淺議隧道工程基礎地質工作的重要性

吳 勇

（中國水電建設集團第十五工程局有限公司，陜西西安 710065）

淺議隧道工程基礎地質工作的重要性

吳 勇

（中國水電建設集團第十五工程局有限公司，陜西西安 710065）

從隧道基礎地質工作內容出發，結合典型案例說明基礎地質工作對隧道施工安全、質量管理的重大意義。

隧道地質；超前地質預報；圍巖分級

1　不良地質條件對隧道工程的影響

通過長期隧道施工實踐，結合我國不同地區主要地層中經常遇到的不良地質體來分析，主要引發地質災害的不良地質類型包括：斷層及破碎帶；節理裂隙集中發育；巖溶地下水及其填充物；軟巖及軟硬巖夾層；含煤及下步油氣地層；褶皺構造等。極端惡劣地質條件一般在隧道選線、勘查、設計等階段會考慮規避，但個別隧道又難免會遇到，特別是西南及川西等地區。隧道施工過程中大部分總會遇到不良地質體，如果施工項目部沒有予以足夠重視，極大可能給隧道施工帶來困難，甚至引發重大安全、質量事故，造成不可彌補的損失。本文通過幾個典型隧道施工過程中遇到地質條件變化的情況采取不同應對措施，導致不同結果來說明施工項目部加強地質工作的重要性。

案例1成洛大道（東延線）項目位于龍泉山北麓，為分離式雙洞結構，圍巖級別為Ⅳ級和V級。因本隧道穿越龍泉山箱形背斜，屬油氣構造。依據施工設計圖說明以及對現場的實際調查結果，洛帶古鎮隧道于左線ZK2+271.654和右線K2+ 303.534下穿蘭成渝輸油管線，管道與左右線隧道交角分別約44°和61°，凈巖柱距離27～34 m（垂距），洞頂覆蓋層自上到下依次為崩坡積粉質粘土（厚約20～22 m）、強風化泥巖夾砂巖（厚約3 m）、弱風化泥巖夾砂巖（厚約7～10 m）；該段管道材質為X52鋼，直徑323.9 mm，壁厚7.1 mm，埋深0.8～1.6 m，輸油壓力8～10 MPa。根據設計圖紙，左洞ZK2+170～ZK2+320、右洞K2+207～K2+340段隧道采用非爆破開挖，嚴禁鉆爆施工；左洞ZK2 +320～ZK2+360、右洞K2+340～K2+407段隧道采用控制爆破開挖，其左右洞鉆爆施工時最大一段裝藥量分別不得大于6 kg和10 kg。如果完全按照設計圖紙施工，施工難度大，進度慢。

通過現場對地質條件的確認和分析，該段地質屬于砂巖中風化（J3p），灰黑灰綠色，肉紅色，泥質膠結，中厚層狀，中風化帶巖體相對完整，屬Ⅳ級軟石。通過地質工作，前期利用爆破振動速度測試，對此段隧道調整爆破施工工藝。同時減小進尺及提高支護頻率，加強隧道洞身拱頂下沉、周邊位移、輸油管線的沉降變形監測。最后既加快工期又確保施工此段隧道時輸油管道的安全。

案例2同樣該隧道，出口工區施工到K4+032處，根據掌子面開挖揭示情況，該段隧道拱部范圍主要為中風化泥巖夾砂巖，巖體較破碎，節理裂隙發育，巖層層間結合力差，巖體整體穩定性較差、自承能力低。根據四方施工現場會議紀要、K4+032掌子面施工情況，采取了針對性措施：K4+030～K4+010段隧道拱部超前支護措施由Φ25砂漿錨桿變更為Φ42超前注漿小導管，隧道初期支護、二次襯砌等按施工圖設計辦理，施工至K4+010后視現場實際情況再行確定施工方案。嚴格控制隧道爆破裝藥量及光面爆破參數，優化施工工藝，減少對圍巖的擾動及超欠挖量，加強洞內監控量測工作，施工中做好地質素描及核查工作，如地質條件有變，須及時通知參建各方以便及時調整施工方案，確保施工安全。

案例3渝懷鐵路圓梁山隧道9·10災害，該隧道在2002年9月10日時候發生重大涌泥事故，圓梁山隧道全長11.068 km，是渝懷線上最長的隧道。從構造地質來看，隧道穿越毛壩向斜、桐麻嶺背斜和冷水河淺埋段，穿過三疊系、二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系和寒武系等多種地層。設計階段預測水壓力為4.42～4.6 MPa，全隧正常涌水量98 000 m3／d，最大涌水量145 000 m3／d。

前期的地質工作揭示可能存在不良地質體，但是預報的工作頻率遠遠不夠，沒有在構造地質惡劣的情況下降低預報深度，提高預報頻率的措施。同時超前鉆孔也沒有增加其搭接長度，還是和原來預報方式一樣，搭接長度沒超過5 m。結果下午14∶30掌子面突然爆開，隨之，大規模硬塑～可塑狀粘土噴出，約30 s時間，涌泥向外噴出244 m，從而塞滿下導坑4 200 m3空間，導致9名施工人員遇難。

可以很清楚看到毛壩向斜形成盆狀儲水構造，這個在勘查、設計過程中肯定是不會回避的，但最后還是發生事故，主要是對于地質基礎工作的忽略和預判，沒有及時采取有效措施，隧道施工到該段時候，對于構造地質的危險因素沒有足夠的認識，雖然各種工作正常開展，可是沒有特別調整，預報頻次沒有跟上，超前鉆孔搭接長度沒有增加，施工工藝沒有調整，這些足以給我們施工主體思考和總結。

案例4都汶高速公路董家山隧道。雙洞結構，長度4 111 m。該隧道多次通過煤層，但煤層都很薄，瓦斯壓力0.172～0.67 MPa，勘測資料認定為低瓦斯隧道，因此施工中允許使用非防爆設備，采用汽車進洞出碴、進料。2005年12月上旬，隧道右洞進口掌子面發生坍方。由于該處位于背斜核部、裂隙發育、裂隙中含有煤層瓦斯，坍方又促使瓦斯大量涌出。12月22日，襯砌臺車上的不防爆插座打火，引起瓦斯爆炸。

通過示意圖我們可以清楚掌子面的地質構造為背斜，前面我們舉的例子為背斜，雖然事故表現形式不同，但引發事故原因卻是基本一致的，就是地質構造變化，施工過程中相關措施及施工工藝等調整步驟沒有跟上。現在重新分析董家山隧道事故，掌子面遇到背斜的時候，基礎地質工作沒有跟上，沒能就施工工藝及時調整，支護能力沒有跟上，造成前期塌方，另外背斜地質構造容易夾有薄煤層，背斜結構剛好和向斜相反，一個易存水，一個易存煤氣，塌方腔體加劇了煤氣瓦斯聚集，加上其它不利因素共同引發了事故發生。

2　結論及建議

基礎地質工作是一項重要工作，影響整個隧道工程施工期間的安全、質量、進度等，成為隧道工程能否圓滿完成的主要因素。作為施工項目部，在隧道施工期間，基礎地質工作絕對不能忽視，要配備足夠的技術力量，采用多種技術手段和方法，如地質超前預報、超前水平鉆孔法、超前導坑法、波反射法（包括HSP等）、聲波投射法及CT層析成像法、地震波反射層析成像法等，扎扎實實做好基礎地質工作，確保隧道施工期間的安全和質量。

［1］ 何發亮，李蒼松，陳成宗.隧道地質超前預報［M］.西南交通大學出版社，2006.

［2］ 中鐵隧道集團有限公司.渝懷線圓梁山隧道關鍵技術研究-B（研究報告），2008.

［3］ 蔣舜光.隧道工程地質［M］.北京：中國鐵道出版社，1991.

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1008-3383（2016）10-0140-02

2016-04-11