深埋隧道工程主要灾害地质问题分析

张俊　匡秀建

摘要：本文分析了深埋隧道的主要地质灾害问题，并提出了相应的灾害防治对策，望为同类工程提供借鉴。

关键词：深埋隧道；灾害地质；岩爆；塌方；涌水

一、隧道地质灾害形成的因素

隧道地质灾害预防工作需要做好地质的勘测，确定防治的目标，优化防治方案，选择防治施工的方法，加强施工管理和监督，只有这样，才能控制好隧道地质灾害形成的因素，使隧道施工中的常见地质灾害问题减少发生的频率。

随着我国交通行业的飞速发展，隧道施工項目越来越多，施工技术得到了很大的进步。受长度和深度等多方面的影响，使隧道施工的地质环境越来越复杂，施工遇到地质灾害问题更多，还有很多不可预料的灾害，只有进一步提高施工技术，加强预测与防治措施，才能真正保证隧道的安全施工和顺利完成。

二、深埋隧道工程主要灾害地质问题

（一）岩爆

岩爆是高地应力区的地下工程在开挖过程中或开挖完毕后，围岩因开挖卸荷发生脆性破坏而导致储存于岩体中的弹性应变能突然释放且产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。其直接威胁人员、设备安全，影响工程进度，已成为地下工程世界性难题之一。近几十年来，国内外在岩爆预测方面作了大量的研究工作，提出了一系列的理论和方法，如失稳理论、强度理论、能量理论、断裂损伤理论和突变理论等；并采用了数值分析方法、模糊数学综合评判方法、分形几何法和人工神经网络法等。岩爆预测的目的是为岩爆防治提供可能发生的位置、烈度等信息。然而，由于岩爆预测问题的复杂性，到目前为止还没有哪一种理论或方法能准确地预测岩爆，满足工程建设的需求。

（二）软弱围岩塌方

1、地壳在构造运动的作用下，薄层岩体形成小褶曲，错动发育地段，隧道施工从此处通过，常发生塌方。

2、隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，承压快，围岩失稳而塌方。

3、通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起塌方。

4、隧道穿过浅埋或隧道进出口附近，围岩自稳能力差或受偏压影响，开挖中引起坍塌。

5、岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生塌方。

6、地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用，加剧岩体的失稳和塌方。

7、围岩比较差、断层或节理面呈楔型状态，构成不利组合，在内应力或地下水的作用下，产生突然塌方，这种塌方是最不易观察和发现的，也是比较危险的。

（三）涌水

涌水处理深埋长隧洞的涌水具有涌水量大、水头压力高、补给丰富的特点。隧道岩体的突水、涌水是影响施工进度和安全的一个重要因素，适时处理涌水对TBM施工是非常重要的。目前国内外对岩体裂隙涌水预测预报的研究有一定发展，但准确性有待进一步提高。

（四）其它地质灾害

对于深埋隧道，除了高地应力引起岩爆，软弱围岩塌方以及岩溶引起的涌水地质灾害外，在施工中还可能存在着由于隧道开挖卸荷引起的围岩局部或者拱形的变形破坏（衬砌开裂、塌方以及冒顶等），由于隧道内长期涌水或大量抽取地下水、隧道顶板冒落或者塌方引起的地面沉陷和塌陷，以及由于有害气体的存在引发的瓦斯爆炸等不良地质问题。

三、深埋隧道工程主要灾害地质问题的防治

（一）岩爆的防治措施

1、改善围岩体物理力学性质

在爆破后立即向掌子面及附近洞壁喷洒高压水或利用炮眼及锚杆孔向岩体深部注水，这是目前最常用且有效的措施。

2、应力解除

采用超前钻孔和纵向切槽等方法提前释放部分应力，减小岩爆发生的能量。

3、及时施作锚喷支护

工程实践表明，该方法在防治岩爆方面有一定成效。

4、采取“短进尺、弱爆破”，并严格控制炮眼利用率，可以降低岩爆的发生频率。

（二）塌方的防治措施

很多松散和破碎的围岩都会发生深埋隧道的塌方，一般情况下，要对围岩整体进行稳定性和强度的处理。施工中常见的处理方法有：超前长管棚和超前锚杆等措施，这些措施都可以使围岩进行稳定与强度的加固处理，使隧道塌方机率降低。而断面大隧道在开挖中，一定要对软弱围岩的部分采取逐步开挖的施工方法，这样既可以使围岩大大缩短暴露的时间，在开挖后，也可以立刻进行支护处理，使隧道围岩稳定性大大增加。

（三）突水与涌水的防治措施

深埋隧道施工出现的突水与涌水等地质灾害可以通过排、堵的措施，或者排堵结合使用的措施进行相应的处理。在对突水与涌水治理的同时，也要对施工工程附近暗河及溶洞的突水部位做好监测与预控。通过监测与预控实现对施工阶段地质的预报。监测与预控工作既要准确的分析出溶洞与暗河和隧道的交汇位置，在隧道施工出现突水与涌水后，对非岩溶深埋的隧道要进行排水导坑及钻孔疏干的治理措施。岩溶隧道和浅埋隧道的治理要以堵为主，在最大程度上阻止地下水位下降，防止地面出现塌陷及井泉干涸等现象，这些问题会直接破坏周围的生态环境。

施工中还可以使用先隔水层然后再进行含水层的开挖，可以有效防止发生突水的地质灾害，有时也可以使用超前引排和超前预注浆等施工方式，都可以有效减少突水的地质灾害程度。

（四）有害气体

通风是隧道施工中不可缺少的一部分，在隧道施工过程中会产生各种有害气体如CO，瓦斯等，所以必须源源不断地将外界空气输送到隧道内部的各个工作面，保证人员正常呼吸，稀释并排除有害气体和灰尘，保证隧道中的空气质量。而在高海拔、高寒区冻土隧道施工中，为了开挖的安全，保护冻土，又能在冬季进行混凝土工程作业，通风系统的功能除排烟降尘外，还必须具有控制施工环境的功能（即保证施工温度在-5～5℃之间）。目前，在国内外，隧道施工通风的自动控制水平还不够高，人们还要投入大量的人力物力去解决隧道施工通风问题。通风要保证两方面的施工要求：一是施工中有害物浓度的控制，二是温度符合施工要求。施工工作面的温度受初始条件、围岩温度、通风量、风流温度等影响，而人为可以改变的就是通风量和风流温度；在实际情况不变的条件下，施工工作面的有害物浓度的变化只受通风量的影响。

利用钻爆进行施工时，凿岩、爆破、装运石渣、喷射混凝土（特别是干喷）等作业及运输机械的开动，会产生大量的粉尘和有害气体，如CO和NO2等，煤系地层中的隧道，还存在瓦斯，致使洞内空气质量严重恶化。浑浊的空气不仅损伤施工人员的身体健康，降低工作效率，影响洞内照明，而且会因洞内缺氧，使内燃设备效率降低，废气排放量增多，使空气质量进一步恶化。因此，除长度不足300m的短隧道可以依靠自然通风外，所有隧道施工都必须进行人工通风。

结语

综上，深埋隧道施工中做好常见地质灾害的防治措施，可以采取地质勘察、确定防治目标及进行优化施工方案的选择等方法，加强隧道施工的地质监测和预防，对隧道施工常见的地质灾害问题如塌方、突水和岩爆等进行及时的预防和控制，通过科学的判断，有针对性的采取适当的措施做好防治处理措施。

参考文献

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