公路隧道施工中對不良地質的應對措施

蔡 耿

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0 引言

近年來，隨著我國經濟的不斷快速增長，交通公路建設也在緊鑼密鼓進行，一些公路在建設時為了縮短路程和節約時間資金，往往需要穿山打洞，因此隧道也就成了很多公路必不可少的一部分。基于此，本文主要探究公路隧道施工如何勘測不良地質狀況，以及如何應對和處理；同時列舉一個實例做具體分析，希望對今后的隧道工程施工有所裨益。

1 不良地質的類別

根據我國地質狀況和以往隧道施工經驗，隧道施工大多會出現以下六種不良地質所導致的問題：

1.1 塌方

塌方是公路隧道施工中發生最頻繁的事故。在公路隧道施工的過程中往往會遇到隧道的頂部出現坍塌以及隧道兩側壁巖層脫落等問題，這些問題輕則延遲工程工期，重則可能造成重大的經濟損失和人員傷亡，所以在公路隧道施工中塌方是危害最大的不良地質問題。隧道塌方的原因可能由多方面導致，主要原因包括山體本身不夠穩固，圍巖結構較差，施工人員前期的隧道加固工作沒有做到位等。

1.2 涌水

涌水在公路隧道施工中所造成的危害僅次于塌方。一旦地下水突然從地下高速涌出，可能會給隧道的結構造成極大的破壞。其產生的原因可能是由于隧道在施工過程中無意間破壞了原有的山體構造，從而導致山體受力發生變化，地下水受到較大的壓力從而涌上地面。

1.3 偏壓

偏壓指的是由于山體本來構造問題，山體兩側很難保持平衡，導致隧道的兩壁所受壓力不同。從而使得隧道兩側的負荷量大小不一致，進而導致隧道兩側壓強不同，易造成洞口段山體開裂滑坡，襯砌變形等現象。

1.4 巖爆

巖爆是指當在挖隧道的過程中，開挖部位周邊的巖石發生破裂的情況。巖爆的原因主要是因為隧道施工時爆破擾亂了周邊巖石的構造，一些脆性巖石產生爆裂的情況。

1.5 斷層

斷層是指地殼巖石因過度受力而產生較大的形變，一旦形變過度，就會造成地殼巖石的斷裂且斷裂面朝兩側移動的現象。

1.6 巖溶

巖溶的情況一般在山區的溶洞中出現，巖溶產生的原因是巖石受到巖溶水的腐蝕。

2 對于不良地質災害的預測方法

2.1 塌方的預測方法

塌方雖然不是人為可以控制的，但是也并不是說無法預測的。一般會發生塌方的隧道都是有跡可循的：首先便是在隧道開挖的過程中隧道頂部的巖石不斷掉落甚至整塊脫落；其次當隧道挖開后用于固定支撐的支架鋼筋產生嚴重的扭曲變形，并且噴射的混凝土出現大面積的裂紋和脫離的情況；然后就是經過檢測變形速率保持在很高水平，或者變形速率突然變得很大。所以在進行隧道開挖的過程中可以對隧道進行勘測（如監控量測、超前地址預報），將勘測結果和前文所述現象進行對比，從而來預判隧道是否會發生塌方，也可以只利用勘測到的形變速率和形變值來進行預判，另外還可以采用更為先進的勘測方式進行預判，如微地震學測量法、聲學測量法等。

2.2 涌水的預測方法

不論哪個隧道都多多少少存在一定的涌水問題，進行涌水預測關鍵就是要仔細的預測涌水量。涌水量可以通過建立數學模型、參考其他類似地貌、根據水平衡原理、利用地下水動力公式、使用數值方法進行預測。

2.3 偏壓的預測方法

對于隧道是否偏壓的預測是最為簡單的，偏壓的形成原因是隧道兩側壁的負荷量大小不相同，所以在進行隧道施工時，可以先目測山體的形狀是否具有對稱性，若對稱，則隧道基本不會偏壓，若不對稱，那么便需要采集山體兩側的土壤及巖石進行密度對比檢測，并利用斷面儀對開挖后的輪廓線進行測量對比，從而來預判隧道是否會出現偏壓。

2.4 巖爆的預測方法

公路隧道施工之前先利用超前鉆孔對山體巖石結構、性質進行檢測，根據探測的結果來預測該公路隧道施工時是否會發生巖爆。另外采用地質雷達、紅外線、巖體電磁輻射監測器等一系列高科技探測器也可以進行相應的探測。除此之外還可以使用微重力法、數值分析法來對巖爆進行預測。

2.5 斷層的預測方法

在對公路隧道施工時應對山體及山體下的地殼迸行斷層探測，斷層勘測可以借助淺層地震勘探、電法勘探、地質雷達和井間層析成像等高科技手段進行，結合科學的斷層理論知識來預測是否出現斷層的現象。

2.6 巖溶的預測方法

對于巖溶的預測需要結合各區間的預報結果進行預測，距離在兩百米以上的地質預報可以使用地質素描法進行預測；距離在三十米至兩百米的地質預報可以使用聲波反射法進行預測；距離在三十米以內的地質預報可以使用地質鉆探法、地質素描法等進行預測。

3 不良地質災害解決方法

3.1 塌方的解決方法

一旦在公路隧道施工的過程中出現塌方時，應該立即采用應急措施，以免造成重大的人員傷亡和經濟損失。對那些小面積的塌方，要及時對隧道支架進行固定，重新噴射混凝土，利用支架支撐隧道直至混凝土完全凝結固定。而面對大型塌方事故，首先應在塌方部分使用鋼拱架進行固定支撐，然后在鋼拱架外側利用鋼筋網進行二次加固，然后分批次的噴射混凝土直至形成護拱，待塌方部分完全穩定以后再進行接下來的工程施工。

3.2 涌水的解決方法

要想解決涌水問題要雙管齊下，一方面要及時對隧道進行排水，可以通過鉆孔排水、導坑排水、井點排水等方法排出涌出來的的地下水；另一方面便是要阻水，可以找到地下水噴射的泉眼，然后通過灌漿處理阻止水的涌出。

3.3 偏壓的解決方法

對于偏壓較嚴重的隧道可以采用超短臺階法施工工藝、短臺階預留核心土法、反壓護拱施工方法、減載反壓技術、洞外注漿固結法和護拱技術進行施工。對于偏壓程度較小的隧道，可以對隧道整體結構進行加固從而增加隧道的穩固性用以抗擊壓力。

3.4 巖爆的解決方法

在進行巖爆預測時應該對山體各部分巖石的構造有一定了解，選取隧道路徑時應盡可能的避開容易產生巖爆的巖石位置，在公路隧道施工時要加強隧道整體的穩定性，同時還要注意改變圍巖的物理性質，讓圍巖變成非脆性巖體，這樣巖石產生巖爆的可能便會大大減小。

3.5 斷層的解決方法

對于出現斷層的隧道，應該利用微震爆破技術、綜合控制爆破技術進行爆破施工，采用噴錨網聯合支護、鋼架支護與超前支護的方法，通過半斷面微臺階法、上下斷面順序開挖法進行施工。只有通過這些手段，才能有效減小斷面對隧道質量的影響。

3.6 巖溶的解決方法

對于小型的隱伏型溶洞，應該利用通混凝土進行注漿處理；對于中型溶洞，可以采而用巖溶管道處治技術進行相應的治理；對于大型干溶洞，一般采用托梁+板跨、鋼管群樁加固等方法進行處理。

4 實例分析

本人在施工過程中多次遇到不良地質情況，現列舉其中一個做具體分析說明：

案例：重慶巫奉高速公路 A3標騾坪隧道為左右線分離式隧道，線路全長約4.8km，隧道在施工到洞內50m時，隧道左洞口仰坡上方出現裂縫。經查勘共發現仰坡上方地表土四處存在裂縫，其中裂縫最長達13m，最寬的地方約1.5cm，施工好的截水溝出現 4條裂縫。發現裂縫后我部立即對開挖掌子面用噴射砼進行封閉處理，并停止施工。經過一個月觀察發現存在裂縫的地表范圍進一步擴大，裂縫數量也大量增加。仰坡上方土體存在下滑趨勢。發現裂縫后我部立即向業主、總監辦及駐地辦匯報。四方開會提出處理意見如下：在地表裂縫較大處選取四個探坑進行裂縫位移、沉降及發展情況觀測；在隧道軸線選取三個位置進行地表地質鉆孔，并繪制地質剖面圖；以上工作由施工單位完成，駐地監理現場旁站；觀察時間為六天,觀察結果進行總結并上報。

我部根據會議精神在騾坪隧道左洞邊仰坡上方設置了四個探坑，并對其進行觀測，觀測成果如下表所示：

點號 位移值（mm） 沉降值（mm） 備注1 34.8 -26 觀測值為六天累計2 36.8 -22 3 36.1 -27 4 37.5 -23

同時在隧道軸線位置選取 3個位置進行進行地質鉆探。六日觀測發現左洞邊仰坡上方表土存在裂縫的范圍及裂縫寬度發展明顯，裂縫最寬的地方發展至2.8cm,裂縫已貫通到邊仰坡底部。同時我部根據設計及規范要求，在已開挖隧道里面進行收斂量測及拱頂下沉量測，收斂位移為3.053mm，拱頂下沉3.13mm,收斂位移為3.718mm，拱頂下沉2.97mm。

從觀測結果來看，隧道邊仰坡位移及高程發生變化；從地質鉆孔情況來看，淺埋式地段地表覆蓋層較厚,為潮濕軟土，含水量很大。同時隧道左線屬淺埋隧道,偏壓較嚴重。綜合以上觀測及地質鉆孔情況，目前騾坪隧道存在很大的安全隱患，山體滑移可能性大，處理不當勢必會對整個工程帶來災害性的影響。為了避免在以后的通車過程中該段路基下沉影響行車安全，也應對隧道左右洞下方的巖層進行加固。

根據現場具體情況，經四方研究提出以下加固方案：對騾坪隧道邊仰坡上方土體進行地表加固注漿處理，采用φ127×8mm有孔鋼花管進行垂直注漿加固，鋼花管橫向間距1.5m、縱向間距1.5m,呈梅花型布置。加固面積為1912m2。同時對管棚施工地段范圍內仰拱開挖地基進行小導管注漿加固，小導管間距：100cm×120 cm（縱×橫），梅花型布置，小導管管L=4m，其它參數參照設計圖紙。同時在洞口路基范圍內采用φ127×8mm有孔鋼花管進行縱向注漿加固，注漿分上下兩排錯開進行，第一排為隧道仰拱底標高下去3m控制，第二排在第一排下去3m。鋼花管橫向間距2米，縱向加固縱向長度40米。現場照片見圖1、圖2。

圖1 洞頂原地面出現裂縫

圖2 洞頂采用鋼花管注漿施工

5 結束語

公路是我國交通網絡的主要組成部分，因此應將公路的建設作為重中之重，而公路的隧道建設又是現如今的主要難題之一，對于公路隧道施工過程中的塌方、涌水、斷層、巖爆、巖溶、偏壓等問題，要做到先預測、及時預防、遇到問題科學應對處理，從而使得公路隧道施工順利快速進行。