淺談公路隧道施工中主要的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題

摘要

道路施工中可能會(huì)面對(duì)許多復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，會(huì)對(duì)公路隧道的施工造成嚴(yán)重的影響。本文討論了在我國(guó)施工中常見(jiàn)的一些地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型和相應(yīng)的預(yù)防和處理措施與建議。

關(guān)鍵詞：公路隧道；施工；地質(zhì)災(zāi)害

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)道路交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，公路隧道建設(shè)逐漸步入了迅速發(fā)展時(shí)期。復(fù)雜地質(zhì)條件下，各種災(zāi)害性地質(zhì)所引發(fā)的施工安全事故時(shí)有發(fā)生，所以針對(duì)災(zāi)害性地質(zhì)隧道的施工研究十分重要。災(zāi)害性地質(zhì)包括滑坡、崩塌、斷層、巖溶、爆巖、軟土地質(zhì)等威脅隧道工程施工安全的災(zāi)害性地質(zhì)條件。這些特殊地質(zhì)條件為公路隧道的施工安全帶來(lái)了巨大的考驗(yàn)。本文主要分析了實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)象與特點(diǎn)，以便更好的應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害;此外還列舉了地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和處理方法，為公路隧道施工工作提供依據(jù)。

2 活動(dòng)斷層地質(zhì)對(duì)公路隧道施工的影響

2.1活動(dòng)斷層的影響

活動(dòng)斷層主要是目前還在活動(dòng)或斷續(xù)活動(dòng)的地質(zhì)斷層。活動(dòng)斷層會(huì)導(dǎo)致巖體出現(xiàn)各種破碎巖面，例如斷裂面及層間裂隙面等，使巖體發(fā)生破碎，滲透性增加，地表水和降水發(fā)生下滲。當(dāng)隧道需要穿越活動(dòng)斷層時(shí)，由于活動(dòng)斷層巖性松軟，隧道容易出現(xiàn)塌方以及不均勻沉降，引起隧道結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、漏水，洞口附近仰坡在雨季有滑坡、錯(cuò)落等危險(xiǎn)[1]。

2.2處理措施

隧道施工中經(jīng)過(guò)斷層無(wú)疑有很高的難度。主要來(lái)源于斷層的特點(diǎn)、斷裂帶的寬度、含水性以及斷層的活動(dòng)情況的組合關(guān)系。目前常見(jiàn)的施工手段是路線(xiàn)選擇上盡量規(guī)避活動(dòng)斷層，或利用深挖路塹穿越活動(dòng)斷層。利用地質(zhì)雷達(dá)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)斷層地質(zhì)破碎巖體詳細(xì)情況。開(kāi)挖前對(duì)圍巖進(jìn)行加固。開(kāi)挖后采用鋼架加噴射混凝土作為結(jié)構(gòu)支撐。按設(shè)計(jì)要求使用混凝土支護(hù)，提高混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)。

3炭質(zhì)板巖地質(zhì)對(duì)公路隧道施工的影響

3.1炭質(zhì)板巖地質(zhì)特點(diǎn)

(1)開(kāi)挖易坍塌

炭質(zhì)板巖地質(zhì)環(huán)境下，隧道爆破結(jié)束，隨著圍巖在外部暴露時(shí)間增多，開(kāi)挖面圍巖逐步出現(xiàn)脫落，最終發(fā)生坍塌，若遭遇圍巖裂隙水沖擊，坍塌情況會(huì)更加嚴(yán)重。

(2) 炭質(zhì)板巖遇水容易軟化

炭質(zhì)板巖遇水會(huì)出現(xiàn)膨脹崩解，軟化的現(xiàn)象。強(qiáng)度迅速降低，尤其在有水的層面施工時(shí)，開(kāi)挖完成后圍巖暴露持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起隧道頂部圍巖出現(xiàn)更大的松動(dòng)，發(fā)生嚴(yán)重的坍塌。

(3)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生開(kāi)裂破壞

當(dāng)變形量超過(guò)極限值后，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)表面會(huì)發(fā)生開(kāi)裂，隨著應(yīng)力的加劇，出現(xiàn)拱架結(jié)構(gòu)變形或彎曲，若無(wú)法即時(shí)采取加固措施，可能會(huì)引起整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，發(fā)生坍塌。

3.2處理措施建議

隧道施工前，采取提前支護(hù)準(zhǔn)備措施，一般使用超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)，保障拱部圍巖有足夠的支撐力，爆破完成后，防止圍巖掉塊，避免頂部圍巖松動(dòng)；采用爆破與臺(tái)階法結(jié)合施工，降低爆破對(duì)圍巖的影響，保障圍巖的承載力穩(wěn)定?，F(xiàn)場(chǎng)爆破工作要按照圍巖情況有計(jì)劃的進(jìn)行，確定裝藥量和位置；加快仰拱施工， 盡早保障整個(gè)斷面的封閉，強(qiáng)化初期支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力，變形嚴(yán)重的地段，可在仰拱設(shè)置鋼架，以加強(qiáng)支撐。

4 巖溶型地質(zhì)災(zāi)害

4.1巖溶對(duì)隧道施工的影響

當(dāng)隧道施工經(jīng)過(guò)可溶性巖層，部分溶洞處在隧道底部，充填物很深，隧道基底施工困難，部分溶洞巖質(zhì)穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)坍塌;有時(shí)遭遇大的暗河，巖溶泥砂可能夾水大量注入隧道，當(dāng)水不斷進(jìn)入坑道時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)地表開(kāi)裂，山體內(nèi)壓激增;部分溶洞、暗河錯(cuò)綜復(fù)雜，范圍大，施工工作難度很高。巖溶程度不一，連通性也有差異，施工時(shí)一旦出現(xiàn)巖溶涌入水和泥砂，將會(huì)掩埋坑道、損壞機(jī)具、影響施工等事故[3]。

4.2 整治措施

隧道施工中經(jīng)過(guò)巖溶地段時(shí)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)資料以及現(xiàn)場(chǎng)勘查情況，掌握溶洞的分布情況，巖層的穩(wěn)定性以及地下水流狀況，為施工方案的確定提供有效地質(zhì)信息。目前常利用引、堵、繞等措施。

(1)引排水

遇到暗河及溶洞水流時(shí)，首選引排的方法。在測(cè)定出水源流向與隧道地理位置關(guān)系后，采用暗管及涵洞等設(shè)施引導(dǎo)水流，將水排出隧道外。水流位置高于隧道高度時(shí)，應(yīng)開(kāi)鑿引水渠道，將水位先降低至隧道高度以下，再進(jìn)行引排。

(2)堵填

對(duì)已經(jīng)停止變化、跨徑小、水量低的溶洞，可通過(guò)其與隧道的位置情況，采用混凝土和干砌片石等進(jìn)行回填封閉，并基于地質(zhì)條件決定是否進(jìn)行邊墻基礎(chǔ)加深。

(3)繞

在巖溶區(qū)條件下施工時(shí)，若部分溶洞處理出現(xiàn)困難時(shí)，可合理選擇路線(xiàn)迂回繞過(guò)溶洞，繼續(xù)開(kāi)展隧道其它部分施工，以節(jié)省施工時(shí)間，加快工程進(jìn)度。

5 巖爆型災(zāi)害

5.1巖爆特點(diǎn)

巖爆出現(xiàn)在高地應(yīng)力環(huán)境中，地下工程開(kāi)挖過(guò)程里，由于開(kāi)挖而引起的周邊圍巖出現(xiàn)強(qiáng)烈的應(yīng)力作用，儲(chǔ)存在圍巖內(nèi)部的彈性應(yīng)變瞬間釋放，且發(fā)生爆裂、剝離破壞現(xiàn)象，屬于失穩(wěn)性地質(zhì)災(zāi)害[3-4]。它威脅著施工人力設(shè)備的安全，延誤工程進(jìn)度，所以對(duì)可能出現(xiàn)的巖爆環(huán)境做好勘查，有針對(duì)性的做好防治措施。

5.2防治措施

基于巖爆出現(xiàn)的環(huán)境，防治工作應(yīng)從強(qiáng)化圍巖應(yīng)力入手。合理設(shè)計(jì)隧道位置，保證軸線(xiàn)方向同主應(yīng)力平行;利用鉆孔卸壓法、分部開(kāi)挖手段并且在巖面噴水軟化巖體等方法；強(qiáng)化圍巖。包括加固開(kāi)挖洞壁與掌子面的超前加固，主要方法有錨噴、鋼纖維噴混凝土和錨桿錨固等。

6 黃土地質(zhì)對(duì)公路隧道施工的影響

6.1 黃土地層對(duì)施工的影響

黃土地質(zhì)有多變構(gòu)造，并有延續(xù)性。在隧道施工時(shí)，土體易于順著節(jié)理開(kāi)裂或剪斷。黃土地層若出現(xiàn)在坑道頂部會(huì)引發(fā)隧道塌頂，位于隧道側(cè)壁則容易發(fā)生側(cè)壁掉土，處理不及時(shí)，常會(huì)引起更嚴(yán)重的坍塌。經(jīng)水浸濕后，易于突然出現(xiàn)下沉，使施工中的圍巖喪失自穩(wěn)性。

6.2 黃土隧道施工中的防治措施

隧道施工經(jīng)過(guò)黃土地層時(shí)，首先要保障對(duì)黃土地層節(jié)理與分布情況充分的調(diào)研。黃土暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致圍巖風(fēng)化松弛，進(jìn)而引起塌方。施工中多采用復(fù)合式襯砌，及時(shí)設(shè)置拱架支撐等初期支護(hù)設(shè)施，快速構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的支護(hù)體系。在含水量較大的地質(zhì)條件下，要設(shè)計(jì)好排水方式，改善施工環(huán)境。在開(kāi)挖過(guò)程中多用短臺(tái)階施工法或分部施工法。

7 膨脹性圍巖地質(zhì)的影響

7.1 特點(diǎn)及危害形式

膨脹性圍巖地質(zhì)存在濕漲干縮以及往復(fù)變形的特性，干燥土質(zhì)條件下的膨脹性巖層，質(zhì)地較硬，易于脆裂，會(huì)出現(xiàn)明顯的開(kāi)裂隙，如果被水浸濕，裂隙將會(huì)回縮變窄甚至閉合，地質(zhì)強(qiáng)度顯著降低。軟質(zhì)地質(zhì)的膨脹性圍巖在斷裂褶皺的環(huán)境下，出現(xiàn)破碎帶，隧道施工中受風(fēng)化作用的影響，出現(xiàn)體積膨脹，產(chǎn)生膨脹壓力。所以在這種圍巖地質(zhì)條件下施工中，常遇到圍巖變形大，等不良現(xiàn)象。通常會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂、下沉、坍塌與破壞等危險(xiǎn)形式。

7.2 整治措施

開(kāi)挖前勘察圍巖特性與規(guī)模，借鑒其他的工程實(shí)例，認(rèn)真按照設(shè)計(jì)文件給予的技術(shù)要求進(jìn)行施工。還應(yīng)對(duì)施工中的情況進(jìn)行充分的檢測(cè)和及時(shí)調(diào)整，分析其地質(zhì)規(guī)律。研究地下水分布范圍和實(shí)際情況，掌握地下水對(duì)施工工作的影響，以便依據(jù)圍巖條件采取合理的施工方法。

總結(jié)

我國(guó)國(guó)土廣闊，公路隧道建設(shè)中遇到的特殊災(zāi)害性地質(zhì)環(huán)境也多種多樣。面對(duì)著多變復(fù)雜的施工環(huán)境，如何合理的應(yīng)對(duì)處理，關(guān)系到我國(guó)公路隧道建設(shè)水平，需要我們更多的研究和學(xué)習(xí)。

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