云南地区高速公路隧道预防塌方措施

孙 才 中铁十二局集团国际工程有限公司

1 前言

随着我国高速公路建设的快速发展，根据交通部2004 年规划的“7918网”，十三年高速公路通车里程增加约500%。在高速公路施工建设过程中，不可避免的遇到各种各样的不良地质现象，造成隧道的开挖风险大、前期支护困难、突水突泥、拱顶下沉、沉降收敛侵限等一系列问题。

2 工程概况

2.1 依托项目概况

本项目位于云南省临沧市，本标段线路全长5.48km，主要有隧道2座，单洞总长9628m（大兴隧道左洞长2910m，右洞长2910m，扎拉寨隧道左洞长1913m，右洞长1895m）。

2.2 地形地貌

项目区位于云南滇西地区，地势总体上东北高、西南低，为怒山支脉，高低起伏大。由于风的影响和河流侵蚀的作用，地形复杂，形成了高、中山、峡谷和各种形状的山间盆地。项目区内海拔为1503.3m～2383.5m，最大相对高差880.2m。隧道区内海拔为1511.46m～2371.05m，最大相对高差859.59m。隧道地段植被茂密，覆盖较厚，地貌属于中山地貌。

2.3 区域地质构造

项目区域经历了多次地壳运动，地壳形迹极为复杂。根据区域地质构造轮廓及构造形迹的空间展布和性质，断裂发育呈北东——南西向延伸。本段受构造运动影响，岩层有压扭性特征，产状变化较大，岩体破碎，差异风化突出。因其覆盖层厚，植被茂密，山势陡峭，露头有限，地表断层形迹不显。

2.4 水文、气象

场区位于北回归线南侧附近，属亚热带气候，海拔相对高差大，地形复杂，立体气候明显。全年日照时间长，霜期短，气候温和，干湿季分明。气候冬暖夏凉，构成了多种多样的生态环境。

3 云南地区主要地质条件特点

（1）断裂构造较发育，围岩坚硬性差，地质条件复杂多变，施工中需频繁变换开挖工方法，并根据地质条件随时调整支护措施。（2）地下水丰富、围岩节理裂隙发育、完整性差，施工过程中若初期支护不能达到设计、规范要求，就会达到围岩稳定的临界平衡点，易发生初支侵限甚至塌方。（3）爆破开挖后围岩破碎，局部产生掉块失稳，暴露时间过长易风化掉块。

在本项目施工几年来，上述三个地质条件特点，致使隧道在开挖过程经常发生中塌方，塌方处理需要大量的人力、物力和时间，对项目安全、效益和工期等方面都造成了诸多不利影响。根据本项目三年来的施工经验和总结，在采取相应的地质预报方法，运用适当的超前预防措，能够有效预防和避免塌方的发生。

4 预防塌方的具体措施

4.1 超前地质预报

常用的超前地质预报方法有有三种，一是电磁波法即地质雷达，二是超前探孔，三是地震波法即TSP。三种方法的原理及布置图如图1所示。

图1 三种超前地质预报方法的原理及布置图

超前地质预报方案拟定以下四种，根据现场实际情况选择合理方案。（1）地质雷达超前地质预报方案：适用于短距离隧道不良地质地段。（2）TSP超前地质预报方案：适用于中长距离隧道不良地质地段。（3）SP 与超前地质钻探（1 个孔）综合方案：在工程地质与水文地质较复杂地段，仅采用TSP超前地质预报系统不能满足施工需要，需补充超前地质钻孔对TSP预报成果进行核查与确认。（4）TSP与超前地质钻探（3个孔）综合方案：在断层、地质条件极差及初步判断前方含水量大时采用。

4.2 加深炮孔

加深炮孔作为单独的工序，在立架施工工序中施工，在将要开挖的掌子面上施做加深钻孔来探测前方围岩的地质情况。根据围岩情况一般布设3～5个钻孔，钻孔深度视3m～5m。依靠对钻进速度及岩碴变化以及钻孔涌水状况、水压、水量、颜色、水质等判定前方地质情况及下个循环的循环进尺。钻孔过程如发现存在异常的(如突水、突泥、溶洞)及时采取措施。

4.3 控制开挖参数

施工原则：短进尺、弱爆破、紧封闭。在软弱围岩中，由于岩体破碎松散，节理裂隙密集，整体性差，岩石物理力学性质差异大，开挖后围岩自稳能力较差，掘进进尺稍有不当，就可能造成局部或者大范围的失稳塌方，给施工安全、进度和效益带来很大的损失。因此，要利用超前地质探测、围岩监控量测结果分析，针对不同地质条件选择不同的开挖施工方案、钻爆参数。

4.4 监控量测

在隧道施工过程中，现场监控量测对隧道不良地质非常重要，是确保开挖、支护稳定安全的重要手段之一。通过分析总结监控量测结果，及时准确掌握围岩结构及支护的稳定状态，及时调整支护参数，保证施工和结构安全。

（1）监控量测点的布设

监控点的布设要保证初始读数在开挖后8h～12h 内，和下一循环开挖前完成测取。测点应安设在距开挖面1m～3m范围内，保证不大于一循环进尺，并细心保护，不受下一循环爆破的破坏。各项沉降、收敛位移的测点，一般可布设在同一断面内，测点统一记录在一起，测设结果可以相互印证，协同分析与应用。

布设要求：IV 级围岩10m/组；V 级围岩5m/组。在两组监控量测点中间进行断面扫描以加强观测，围岩不好时适当加密。

（2）围岩量测频率

围岩量测频率根据位移速度和开挖面距离控制。具体频率见表1。

表1 围岩量测频率表

（3）数据分析

量测结果应按下列要求进行隧道稳定型综合判别。见表2。

表2 围岩量测变形管理等级表

①围岩量测最大位移值不大于表2 所列隧道周边允许相对位移值的1/3，可认为初期支护达到基本稳定。

②围岩量测最大位移值大于表2 所列隧道周边允许相对位移值的1/3且不大于2/3时，应加强支护。

③围岩量测最大位移值大于表2 所列隧道周边允许相对位移值的2/3时，应停工并且采取特殊措施后方可施工。

5 结束语

云南滇西地区高速公路隧道地质复杂围岩多变的特点，致使隧道施工过程中塌方发生的概率增加，造成施工过程的难度随之增加。所以施工中必须全面了解隧道范围的地质条件，分析可能造成隧道塌方的原因及对隧道施工的影响，选择合理有效的预防措施，减少和避免隧道塌方的发生。

在临清高速公路建设施工中，我部承建的两座隧道地质情况复杂多变，经常出现地质断层、围岩软弱、破碎等不良地质情况。因施工过程中提前有效的了解了前方地质情况并制定相应的技术措施，有效减少、避免塌方的发生，使隧道塌方对施工的影响降到最低。