論特殊地質(zhì)公路隧道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

王戊申

（山西呂梁建設(shè)有限公司，山西 呂梁 033000）

1 巖溶區(qū)隧道設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)

隧道穿越巖溶區(qū)，溶洞給隧道施工會(huì)帶來一定的困難，因此在設(shè)計(jì)和施工中要認(rèn)真對(duì)待。

在勘查時(shí)，對(duì)隧道附近區(qū)域需做詳盡的調(diào)查，盡可能在設(shè)計(jì)中使路線避繞巖溶地區(qū)。當(dāng)隧道必須通過巖溶地區(qū)時(shí)，要查明巖溶的分布特征充填情況及穩(wěn)定性洞穴與地質(zhì)的構(gòu)造關(guān)系、控制發(fā)育的最低侵蝕基準(zhǔn)面、地表水流與地下水流的相互關(guān)系、地下水的特性及活動(dòng)情況等。在工程地質(zhì)中，尤其應(yīng)注意洞穴和裂縫的充填性質(zhì)，因?yàn)樗难h(huán)條件和巖溶體的發(fā)育決定于充填的性質(zhì)和充填的成分。

穿越溶洞區(qū)應(yīng)按具體情況以“避、引、堵、越、繞”的方法處理。

避是指設(shè)計(jì)中對(duì)那些穿越困難，工程量過大的溶洞區(qū)，應(yīng)當(dāng)避開，不能避開時(shí)，應(yīng)以盡量大的交叉角度（不小于45°，最好90°）穿越。

引是指引流溶洞水，地下水給施工造成困難，溶洞水大量涌入坑道，會(huì)給施工帶來危害。引離溶洞水時(shí)，要注意巖溶地區(qū)生活、生產(chǎn)用水不能受到影響，因此要做好調(diào)查、做好妥善安排。對(duì)于有長(zhǎng)期補(bǔ)給來源的地下水，不應(yīng)破壞其循環(huán)規(guī)律，應(yīng)根據(jù)水量大小設(shè)置排水工程，將水引入地下水流的出水通路。

堵是指對(duì)于停止發(fā)育、無水的小溶洞、根據(jù)其位置及充填情況，用漿砌片石、干砌片石等堵塞封閉，必要時(shí)需壓漿或用混凝土填實(shí)。

越是指對(duì)于不宜做堵塞處理的大溶洞，或者因溶洞的充填物松軟，不宜在充填物上做道路路基，或線路穿越溶洞中的暗河時(shí)，則需修建橋梁等工程跨越。

繞是指處理費(fèi)工費(fèi)時(shí)的情況下，用迂回導(dǎo)坑繞過溶洞，可使處理溶洞工程與前方隧道工程平行作業(yè)，不至于延誤工期。

2 遇流砂時(shí)的一般施工方法

流砂時(shí)某些圍巖在飽水條件下產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，砂、黏土質(zhì)砂、亞砂土都能形成流砂，此外，亞砂土和淤泥也能呈流動(dòng)狀態(tài)。

砂土在飽水條件下，當(dāng)?shù)叵滤鲃?dòng)，而砂礫受到等于或超過顆粒浸水重量的動(dòng)水壓力時(shí)，顆粒將處于懸浮狀態(tài)，這就形成流砂。在砂礫很細(xì)而飽水條件下，地下水不是簡(jiǎn)單地充填在顆粒間，而是黏在顆粒表面，此時(shí)，土體成為類似膠體而具有觸變性質(zhì)，在爆破、震動(dòng)等某種運(yùn)動(dòng)作用下，土體也會(huì)處于流動(dòng)狀態(tài)。可見，由于動(dòng)水壓力或動(dòng)力作用，上述圍巖在一定條件下，會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)現(xiàn)象。

開挖坑道遇到流砂，會(huì)造成危害，給施工帶來困難，流砂涌入坑道后，圍巖中產(chǎn)生空穴、坍塌，嚴(yán)重時(shí)會(huì)迫使路線改線，因此對(duì)流砂應(yīng)認(rèn)真對(duì)待，及時(shí)處理。

首先應(yīng)制止水夾泥沙涌入坑道，施工需用“先護(hù)后挖、密閉支撐、邊挖邊封”的方法，必要時(shí)可采用雙層插班支撐，兩層板間作漏水層（如塞麻袋），避免流水過多帶起泥沙而造成塌方。

隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)采用有昂拱的封閉式襯砌，地下水不能經(jīng)隧道排走，以免流失帶走泥沙導(dǎo)致塌方，施工中除用小斷面、工序緊跟、密封支撐外，還應(yīng)注意留有足夠的預(yù)留沉落量，并隨時(shí)注意觀察、測(cè)量實(shí)際沉落情況。

此外，還可用降低地下水位法、硅化法、凍結(jié)法、壓氣法等特殊施工方法，這些方法在遇到特大流砂時(shí)常被采用。但目前常用于水底隧道、地下鐵道、礦山等施工時(shí)遇到流砂的情況，山嶺道路隧道應(yīng)用不多。

3 瓦斯隧道施工

山西省是煤炭大省，煤的儲(chǔ)量廣泛分布在全省各地，而這里指的瓦斯是從礦山引用的名詞，它廣泛指坑道中的有害氣體，其成分以沼氣（甲烷CH4）為主，含量可達(dá)99.9%，其他還有二氧化碳、氮?dú)狻⒍趸颉⑽⒘繗錃狻⒁彝椤⒘蚧瘹洹⒁谎趸嫉取?/p>

坑道穿越含瓦斯煤層，或穿越附近的破碎、節(jié)理發(fā)育的圍巖時(shí)，有可能遇到瓦斯。瓦斯含量在5%～16%時(shí)遇火能引起瓦斯爆炸，因此在施工中必須十分重視。

首先要盡可能的查清瓦斯?fàn)顟B(tài)，對(duì)于3級(jí)的超級(jí)瓦斯區(qū)，隧道宜繞避。瓦斯的分級(jí)可參考煤礦資料。

施工必須切實(shí)執(zhí)行通風(fēng)、瓦斯檢查、防火防爆等措施。嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)程。坑道內(nèi)瓦斯允許含量見表1。

表1 坑道內(nèi)瓦斯允許含量

設(shè)專人檢查瓦斯含量，定時(shí)檢測(cè)。照明、開關(guān)、線路、機(jī)電設(shè)備等都必須有防爆裝置。嚴(yán)禁一切火種、引燃物品、手電筒等帶入坑道內(nèi)施工現(xiàn)場(chǎng)，防止爆破火焰，只允許采用瞬發(fā)電雷管、安全炸藥及密封炮眼，瓦斯?jié)舛瘸^1%不準(zhǔn)裝藥放炮。要切實(shí)采取防止瓦斯突出的措施，如打超前鉆孔降低瓦斯壓力等，施工要制定周密的施工計(jì)劃。瓦斯突出前有一定征兆，施工中應(yīng)注意觀察。其突出前的征兆有：①煤質(zhì)變軟、松散宜碎、鉆眼時(shí)宜感到層理紊亂、表面失去光澤或變亮、煤面冰冷、強(qiáng)烈鼓出及自動(dòng)剝落、有發(fā)達(dá)的裂痕、有時(shí)還放出煤塵。②瓦斯壓力增大，支撐受力增大而明顯變形、發(fā)出聲響，工作面有移動(dòng)之感，坑道內(nèi)瓦斯?jié)舛燃痹龌蚝龃蠛鲂。┕と藛T感到頭昏。③有臭味、酸味或酒味。

這些征兆有的是提前出現(xiàn)，有的臨近突發(fā)才出現(xiàn)，也并非所有突出都有征兆，也有突發(fā)發(fā)生的突發(fā)現(xiàn)象。

為了保證隧道建成后瓦斯不滲入隧道內(nèi)，處理時(shí)應(yīng)按封閉與排放結(jié)合的原則。襯砌宜用帶昂拱有防瓦斯層的封閉式襯砌，襯砌背后修筑排放瓦斯通道，施工通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)按瓦斯隧道通風(fēng)要求校核通風(fēng)量。

4 結(jié)束語

由于山西地形比較復(fù)雜，既有山地高原，又有丘陵盆地。總觀全貌，兩側(cè)為高山隆起，中部為多字形斷陷盆地。地和中部裂陷盆地。山西地處高原，受自然侵蝕切割劇烈，各個(gè)時(shí)代的各種地質(zhì)體、構(gòu)造形跡等均裸露于地表，成為地質(zhì)觀察研究的理想場(chǎng)所。

山西境內(nèi)地層發(fā)育較全，除奧陶系上統(tǒng)、志留系、泥盆系、石炭系下統(tǒng)和中統(tǒng)缺失外，其余時(shí)代的地層都有分布，尤其是前寒武系和上古生界地層在中國(guó)北方具有一定的代表性。

巖漿巖類型多，分布較廣泛，以侵入巖為主，特別是中生代侵入巖反映出多期次的特點(diǎn)，與山西許多內(nèi)生礦產(chǎn)的形成有關(guān)。

山西省礦產(chǎn)豐富，素以“煤鐵之鄉(xiāng)”著稱。除煤、鐵資源外，銅、鋁、黏土、黃鐵礦、石膏、石灰?guī)r等礦產(chǎn)也馳名中外。豐富的礦產(chǎn)為工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，已成為我國(guó)的能源，重化工基地。但由于地下資源尤其是煤炭大量開采和工業(yè)建設(shè)發(fā)展過程中，由于缺乏管理和保護(hù)措施，環(huán)境地質(zhì)條件惡化現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這就給山西的高速公路的發(fā)展尤其是隧道的設(shè)計(jì)和施工帶來不少難題，值得進(jìn)一步去探討，希望引起同行的足夠重視。