公路隧道施工中的地質災害及處理措施

中交隧道局第二工程有限公司

摘要：地質災害是指以地質力為主要原因引起的、造成人類生命財產損失的嚴重破壞現象。由于公路隧道在掘進活動等人類地質作用下改變了巖體的自然平衡狀態，當應力超過其強度時就會發生變形，就可能產生突水突泥、塌方等事故。本文重點對公路隧道施工中一些常見的地質災害和預控方法進行探討。

關鍵詞：公路隧道；巖爆；涌水；塌方

一、巖爆

（一）巖爆特點

巖爆是高地應力條件下地下工程洞室開挖過程中，因開挖卸荷而引發周邊脆性圍巖產生強烈的應力分異作用，儲存于圍巖中的彈性應變能突然釋放，且產生爆裂松脫、剝離、彈射甚至拋擲等破壞現象，是一種動力失穩地質災害。它直接威脅施工人員和機械設備的安全，影響工程進度，因此，對可能產生巖爆的地段應做好預測，確認會發生巖爆的地段應做好防治措施。

（二）防治措施

根據巖爆產生的條件（即圍巖應力必須超過圍巖強度，圍巖為堅硬的脆性巖石），對其防治應從改善圍巖應力條件和加固圍巖入手，主要措施有：

1、改善圍巖應力。合理布置隧道位置，使其軸線方向盡量與主應力方向平行，選用合理的洞形；通過鉆孔卸壓法、鉆孔水力破裂法（高壓注水法）、分部（層、次）開挖及在巖面噴灑水使巖體軟化等。

2、加固圍巖。包括對已開挖洞壁的加固和掌子面前方的超前加固，加固方法主要有錨噴、鋼絲網錨噴、鋼纖維噴混凝土、鋼支撐和錨桿錨固等。

3、防護措施。在臺車上安裝鋼絲保護網以確保工人安全。

（二）工程實例

某公路隧道主洞全長4176m，最大埋深760余m，處于深埋高地應力環境條件。施工過程中，隧道發生了近百次巖爆活動，但大多屬輕微、中等級別。根據此公路隧道的巖爆特征，針對巖爆不同級別采取不同的防治工程措施，概括說來，對圍巖的初期支護主要是采用噴射混凝土、錨固和掛網等工程措施。巖爆地段開挖后，必須及時進行掛網噴錨支護，以達到以柔克剛的目的；從另一角度講，當掛網噴錨支護作業完成后，即使再產生巖爆活動，也構成了第1道防線，不會因此而直接危及到施工人員和設備的安全。

二、涌水

隧道掘進過程中必然破壞含水或潛在含水圍巖，揭露部分地下導水通道，使地下水或與之有水力聯系的其它水體（地表水、地下暗河及溶洞等）突然涌入隧道，發生涌水突水災害。

隧道涌水是由于隧道的掘進破壞了含水層結構，使水動力條件和圍巖力學平衡狀態發生急劇改變，以致地下水體所儲存的能量以流體（有時有固體物質伴隨）高速運移形式瞬間釋放而產生的一種動力破壞現象，當涌水中有大量的固體物質（尤其是泥質物）時稱為隧道的突泥。隧道涌水突泥是否發生，需滿足一定的條件，即含水圍巖的能量儲存性能、釋放性能、水動力性能和圍巖穩定性能等。

隧道涌水可采用注漿堵水措施：注漿鉆孔過程中，遇涌水或巖層破碎造成卡鉆，應停止鉆進，進行注漿，掃孔后再行鉆進。注漿過程中，若壓力突然升高，應停止注漿，檢查后，再行注漿。注漿過程中，注意觀察止漿巖盤的變形情況，準備好加固措施。注漿后應對注漿效果評判，若預測開挖后不會發生突水、突泥等施工災害時，則進行開挖，否則進行超前補注漿。本階段設計注漿數量為根據地質資料、巖溶（或斷層）發育規律及有關設計參數的預計數量，注漿措施的實施應建立在充分的超前地質預測預報工作基礎上，根據實際探測的隧道巖溶、斷層的地質、地下水情況，對注漿堵水段落，注漿方式，注漿孔布置、注漿孔數量、長度、孔口管數量、注漿數量、材料等進行優化調整，以確保施工安全。

某隧道施工中某天下行線K256+262樁號處整個掌子面右上部一個鉆孔內噴出的水距掌子面達14～15m，流量達到32L/s，整個掌子面涌水達76L/s。由于水量和水壓都很大，威脅人身安全，施工被迫停止兩天。因為水量較大，有的地段在初期支護后，噴射砼表面仍出現大量滲水，滲漏水大多呈線狀，局部呈股狀。

從地質條件來考慮，水流富集部位受巖層層面或貫穿性節理面控制。A端開挖面前進方向為NE50°，隧道中巖層走向為NW5°～10°，隧道開挖中總是右側首先出現新的地層，而隧道中涌水也大多數出現在右側和頂部。在巖性變化時涌水量有一定變化。涌水的發生也與巖性有關，砂巖中一般是線狀流水，板巖中一般為多處同時滲水，灰巖中則一般為線狀或股狀水流。由于巖性界面往往是富水部位，因而在巖性發生變化的部位也是涌水易出現的位置。雖然初期支護已將大部分水流引走了，但是鑒于本工程隧道A端地下水豐富的特點，在涌水量較大的部位，特別初期支護滲水仍然嚴重的地方，在澆筑二次襯砌混凝土的時候需要考慮幾方面的要求：一方面由于噴射鋼纖維混凝土表面不可能是很平整的一個面，盡管在鋪設防水板時對凹陷處放松馳一些，但由于混凝土澆筑時是由一端向另一端澆筑，擔心防水板極可能被混凝土撕裂；另一方面擔心防水板被噴射鋼纖維混凝土外露的鋼纖維劃破；再則鋪設防水板的搭接頭處，由于是人工現場粘結，在初期支護滲水嚴重處，不能完全保證膠水遇水后其接頭粘結的牢靠性。因此，在涌水量大且初期支護滲水嚴重部位在原設計基礎上增設了一層防水層，從實施效果來看，取得了很好的防、排水效果。

三、塌方

工程地質條件變化是造成隧道塌方的主要原因。一般對隧道設計的地質勘探，僅有的幾個勘探鉆孔很難準確的掌握隧道巖體的巖性、斷裂構造和節理裂隙發育情況，巖石的類型雖易判斷清楚，但斷層節理發育情況卻千差萬別。因此在隧道施工中，局部地段地質構造變化、斷層破碎帶、軟弱夾層等工程地質條件變化，如果施工預防措施不當、不及時，極易造成隧道坍塌方事故。

在隧道施工過程中，應認真調查不良地質及水文地質條件，根據實際情況做好合理支護，選擇安全合理的施工方法，選擇可靠的開挖方法，嚴格控制好爆破，開挖時應盡量采用人工開挖或弱爆破。施工單位應制定健全的勞動操作規程，編制有針對性的和可操作性的施工組織設計和專項施工方案，落實“先排水、短開挖、弱爆破、強支護、勤量測”的施工原則，加強對圍巖的監控量測，發現征兆應高度重視，及時采取有力措施。

對松散、破碎圍巖體隧道的塌方，可采用提高圍巖的整體強度和自穩性的措施加以處理，如施工中常用的超前長管棚、超前錨桿及加固注漿、超前小導管注漿等施工措施預防隧道塌方。如杭州一金華一

衢州高速公路新嶺隧道采用長度為45m的0108mm×6mm超前長管棚+注漿預支護措施，避免了因公路淺埋隧道跨度大、結構受力復雜、施工難度大、圍巖松散破碎、自穩能力差的特點而易發生的塌方事故。對于開挖斷面較大的隧道，通過軟弱圍巖區域可采取分步開挖，為了減少圍巖的暴露時間，開挖后應立即支護，從而可提高隧道圍巖體的自穩性。南昆鐵路某2469m長的隧道在施工中多次發生嚴重的塌方事故，使隧道施工受阻7個多月，最終確定采用大管棚雙液深孔預注漿固結巖體，結合小管棚補強的微臺階大斷面開挖、全斷面襯砌的施工技術，順利通過塌方體。

四、巖溶

巖溶的主要形態有溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及鐘乳石等，是可溶性巖受水的化學和物理作用的結果。巖溶不良地質常常引起地基承載力不足、不均勻沉降、塌陷和涌水突泥等地質破壞。當隧道施工遇到巖溶危害時，可按巖溶對隧道不同的影響情況及施工條件，采取跨越、加固溶洞，引排、截流巖溶水，清除充填物或注漿對軟弱地基加固，回填夯實、封閉地表塌陷、疏排地表水等工程綜合治理措施。如某隧道在整個洞身開挖過程中，遇到了很多的小溶洞，間隔小到1至2米，大到20至30米，甚至于同一樁號洞身周圍有2至3個小溶洞，溶洞體積小則1到2方，大則15到17方，洞內有黃泥沙石填充物，并伴有少量流水。在施工過程中，首先將溶洞了填充物清除，在噴射混凝土過程中用C20混凝土填充并找平，對于較大的溶洞，先在其四周施做約1.2×1.2m間距的φ22藥卷錨桿，鎖住裂隙，然后加設鋼筋網以利于填充混凝土。在流水較大溶洞周圍加密環向排水盲管，以利于更好的將水引至縱向排水管，并最終由中心水溝排出隧道，方便日后二次襯砌施工