高速公路隧道工程不良地質處治施工探討

摘要 文章針對隧道工程中經常遇到的不良地質條件，如穿越滑坡體、淺埋段、水平巖層、穿越水庫、高瓦斯、泥巖遇水軟化、滲水、松散破碎地質等，分析了這些不良地質對隧道施工的影響，并結合鎮廣高速通廣段項目實際情況，提出了一些具體的處理措施。通過對這些不良地質條件的處理，可以有效地提高隧道施工的安全性和穩定性，確保工程的順利完成，提出的不良地質處治方法對今后同類條件施工項目具有重要參考價值。

關鍵詞 高速公路；隧道工程；不良地質；處治方法；施工技術

中圖分類號 U455.49文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0135-03

0 引言

隧道工程是交通工程建設中非常重要的一部分，其施工環境復雜多變，常常會遇到各種不良地質條件。這些不良地質條件包括穿越滑坡體、水平巖層、穿越水庫、高瓦斯、泥巖遇水軟化、滲水、松散破碎地質等，它們會對隧道施工產生嚴重的影響，增加施工難度和風險。因此，針對這些不良地質條件，采取合理的處理措施是非常必要的。

1 常見的隧道工程不良地質條件

高速公路隧道工程中可能遇到的不良地質條件包括：

（1）巖層崩塌：地下巖層的穩定性不好，容易發生崩塌、坍塌等現象，給隧道施工和使用帶來風險。

（2）地下水涌入：地下水位較高或者地下水壓力大，會導致隧道施工過程中地下水涌入，增加施工難度和風險。

（3）地質構造斷裂：地質構造斷裂帶的存在會導致隧道施工中的地層錯動、位移等問題，增加施工風險。

（4）軟弱地層：隧道施工中遇到軟弱地層，如黏土、軟土等，會導致隧道的穩定性和承載力下降，需要采取相應的加固措施。

（5）地震活動：地震活動頻繁的地區，隧道工程需要考慮地震對隧道的影響，采取防護措施。

針對這些不良地質條件，需要進行詳細的地質勘察和預測，采取相應的工程措施和技術手段，確保隧道的施工和使用安全。

2 公路工程項目概況

該項目位于巴中市通江縣廣納鎮，起于檬子埡村（K110+500），與鎮廣高速王坪至通江段止點相接，于通江縣東山鄉構花坪村設置廣納互通連接廣納至東山公路，止于趙家塝大橋后達到終點（K117+537），全線長7.04 km。該項目有隧道1座，其中ZK111+341～ZK111+767廣納高瓦斯隧道左線全長3 426 m；K111+345～K114+769廣納高瓦斯隧道右線全長3 424 m，隧道寬10.75 m，最大埋深305 m。

3 不良地質處治施工技術

3.1 富水地段注漿堵水施工技術

3.1.1 項目富水情況

隧址區域水文地質簡單，但雨量較大，地表、地下水流失較快，隧道施工段落存在斷裂帶。隧道穿越的地層巖性主要以白堊紀系下統蒼溪組的粉砂質泥巖及砂巖為主，地下水類型主要為基巖孔隙裂隙水，考慮場地內降水主要集中在5—10月，隧道一般涌水量按6 760.6 m?/d考慮，最大涌水量按計算涌水量的2倍考慮，即Q=13 521.2 m?/d。為保證施工及結構安全，降低施工的風險性，富水地段應采用動態施工。

3.1.2 富水地段處治措施

（1）為保證施工及結構安全，隧道掘進通過時，必須針對性地采取綜合地質超前預測、預報及超前探測。

（2）全隧道于施工前、施工中、竣工后均設置地表上、下水文綜合監測網，充分掌握隧道影響帶范圍內地表水庫、泉眼、深井及地下洞室開挖過程中，平時及汛期的水位變化情況、水量大小、沖溝流速、流量等資料，通過及時地分析、對比，及時調整隧道施工方案和措施[1]。

（3）按照“先預報、常觀測、帷幕堵、限量排、強支護、快封閉、早襯砌”等綜合處理措施，采用遠、中、近距離相結合的綜合超前地質預報手段，充分利用TSP地震波預報儀、紅外探水儀、瞬變電磁儀、地質雷達及巖芯快速鉆機等設備。

（4）根據所確定的堵水注漿參數和注漿方法，采用RPD隧道注漿集成系統對工作面前方（或后方）高壓水進行處理，以確保施工安全和地下水環境不被破壞[2]。

根據地質資料，洞內圍巖注漿加固設計了三種加固措施，分別是超前預注漿、開挖后注漿、補注漿措施。

實際施工時應根據探明的水量、水壓及動態變化情況，實時調整注漿方案及段落。隧道注漿措施見表1。

3.2 突水、突泥預報及防治技術

隧道工程中的突水、突泥災害是隧道工程施工過程中面臨的重要安全問題。這類災害通常是地質構造復雜、地下水豐富導致的。預防和控制這類災害需要綜合運用地質勘查、監測預警、施工技術和應急預案等手段。防治技術主要包括以下內容：

（1）建立完善的地質勘探體系：在地下工程建設前，應進行詳細的地質勘探，了解地下水位、巖性、構造等信息，為突水、突泥預報提供基礎數據。

（2）采用先進的監測技術：通過安裝水位、壓力、滲流等傳感器，實時監測地下水的變化情況，為突水、突泥預報提供實時數據。

（3）建立突水、突泥預警模型：根據地質勘探和監測數據，建立突水、突泥預警模型，對可能發生突水、突泥的區域進行預測。常用的預報方式或模型包括：地質素描、紅外線探水儀檢測、超前水平鉆孔探測、TSP202地質預報系統檢測以及R24型工程地震儀檢測等，在實際使用中可根據涌突水情況差異合理使用。

（4）制定應急預案：針對可能發生的突水、突泥災害，制定應急預案，明確應急響應流程和措施，確保在發生災害時能夠迅速有效地進行應對。

（5）加強施工管理：在地下工程施工過程中，應加強對施工質量、施工方法等方面的管理，確保施工過程中不會引發突水、突泥災害。

（6）采用防治措施：對于可能發生突水、突泥的區域，可以采取排水、注漿、加固等防治措施，降低突水、突泥災害的發生概率。常用的是注漿堵水加固技術，分為超前預注漿和后注漿兩種，前者主要是在開挖前進行鉆孔預注漿，以達到注漿堵水的目的；后者是在開挖支護之后進行注漿，以彌補前期支護過程中不滿足要求的堵水方式[3]。

3.3 塌方處治及防治技術

3.3.1 隧道塌方產生的主要原因

塌方過程大致為：隧道巖體開挖—隧道中巖體圍巖發生塑性變形—變形巖體發生塌方或對變形巖體采取支護措施—支護后巖體仍發生變形—塌方。從隧道塌方的過程來看，塌方的發生主要是由于開挖對原來穩定的巖體有擾動，破壞原有結構的穩定而導致在隧道的開挖過程中，開挖支護后都有可能發生塌方。隧道洞口地段覆蓋層3.5 m，強風風化層2.9 m和12.5 m，層間結合力差；該項目隧道最大埋深約270 m，洞身圍巖多屬軟巖—較軟巖，造成穩定性差，有可能產生塌方。

3.3.2 隧道塌方處理措施

當發生塌方時，應迅速采取措施防止塌方范圍擴大，包括加固未塌方的地段，為清理塌方做好準備。同時，需要摸清塌方的情況，包括塌方的范圍和塌方后圍巖的現狀。分析塌落的原因及性質、間歇規律以及塌方現場的情況[4]。

（1）對于小規模的塌方，可采取以下措施：①清除塌方體后及時進行加固處理，以防止巖體塌方規模的擴大。②若原有支護措施由于塌方導致破壞，則應對原有支護措施進行補救加固，以防止塌方進一步擴大。③在塌方體范圍內進行新的支護措施，如噴混凝土、打支護錨桿、澆筑襯砌混凝土等措施，以防止塌方的進一步擴大。

（2）對于大規模的塌方，可采取以下措施：①塌渣體堵死洞身時，采取“大塌穿過”的辦法，先采用大管棚、超前小導管等措施穩固圍巖體和渣體，待塌方體或巖體穩定后，再從上至下進行塌方體清除。②采取“治塌先治水”的辦法：遇到水量豐富的隧道項目，在處理塌方時應先做好防、排水措施，以防止地表水滲入塌方體部位，影響巖體的穩定，導致更大規模的塌方出現[5]。

綜上所述，處理隧道塌方需要根據實際情況采取相應的措施以防止塌方范圍擴大，并盡快恢復隧道的正常施工。

3.4 高瓦斯隧道施工處治措施

3.4.1 高瓦斯隧道基本情況

由于稅家槽背斜對稅家槽油田天然氣運移作用，隧址區整體式油氣運移指向區和聚集區，沿線地層容易受天然氣侵染。根據稅家槽油田勘探生產資料，產生的天然氣主要成分為甲烷。隧址區已有隧道施工沒發現含硫及其他有害氣體存在，有害氣體主要以可燃氣體甲烷（CH4）為主。隧道現場有害氣體檢測和室內試驗均沒有發現含硫有害氣體。無論是從石油天然氣地質背景定性分析，還是從現場測試結果來看，都說明了擬建隧道施工過程存在淺層天然氣危害，整體危害較小，但局部存在高瓦斯風險，ZK111+341～ZK114+767、K111+345～K114+769為高瓦斯段落，綜合判定廣納隧道為高瓦斯隧道。根據技術規范要求，高瓦斯工區隧道洞內通風風速不應小于0.5 m/s。

3.4.2 高瓦斯隧道處治措施

在施工高瓦斯工區時，均采用相應安全等級的瓦斯專用炸藥及雷管。炸藥采用普通乳化炸藥，雷管采用電子數碼雷管。起爆器應采用電力起爆，選用防爆型起爆器作為起爆電源，一個開挖工作面不應同時采用兩臺以上起爆器。起爆器母線應采用具有良好絕緣和柔順性的銅芯電纜，嚴禁用裸線或鋁線芯代替，母線應采用單回路。瓦斯工區隧道施工宜采用光面爆破，控制超欠挖，當圍巖軟弱時采用機械開挖，應及時噴混凝土封閉圍巖以減少瓦斯溢出。瓦斯等有害氣體濃度控制及處理措施見表2。

4 高速公路隧道工程不良地質施工關注要點

高速公路隧道工程中的不良地質條件可能包括巖層崩塌、地下水涌入、高瓦斯等問題，這些都會對隧道的施工和使用造成影響。針對不良地質條件，可以采取以下措施：

（1）地質勘察：在設計階段和施工前，進行詳細的地質勘察，了解地質條件和地下水情況，以便采取相應的處理措施。

（2）地質預報：利用現代地質預測技術，對隧道施工過程中可能出現的地質問題進行預測和評估，提前采取相應的施工措施。

（3）地質處理：針對不良地質條件，采取相應的處理措施，如加固支護、注漿封孔、排水降水等，確保隧道的施工和使用安全。

（4）施工監測：在施工過程中，進行地質監測和變形監測，及時發現地質問題并采取對策。

（5）風險評估：在施工過程中，進行地質風險評估，及時調整施工方案和采取相應的風險控制措施。

在隧道工程中，對不良地質條件的處理需要綜合考慮地質、工程、環境等多方面因素，確保隧道工程的安全性和可靠性。

5 結語

隧道工程中的不良地質條件對施工安全和工程質量有很大的影響。針對不同的不良地質條件，應采取相應的處理措施，以提高隧道施工的安全性和穩定性。在未來的隧道工程建設中，應加強對不良地質條件的勘察和分析，提高設計和施工水平，以確保工程的順利完成。

參考文獻

[1]許逢壽， 陳寧青. 京珠高速公路粵境北段隧道工程施工工藝及不良地質段整治措施[J]. 遼寧師專學報（自然科學版）， 2004（1）： 70-73.

[2]孫振川， 游金虎. 高壓富水隧洞硬巖地層徑向注漿堵水施工技術及應用[J]. 隧道建設（中英文）， 2017（11）： 1455-1461.

[3]劉剛鋒. 公路隧道施工不良地質災害對策研究[D]. 西安：長安大學， 2011.

[4]李金明. 公路隧道常見不良地質段施工方案及質量保證措施[J]. 四川建材， 2021（4）： 103-104.

[5]扶勇. 高速公路隧道不良地質段施工技術對策——以四川宜瀘高速公路隧道工程為例[J]. 江西建材， 2016（3）： 167.

收稿日期：2023-11-28

作者簡介：孫飛（1984—），男，本科，工程師，從事高速公路項目施工管理工作。