隧道工程地质灾害分析及处理

王献军

摘要：就目前而言，中国是世界上隧道最多、地质最复杂的国家，也是今后隧道发展最快的国家。就地质工程而言，对地质条件的了解，对可能发生的地质灾害进行预报并通过设计与施工技术对其进行驾驭，这是对隧道施工地质灾害处理的新目标。

关键词：交通;地铁;隧道工程;地质灾害

前  言

随着交通运输、水利水电、城市地铁和地下空间的开发利用，隧道施工技术也取得了长足的进步，隧道工程的规模和数量都有了较大增长。据最新统计资料显示，铁路既有隧道 2 954 km，公路隧道 1527 km，城市地铁 300 km，矿山巷道更多。隧道围岩地质情况复杂多变，各种不良地质所导致的工程事故屡见不鲜，因此针对不良地质隧道的设计与施工显得越来越重要。不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程施工的不良地质环境。特殊地质地段是指膨胀性地层、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流沙等地段以及瓦斯和有害气体溢出地层等。

二、隧道工程地质灾害产生原因分析

地质问题是隧道工程建设过程中出现地质灾害的主要原因。同时，人工开挖方法的不当以及设计的不合理也会导致地质灾害的产生。

1.滑坡、崩塌、泥石流

滑坡、崩塌灾害主要是地壳重力结构变化引发的灾害，有时是因为地壳变动的自然力引起，而更多的则是人工开采使得山基松动。滑坡是指山坡在河流冲刷、降雨、地震、人工切坡等因素影响下，土层或岩层整体或分散地顺斜坡向下滑动的现象。这种灾害的特点是瞬间性，面积大，动量大，破坏性极强。泥石流是指在降水、溃坝或冰雪融化形成的地面流水作用下，在沟谷或山坡上产生的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流，其比重大，冲击力大，能移动并携挟巨石，冲击山体，形成巨大的破坏。地形坡度较缓时，滑坡、泥石流的运动速度较慢;地形坡度较陡时，滑坡、泥石流的运动速度较快。有些公路隧道难以避开滑坡、崩塌发育地区或泥石流沟。滑坡、崩塌和泥石流对隧道的施工和隧道的稳定都构成了威胁。

2.膨胀性围岩

膨胀性围岩具有湿涨干缩往复变形和潜在应力特性，干燥土质膨胀性岩层，岩质较硬，易脆裂，具有明显的水平和垂直张开裂隙，被水浸湿后，裂隙回缩变窄或闭合，强度迅速降低。软质膨胀性围岩经过断裂和褶皱作用而产生破碎带，隧道开挖后受风化和吸水的影响，发生体积膨胀，对隧道的支撑或衬砌产生膨胀压力。因此在这种围岩施工中常出现初期围岩变形大，发展迅速等不良现象，具有使围岩压力增大的特点。一般会产生围岩普通开裂、坑道下沉、围岩膨胀突出和坍塌、隧道底部隆起、衬砌变形和破坏等形式的病害。

3.岩爆

岩爆是高地应力条件下地下工程洞室开挖过程中，因开挖卸荷而引发周边脆性围岩产生强烈的应力分异作用，储存于围岩中的弹性应变能突然释放，且产生爆裂松脱、剥离、弹射甚至抛掷等破坏现象，是一种动力失稳地质灾害。

4.岩溶

因为地下水中含酸性物质过多，导致岩石被分解融化。在工程中，地下水开采过度，导致地层压力失衡，或者是地下水平衡被打破，水量过于丰富，导致地下岩层中泥沙大量流失，导致地下形成空洞，再加上方压力过大，便会形成塌陷灾害。

三、隧道灾害治理方法讨论

1.滑坡、崩塌

若滑坡为坡残积土沿基岩顶面滑动，滑坡后基岩裸露，且处于暂时稳定状态，推断进一步发展与扩大的可能性甚小，边坡不高，则宜以路堑方案通过。采用抗滑桩和挡护结合整治的措施，并设天沟与渗沟拦截地表水和排除地下水。如果滑坡沿开挖临空的坡脚滑出，滑面随开挖深度而变化，说明岩性软弱，不宜继续下挖，宜改用隧道和明洞通过。如果滑坡地段是由于开挖失去平衡，加之雨水下渗，古滑坡复活，产生顺层推移式滑坡，则宜采用在滑体上部清方减载，回填反压，在滑体下部增加抗滑力。若出现在洞口，则采取增长明洞，并将明洞与暗洞的衔接处采用钢骨架混凝土加强衬砌，在洞顶增设纵向截水沟，拦截地表水。产生滑坡的一个重要因素是水体作用，故需完善滑坡体周围排水系统。

2.膨胀围岩

2.1 加强对围岩压力和流变量测。在膨胀地层中开挖隧道，开挖前应调查其特性和规模，参考其他类似情况的工程实例，认真实施设计文件所提出的技术要求。在施工过程中还应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测，分析其变化规律。对地下水探明其分布范围及规律，了解地下水对隧道施工的影响程度，以便根据围岩动态采取相应的施工措施。

2.2 选择合理施工方法在膨胀地层中开挖隧道，宜采用短台阶法或中央导坑法，但开挖分部不宜过多。应紧跟开挖尽快对围岩进行封闭，可用锚喷构筑法施工及钢拱架式格栅联合支护;膨胀压力很大时，可在隧道底部打设锚杆，也可在隧道顶部一定范围内打入斜向超前锚杆或小导管;形成闭合环。斜向锚杆的外斜角度、杆长、间距、范围等可按隧道设计规范设定。开挖时应尽量减少对围岩的扰动和防止水浸湿，故宜采用无爆破掘进法。同时在开挖过程中要尽可能缩短围岩暴露时间，及时喷射衬砌，减少围岩的膨胀变形。

2.3 加强支护。膨胀土地段隧道，除开挖后立即喷射混凝土外还要及早进行支护。拱圈灌注后，拱脚部位要立即设置足够强度进行支撑，以抵挡两侧围岩向内挤压变形。

3.岩爆

根据岩爆产生的条件（即围岩应力必须超过围岩强度，围岩为坚硬的脆性岩石），对其防治应从改善围岩应力条件和加固围岩入手，主要措施有：1）改善围岩应力。合理布置隧道位置，使其轴线方向尽量与主应力方向平行，选用合理的洞形;通过钻孔卸压法、钻孔水力破裂法（高压注水法）、分部（層、次）开挖及在岩面喷洒水使岩体软化等。2）加固围岩。包括对已开挖洞壁的加固和掌子面前方的超前加固，加固方法主要有锚喷、钢丝网锚喷、钢纤维喷混凝土、钢支撑和锚杆锚固等。3）防护措施。在台车上安装钢丝保护网以确保工人安全。

4.岩溶

隧道在岩溶地段施工时，应根据设计文件有关资料和现场实际，查明溶洞的分布范围、类型情况（包括大小，有无水，连通情况，溶洞是否在发育中以及有无充填物等）、岩层的稳定程度和地下水流情况（地下水的分布状态，有无长期补给来源，雨季水量有无增长）等，为施工治理措施的选取提供有效地质依据。目前常采用引、堵、越、绕等方法，同时加强衬砌。

四、结束语

对隧道工程地质灾害处理的好坏，一方面取决于对隧道工程地质灾害类型和成因的透彻分析和全面理解，便于从根本上解决问题;另一方面取决于对新技术的灵活掌握和合理利用，从地质预报着手，结合其它手段综合治理以取得良好的效果。

参考文献：

[1]王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，1993.

[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]李飞.不良和特殊地质地段隧道施工[J].西部探矿工程，2006（增 1）.

[4]张志强，关宝树.公路隧道在膨胀性围岩地段施工的稳定性分析[J].公路，2000（2）.