工人员及时对现场进行了勘察，摸清了现场情况并研究探讨。处理方案主要有两方面的内容，一是对洞内掌子面加固处理；二是对空洞进行回填注浆处理。经过一系列的加固措施，隧道流沙层塌方得到了有效的控制，特别是通过钢管向岩层注浆施工，提高了岩层的粘聚力和岩层的内摩擦角，使隧道地质围岩稳定，对接下来的继续开挖施工增加了安全的系数。在后续开挖施工中，采用了三台阶开挖法施工，即“短开挖，早支护”。目前，该段的明洞和二次衬砌已经完成，结构已经最终稳定。

结束语

隧道地质灾害是在岩性变化条件下（这是内因）地下水和应力变化共同作用下，加之施工因素影响才发生的。因此在隧道工程中要在对这些影响因素进行详细分析的基础上对塌方、涌水、变形进行预测和治理，做到有的放矢。

参考文献

[1]李荣华.浅谈公路隧道施工中的地质灾害及措施[J].城市建设理论研究（电子版）,2012年14期.

[2]周小飞,武科,马明月.浅谈公路岩溶隧道施工技术管理[J]. 地下空间与工程学报, 2010年3期.