试述公路隧道施工中不良地质判断与处理技术
2019-08-14郑周红
郑周红
摘 要：对于公路隧道施工而言，穿越不良地质地段是重难点之一，一旦判断处理不当极易引发变形、塌方、涌水涌泥等地质灾害，不仅影响施工作业的顺利开展，而且威胁到作业人员的人身安全。对此，必须对隧道地质情况有一个全面的了解，及时发现异常情况，明确掌子面前方不良地质体的位置、产状，合理选用施工技术与相关辅助措施，做好不良地质地段的处理工作，实现预期施工目标。
关键词：公路隧道;不良地质地段;危害;处理措施
1 公路隧道施工中的不良地质及其危害
不良地质是公路隧道施工面临的关键问题之一，主要是由各种地质作用与人类活动所致，包括断层破碎带、不稳定边坡、岩溶、地震区、高地应力等。隧道工程建设中，若是地质判释不到位，则在不良地质条件地段极易出现施工灾害，如穿越裂隙发育围岩、断层破碎带，易引发隧道塌方;穿越岩溶地段，易出现突水、涌水、岩溶塌陷等灾害;穿越大埋深高地应力地段，易导致岩爆、大变形等灾害。上述灾害的出现，均会阻碍隧道施工的顺利进行，甚至会引发人员伤亡、工程失败等问题，后果不堪设想。基于此，公路隧道施工中必须认识到不良地质和地质灾害预防、处理的重要性，根据相关理论研究成果与施工经验对不良地质情况进行预判，并据此合理选择相应的预防与处理技术，切实保证隧道施工安全。
2 公路隧道施工中典型不良地质判断与处理措施
2.1 不良地质地段综合处理方案
公路隧道施工中，一旦遭遇不良地质地段，且无任何预防、处理措施，极易引发严重的安全事故，要顺利通过此类地段，降低施工风险，必须做好综合处理工作：（1）落实地质勘测工作，查明隧道所处范围内的地形、地质状况以及水文条件，明确不良地质情况;（2）采用超前地质预报系统开展超前地质预测，结合地质勘测资料等对掌子面前方地质情况进行综合分析、判断;（3）根据超前地质预测结果，合理选择开挖、支护技术，安全穿越不良地质地段;（4）开挖中实施监控量测，根据量测结果指导后续施工。
2.2 典型不良地质判断
2.2.1 断层地质
隧道修建过程中，地质灾害的发生往往均有断层的“参与”，因此在施工中必须要对掌子面前方潜伏的断层及其破碎带进行准确预报与评价，主要探测技术有浅层地震勘探、电法勘探、地质雷达、井间层析成像等。
2.2.2 岩溶地质
隧道中岩溶地质较为常见，包括多种类型，如洞穴型、裂隙型、管道型、大型岩溶等。应根据既有资料制定预报方案，各级别地段选择不同预报手段，包括长距离、中长距离以及短距离预报，并对各种信息进行整理，最终提出预报结论以及工程措施的建议。
2.2.3 偏压地形
偏压指的是隧道左右两侧承受的荷载不同、结构内力不对称。影响隧道偏压的因素较多，包括地质、地形以及人为施工等，这对判断隧道是否偏压以及偏压的大小造成了阻碍。（1）普通地质条件下（无大地应力、特殊岩类），隧道外侧到地表垂直距离t值要不能大于表1数值，这样就能够视为地形偏压隧道。（2）现场测量的支护结构不同位置承受的荷载，其所受的压力明显不对称则为偏压隧道。（3）计算偏压率P值，即：取高程相同、水平相对距离为D的一系列节点，计算埋深较大节点与埋深较小节点的竖向应力比值，具体偏压分级为：P≤1.2，轻微偏压;1.2
2.2.4 涌水灾害
涌水灾害主要是隧道开挖破坏了含水结构所致。提前做好涌水量预测工作十分关键，应根据隧道所在地区水文地质条件、开挖施工方法，选择涌水量预测计算方法，包括确定性数学模型方法和随机性数学模型方法。前者有比拟法、径流模数法、解析法、水均衡法、数值方法等;后者有“黑箱”理论、灰色系统理论、时间序列分析、频谱分析法等。
2.2.5 塌方灾害
隧道塌方灾害，从根本上来看主要是对围岩稳定性、喷锚支护结构作用原理认识不到位所致。为保证施工安全，必须及时发现塌方征兆，根据不同情况合理选择开挖支护方法与塌方处治措施。常用的预测方法有观测法、简易预测法、微地震学测量法、声学测量法等。
2.3 典型不良地质处理措施
2.3.1 断层地质的处治措施
断层地质地段施工，需做到“短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”，合理选用施工方法，各工序协调统一、快速通过。（：1）采用快速开挖方法：为加快开挖施工速度，软弱围岩及断层破碎带施工宜采用预留核心土开挖三台阶分部开挖法或CD法施工，对于部分无法采用此技术的地段，也应根据实际断层情况，选用半断面微台阶、上下断面顺序开挖法以及微震爆破技术等。（2）合理选用支护方式：包括喷锚网联合支护、钢架支护以及超前支护（常用的有超前管棚和小导管注浆）等。
2.3.2 岩溶地质的处治措施
岩溶地质地段处理需做到“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”，不同情况需采取针对性的处治措施：（1）无充填/半充填小型溶洞：隧道拱部、边墙溶洞，宜采用C25喷射混凝土回填;隧道基底溶洞，宜采用C25混凝土回填密实。（2）充填型小型溶洞：隧道拱部、边墙溶洞，若是填充物已滑落，需将其清除干净后采用C25混凝土回填密实;若是未滑落，则需采用锚喷防护;隧道基底溶洞，需将填充物清除，采用混凝土回填密实。（3）隐伏型溶洞：采用地质雷达等进行岩溶检查，检查出的隧道開挖轮廓线外的5m范围内有隐伏型溶洞存在时，则采取局部注浆回填措施。（4）大型干溶洞：拱部、边墙溶洞采取回填处理方法;基底溶洞需根据不同发育特点选择针对性的处理方案，包括“托梁+板跨”方案、钢管群桩加固方案、桩基托梁方案、充填方案、梁跨方案、跨拱方案等。
2.3.3 偏压地形的处治措施
应严格根据前期调查情况制定处理方案，可以采用短台阶法预留核心土开挖，做好支护工作，解决偏压问题。
2.3.4 涌水灾害的处治措施
涌水灾害处理方法的选择，需对综围岩条件、涌水量、埋深等因素合考虑，以排水法和止水法结合应用为宜，即为涌水处理方法分类情况。排水法可降低地下水位、减轻工作面涌水压力，费用低、工期短，主要包括导坑排水、钻孔排水、井点排水、深井排水等。止水法用于封堵裂隙、隔离水源、改善施工条件。注浆止水适用于高水压地段、含水断层破碎带;冻结法止水适用于复杂含水地层尤其是深厚冲积层;气压法止水适用于软弱层，主要与盾构法一起使用。
2.3.5 塌方灾害处治措施
（1）小塌方处理：①稳固塌方体两端洞身，迅速喷射混凝土封闭塌穴顶部、侧部，完成清渣工作;②在保证安全的同时，在塌渣上对临时支架架设，使顶部稳定并清渣，完成混凝土衬砌后方可将拆除支架。（2）大塌方处理：大塌方的处理方法众多，包括护拱法、钢纤维喷锚支护、大管棚支护、地表钻孔注浆技术、小导坑处理技术、超前小管棚处治技术、插筋排架法处治技术、混凝土倒灌法处理技术等。具体根据隧道实际情况合理选择。（3）塌方发生时水的处理：塌方通常会与地下水的活动相关联，治塌先治水，具体措施为：地表沉陷、裂缝，均以不透水土壤夯填，开挖截水沟，避免地表水渗入塌方体;塌方通顶时，在陷穴口地表四周实施挖沟排水。
3 结语
综上所述，基于我国各地区公路的高速发展，隧道修建数量持续增加，不良地质段施工问题日渐突出。本文从隧道不良地质的判断与治理两方面入手，着重分析了几种典型不良地质的处理，通过预防和治理措施的综合应用，切实保证了隧道工程的圆满完成。
参考文献：
[1] 汪俊，陈光明，张家新.浅谈齐岳山公路隧道不良地质处理[J].中国西部科技，2009（28）：9～11.
[2] 吕乔森，左昌群，梁禹.公路隧道施工地质预报方法选取与预警机制建立[J].中外公路，2012（5）：207～211.
[3] 方建华，甘鹏路，林廷松.隧道涌水段不良地質探测及围岩变形规律研究[J].隧道建设（中英文）2013（3）：203～208.
