關于公路隧道線形設計與特殊地質條件下施工問題的探討

付小雷

【摘 要】我國公路建設的發展非常迅速，公路隧道建設比重日益增加，本文從公路隧道線形設計和特殊地質條件下隧道施工問題兩個方面進行探討，從行車安全的角度提出了隧道線形設計中應注意的問題；在施工方面針對特殊地質條件下隧道施工中遇到的相關問題， 提出了針對性的意見和策略。

【關鍵詞】公路；隧道；設計；施工

一、引言

我國公路建設的發展非常迅速，公路逐步從平原微丘區向山嶺重丘區延伸，為適應地形、地質條件，不可避免的出現長大隧道或隧道群，在隧道建設中，存在需進一步研究或探討的問題。如復雜山區隧道線形設計、隧道防排水設計、特殊地質條件下隧道施工等。特殊地質條件下公路隧道施工遇到的主要問題是松散地層處理、斷層及節理裂隙發育段、軟弱不利結構面、巖爆（輕微）、涌突水（少量）、洞內塌方處理等突出問題。這些問題給隧道的設計施工帶來了嚴重困難。

二、隧道的平面線形設計

對公路隧道的平面線形而言，一般公路隧道線形優先選擇以直線為主，但山區高速公路由于受地形、地質條件的限制，隧道內設置平曲線往往不可避免?？紤]到司乘人員在隧道內的墻效應，行車視距相對于隧道洞外受到了較大的限制。隧道內的路面扭曲嚴重，隧道內行車視距較差，行車安全難以得到保證。建議在隧道線路設計時，盡量采用路面超高不大于4%～5%的曲線半徑。同時考慮到隧道施工的簡便，快捷，隧道內平曲線半徑應保證隧道路面不加寬。對于高等級公路而言，為保證隧道內滿足行車視距要求，以及路面超高的變化，中短隧道內應盡量避免設置S型反向曲線；長大隧道必須設置S型反向曲線時，其反向曲線間必須按標準設置一段緩和曲線或直線段。公路隧道內的平曲線長度除緩和曲線外，圓曲線部分的長度不應小于3秒行程的要求，當隧道內的路線轉角等于或小于7度時，應設置較長的平曲線，其長度應大于《公路路線設計規范》中規定的一般值，汽車在曲線上行駛，若曲線長度很短，則方向盤操作必須很快，離心加速度急劇變化，行車安全難于保證：在交角很小的情況下，即使半徑很大，駕駛員也感到曲線很短，使方向盤操作失誤，同時小偏角、大半徑的曲線，容易使駕駛人員產生直線錯覺，出現行車事故。高速公路隧道往往采用上下行分離式的隧道，在平面線形設計時，應盡量減小左右線之間的間距，并減少隧道洞外分離路基的長度（盡早合并），以保證行車安全

三、特殊地質條件下隧道施工問題及處理措施

3.1 松散地層處理

松散地層的特點是：結構松散，穩定性差，若有地下水時則更甚。在施工中極易發生坍塌。處理方法如下：

（1）爆破前，根據圍巖級別進行超前支護。

（2）可采用超前管棚法進行超前支護。管棚由鋼管和鋼格柵構成，管棚鋼管外徑為89mm，壁厚6mm，鋼管中心間距為管徑的2～3倍，每節鋼管長度為4～6m，接頭采用厚壁管箍，絲扣長度不小于150mm，且相鄰兩管棚接頭錯開，縱向兩組管棚之間塔接長度大于2m

（3）對于空隙較大的松散地層，可用超前小導管注漿法通過。鋼管選用直徑42mm的熱扎鋼管，長度4.5m，前端做成尖楔狀，管壁每隔10～20cm交錯鉆眼，眼孔直徑6～8mm，縱向兩組小導管間搭接長度不小于100cm，小導管環向間距200～500mm，將鋼管頂入后，再對圍巖空隙注漿，使松散體固結。

（4）遵循“短進尺、弱爆破、少擾動、及時支護”的原則采用分部法施工，及時進行支護。

3.2 斷層處理

根據隧道段穿過斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層本身的活動性以及隧道軸線和斷層構造線方向的組合關系，結合施工過程中對圍巖的破壞程度、工序銜接的快慢、施工技術措施等制定。處理方法如下：

（1）施工前在長期地質預報的基礎上，對特殊地質條件洞段進行詳細的短期地質預報，并提前利用鉆探法詳細勘探所遇斷層帶的所有情況，包括破碎帶的寬度、填充物、地下水以及隧道軸線與斷層構造線的關系，做出正確的支護方案，配備足夠的支護材料。

（2）當斷層規模不大、滲水量不大的情況下，采用超前錨桿或超前小導管注漿等超前支護的方法。

（3）當斷層規模較大，開挖前先進行超前固結灌漿，再結合超前小導管超前支護措施進行處理。

（4）遵循“短進尺、弱爆破、少擾動、及時支護”的原則采用分部法施工，及時進行支護，必要時完成復合襯砌，確保圍巖穩定。

3.3 涌突水

地下水的處理主要在勘探預測。在長期監測預報的基礎上，進行短期超前勘探預報，查明地下水的規模及性質。

（1）超前地質預報探測涌突水的可能性

根據地勘報告提供的可能發生涌突水的段落，超過50～80m，采用TSP對前方的地質情況進行初查，當預報前方有異常可能發生涌突水（泥）時，在隧道接近懷疑地點15～30m，采用瞬變電磁儀法詳查前方含水情況，開挖接近懷疑地點10～20m時，采用超前鉆孔精查，鉆孔5～6個，探明前方地質情況和涌水量的大小，以便采取相應處治措施。

（2）處治預案

①全斷面深孔預注漿：當隧道厚度較大的斷層破碎帶，地下水豐富，可能產生突泥、突水的段落，且超前探孔中任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔總流量>10m3/h時，進行全斷面深孔預注漿，堵水并加固地層。

②深孔周邊預注漿：當含水層和隔水層的接觸帶、厚度較小或巖質較好的斷層破碎帶及大的溶縫，任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔總流量<10m3/h，地下水較大，但圍巖穩定性較好，掌子面不會發生涌出坍塌的情況時，進行深孔周邊預注漿，堵水并加固地層。

③開挖后周邊注漿：當巖體節理裂隙發育，洞室開挖后地下水呈大面積滲水或淋水狀，圍巖穩定性較好，任一探水孔出水量Q<2m3/h時，采用開挖后周邊注漿堵水。

3.4 洞內塌方

隧道施工中一旦發生較大塌方，按以下原則處理：

（1）塌方調查：處理塌方之前，應詳細調查塌方范圍、形狀、塌穴的地質構造，查明誘發的原因和類型，據此制定處理方案。

（2）加固未塌方部分，控制病害惡化，阻止塌方繼續擴展。

（3）塌方處理

①當塌方規模小時，應先加固塌方體兩端洞身，并盡快噴射混凝土，或錨噴混凝土，或鋼架錨噴混凝土聯合支護，封閉洞穴頂部和周部，然后進行清渣拆除臨時支撐。

②當塌方規模較大時，洞室被全部堵塞，應采用先護后挖的方法，在查清塌穴的情況下，用管棚和注漿法固結坍塌的圍巖，侍其穩定后，按先上部后下部次序清除坍渣，或用全斷面按“短進尺、弱爆破、早封閉”的原則開挖坍渣，從其“穿”過去。

四、結束語

公路隧道平面線形設計要滿足各項規范要求， 更應重點從行車安全的角度， 使設計更加合理，隧道結構形式應根據地形、地質條件， 結合線形布設合理選擇。特殊地質條件洞段主要是指洞口段落石、松散地層、斷層及節理裂隙發育段、軟弱不利結構面、巖爆（輕微）、涌水（少量）等。主要的原則是：“重地質、超前支護、嚴注漿、短進尺、弱爆破、少擾動、強支護、快封閉、勤監測、速反饋”。采取靈活機動的、能夠維護圍巖穩定的開挖方式施工。施工中嚴格按照設計的規范和要求進行，加強施工中新技術應用和對復雜地質條件下的施工管理，確保工程的質量和進度。

參考文獻：

[1]《公路路線設計規范》（JTG D20— 2006）.

[2]《公路隧道設計規范》（JTG D70— 2004）.