瀘定地震區公路隧道不良地質評價與防治措施研究

摘" 要：為保障瀘定地震災區公路新建隧道施工和運營安全，以某新建隧道為例，對隧道工程地質條件進行評價。針對隧道施工過程中塌方、巖爆、突水、突泥等不良地質的風險程度，提出隧道開挖塌方宜根據隧道圍巖等級動態調整超前支護強度，加強截排水措施；建議隧道巖爆施工采用導洞先行、分步開挖、強化初期支護等綜合措施；建議隧道涌水采用超前鉆孔探測、預注漿封堵水技術，并且開展隧道結構防水設計。研究成果可以對高烈度地震區花崗巖隧道設計施工提供參照。

關鍵詞：公路 隧道 地震 塌方 巖爆 涌水

Research on Adverse Geological Evaluation and Prevention Measures of Highway Tunnel in Luding Earthquake Zone

ZHONG Yanyu¹ LI Hanyi^1* RAN Xiaosong¹ LIU Tailiang¹ HE Yunyong² ZHANG Le²

1. Ya 'an Transportation Construction Group Co.， Ltd.， Ya 'an， Sichuan Province， 625000 China;

2. Sichuan Provincial Highway Planning， Survey， Design and Research Institute Co.， Ltd， Chengdu， Sichuan Province， 610041 China

Abstract： To ensure the construction and operation safety of new highway tunnels in Luding earthquake-stricken area， the evaluation of the engineering geological conditions of the tunnel was conducted using a newly constructed tunnel as an example. In response to the risk degree of adverse geological conditions such as collapse， rock burst， water inrush and mud inrush during tunnel construction， it is proposed that the advance support strength should be dynamically adjusted according to the level of tunnel surrounding rock during tunnel excavation collapse， and the drainage measures should be strengthened. Comprehensive measures such as guiding tunnel first， step-by-step excavation and strengthening initial support are recommended for tunnel rock burst construction. It is suggested to adopt advanced drilling detection， pre-grouting technology to block water influx in tunnels， and to carry out waterproof design of tunnel structure. The research results can provide reference for the design and construction of granite tunnel in high intensity earthquake area.

Key Words： Highway; Tunnel; Earthquake; Collapse; Rock burst; Water influx

國道662瀘定至石棉段公路位于青藏高原與四川盆地過渡帶，走廊帶內山高谷深、坡陡峻嶺、新構造運動強烈。受2022年9月5日四川省甘孜州瀘定6.8級地震影響，公路沿線誘發崩塌54處、滑坡46處、泥石流16處、路基垮塌9處，尤其是大渡河大橋至躍進村段發生4處大型滑坡、3處大型泥石流、連片高位崩塌、水庫庫岸路基坍塌等災害，導致國道662中斷交通。國道恢復重建以公路改線新建隧道繞避災害發育路段。然而，隧道穿越富水斷裂帶，圍巖以花崗巖為主，節理裂隙發育，易發突水、突泥、塌方、巖爆等災害^[1-5]。本文通過對瀘定地震災區國道662某新建隧道工程地質條件，以及突水、突泥、塌方、巖爆等災害風險進行評價，為隧道襯砌支護方案設計提供依據，保障高烈度地震區花崗巖隧道施工與運營安全。

1 工程概況

瀘定地震災區國道662某新建隧道工程位于青藏高原東南緣向四川盆地過渡之川西南高山區中部，地形起伏較大，隧道軸線山脊最高高程1 833.89 m，隧道進口高程1 148.4 m，相對高差685.49 m。隧址區基巖以元古代晉寧-澄江期細粒花崗巖、中粗粒花崗巖為主，節理裂隙發育，受得妥斷裂、磨西斷裂、石棉斷裂等影響，其地震動峰值加速度為0.30 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅷ度。“9·5”瀘定地震后，為繞避地震誘發的多處大型滑坡、泥石流溝和崩塌區域（如圖1所示），國道662改線新建隧道繞避地質災害區域，隧道全長6 360 m。

2 隧道不良地質評價與防治

2.1 隧道圍巖穩定性評價與塌方防治措施

國道662新建隧道全長6 360 m，根據《公路隧道設計規范》（JTG 3370.1—2018）中圍巖工程地質分級標準，圍巖劃分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 3個等級。其中：Ⅲ級圍巖長度666 m，占隧道全長的10.5%；Ⅳ圍巖長度3 464 m，占隧道全長的54.5%；Ⅴ級圍巖長度2 220 m，占隧道全長的35%。

隧道洞身Ⅲ級圍巖主要為晉寧期斜長花崗巖夾板巖俘虜體，微風化狀。節理裂隙發育一般，層間結合一般～較好，塊狀結構，局部為鑲嵌碎裂結構，巖體較完整，微風化巖質硬，巖石基本質量指標[BQ]為358.5，圍巖自穩能力一般，自穩時間一般。地下水多為點滴狀出水，圍巖開挖易發生松動變形，發生小型塌方。建議隧道開挖后及時襯砌，對不穩定塊體進行噴錨，加強排水。

隧道洞身Ⅳ級圍巖主要為晉寧期斜長花崗巖夾板巖俘虜體，中風化狀。節理裂隙較發育～發育，層間結合較差～一般，多呈鑲嵌碎裂結構，巖體破碎～較破碎，[BQ]為264.5，圍巖完整性較差～一般，中風化巖質較硬，局部較軟，圍巖自穩能力較差，自穩時間較短。地下水較豐富，發生突水、突泥的可能性大，圍巖開挖易發生中等或大型塌方。

隧道洞身V級圍巖主要為晉寧期斜長花崗巖夾板巖俘虜體，中風化狀，節理裂隙發育，層間結合差，多呈碎裂結構，巖體破碎，完整性差，中風化巖質較硬，[BQ]為186.5，圍巖自穩能力差，自穩時間很短。地下水較豐富，發生突水、突泥的可能性大，圍巖開挖易發生中等或大型塌方。

針對Ⅳ級、V級圍巖，建議根據隧道圍巖等級動態調整超前支護強度，如采用超前管棚、注漿加固等手段增強圍巖穩定性，并且加強截排水措施，保障施工安全^[6-7]。

2.2 隧道巖爆評價與防治措施

根據《公路隧道設計規范第一冊土建工程》（JTG 3370.1—2018），通過圍巖強度應力比σ_max/R_b預測圍巖巖爆分級等級，其中，R_b為巖石單軸飽和抗壓強度，σ_max為垂直洞軸最大水平應力。

新建隧道洞身最大埋深約619 m，洞身圍巖為較堅硬巖～硬質巖。根據附近大崗山電站的地應力測試結果表明，圍巖應力σ₁、σ₂、σ₃均表現出隨埋藏深度增加而增大的特征，局部受巖體完整程度的影響而略有起伏，且應力值較大。據此推算，隧道圍巖在埋深較大的段落即446～619 m范圍可能發生輕微或中等巖爆，見表3。

該段隧道施工時，首先，通過超前導洞釋放部分應力，降低主洞開挖時的能量積聚；其次，分步開挖，采用短進尺、弱爆破或機械開挖，減少圍巖擾動，并且在掌子面或拱頂鉆設深孔，誘發小規模破裂，釋放集中應力，向巖體高壓注水，降低巖石脆性，延緩能量釋放速度；最后，強化初期支護，采用高強度錨桿，配合可壓縮墊板，吸收巖爆沖擊能量，噴射鋼纖維混凝土或柔性防護網，提高表面抗沖擊能力。通過以上多維度措施，可以有效降低巖爆發生概率與危害程度，確保隧道施工安全與長期穩定^[8-9]。

2.3瓦斯及有害氣體評價與防治措施

新建隧道未穿越煤系地層，隧道主體圍巖的巖性以花崗巖為主，無生烴能力。但由于隧址區存在斷層，須家河組煤系地層（烴源層）在隧址區左側有分布且距隧道約200 m，巖漿巖與煤系地層呈斷層（得妥斷層）或不整合接觸關系，在斷層帶附近與不整合接觸帶上有利于瓦斯的富集儲藏，這些臨近煤系地層的裂隙（斷層）瓦斯有可能通過斷層或裂隙上逸并存儲于巖漿巖體中，隧道開挖有可能局部存在瓦斯氣體、氣包。

隧道施工前，建議通過地質鉆探和礦物分析，識別花崗巖地層中的裂隙帶、放射性礦物富集區與潛在瓦斯賦存層?，采用超前鉆孔探測技術，對開挖面前方5 m范圍內的有害氣體進行預判，結合地質雷達或物探手段預測高風險區?。建立多級隧道通風系統，使用大功率風機或風管加速空氣流通，將瓦斯濃度控制在爆炸下限（lt;5%）以下，同時降低放射性氣體（如氡氣）的積聚風險。對隧道富水或高濕度區增設局部通風設備，防止瓦斯和有害氣體在隧道頂部或斷面變化處聚集。隧道洞內布設瓦斯、氧氣和放射性氣體濃度傳感器，實時監測并設置超限報警閾值（如瓦斯濃度≥1%時報警、≥1.5%時停工撤人）?。??

2.4 隧道突涌水評價與防治措施

隧址區地下水主要為基巖裂隙水和巖溶水，其主要受地貌形態、地層巖性、裂隙結構面發育程度與地質構造控制。隧道進出口各穿越一個匯水單元，洞身段穿越3個匯水單元，穿越的地質構造主要為褶皺。

針對隧址區地質特征，采用大氣降水入滲法、地下徑流模數法進行分析計算，綜合對比預測擬建隧道涌水量^[10]。

2.4.1大氣降水入滲法

隧道沿線出露基巖以花崗巖為主，地下水分布不均。洞室地下水以基巖裂隙水為主。隧址區沿線以基巖斜坡地形為主，地表水入滲即補給于基巖裂隙中。隧道涌水量概算采用大氣降雨滲入法計算，計算公式如下。

Q=2.74a·W·A""""""""""""""""""""""""""""""""""""" （1）

式（1）中：Q為平均滲入量單位為m³/d；a為降雨滲入系數，取0.20；W為年降水量，單位為mm/a，隧道所在石棉縣年均降水量876.6 mm；A為隧道通過含水體地段的集水面積，單位為km²，計算得22.25 km²。最終，由大氣降水入滲法計算得到隧道正常涌水量為10 808.5 m³/d。

2.4.2地下徑流模數法

計算經過多個地表水流域的隧道涌水量時，可以根據各含水巖組地層出露位置、地貌形態與在水文地質單元中的徑流條件，選擇不同的地下水徑流模數和地表流域范圍取值，利用地下水徑流模數法進行預測隧道涌水量，計算公式如下。

Q_s=86.4M·A""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" （2）

式（2）中：Q_s為隧道日正常涌水量，單位為m³/d；86.4為單位換算系數；M為地下水徑流模數，單位為L/（s·km²）；A為隧道通過含水體地段的集水面積，單位為km²。工程區內M值根據水資源量計算確定，同時參考水文地質專題報告，并且結合溪溝流水流量與附近已建隧道工程經驗綜合分析確定，取3.5 L/（s·km²）。最后，由地下徑流數模法計算得到隧道正常涌水量為6 728.4m³/d。

按上述2種方法大致確定本隧道正常涌水量建議值為10 808.5 m³/d，最大涌水量按正常涌水量2倍取值即21 616.9 m³/d。隧道洞身段穿淺埋段圍巖裂隙極發育，巖體極破碎，完整性差，富水性和導水性好。隧道施工建議采用超前鉆孔探測，每循環施工前鉆設30～50 m超前探孔，結合全景鉆孔攝像識別含水構造。采用預注漿封堵水技術，對隧道富水破碎帶采用水泥—水玻璃雙液漿或超細水泥，擴散半徑3～5 m，形成堵水帷幕；針對滲漏點采用高壓旋噴注漿，壓力20～30 MPa，封堵裂隙。同時，開展隧道結構防水設計，噴射混凝土中添加防水劑，配合防水板鋪設，接縫熱熔焊接。

3 結" 語

隨著高等級公路向我國西部橫斷山區延伸，公路隧道占比越來越高。然而，橫斷山區活動斷裂密布、地震頻發，第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水等地下水豐富，巖體裂隙發育，隧道工程建設不得不面臨突水、突泥、塌方、巖爆等不良地質影響。根據隧道圍巖等級動態調整超前支護強度，如采用超前管棚、注漿加固等手段增強圍巖穩定性，并且加強截排水措施，可以保障施工安全。

超前導洞，分步開挖，采用短進尺、弱爆破或機械開挖，在掌子面或拱頂鉆設深孔，誘發小規模破裂，向巖體高壓注水，強化初期支護，采用高強度錨桿配合可壓縮墊板，噴射鋼纖維混凝土或柔性防護網，以上多維度措施可以有效降低巖爆發生概率及危害程度。早探測，多通風，勤監測，能夠有效避免隧道瓦斯病害的形成。

大氣降水入滲法和地下徑流模數法是獲取隧道日正常涌水量的有效途徑，超前鉆孔探測、預注漿封堵、高壓旋噴注漿是封堵裂隙的實現方法，隧道結構防水是減少運營期水毀的設計要點。

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