高速公路隧道工程不良地质处治施工探讨

摘要 文章针对隧道工程中经常遇到的不良地质条件，如穿越滑坡体、浅埋段、水平岩层、穿越水库、高瓦斯、泥岩遇水软化、渗水、松散破碎地质等，分析了这些不良地质对隧道施工的影响，并结合镇广高速通广段项目实际情况，提出了一些具体的处理措施。通过对这些不良地质条件的处理，可以有效地提高隧道施工的安全性和稳定性，确保工程的顺利完成，提出的不良地质处治方法对今后同类条件施工项目具有重要参考价值。

关键词 高速公路；隧道工程；不良地质；处治方法；施工技术

中图分类号 U455.49文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0135-03

0 引言

隧道工程是交通工程建设中非常重要的一部分，其施工环境复杂多变，常常会遇到各种不良地质条件。这些不良地质条件包括穿越滑坡体、水平岩层、穿越水库、高瓦斯、泥岩遇水软化、渗水、松散破碎地质等，它们会对隧道施工产生严重的影响，增加施工难度和风险。因此，针对这些不良地质条件，采取合理的处理措施是非常必要的。

1 常见的隧道工程不良地质条件

高速公路隧道工程中可能遇到的不良地质条件包括：

（1）岩层崩塌：地下岩层的稳定性不好，容易发生崩塌、坍塌等现象，给隧道施工和使用带来风险。

（2）地下水涌入：地下水位较高或者地下水压力大，会导致隧道施工过程中地下水涌入，增加施工难度和风险。

（3）地质构造断裂：地质构造断裂带的存在会导致隧道施工中的地层错动、位移等问题，增加施工风险。

（4）软弱地层：隧道施工中遇到软弱地层，如黏土、软土等，会导致隧道的稳定性和承载力下降，需要采取相应的加固措施。

（5）地震活动：地震活动频繁的地区，隧道工程需要考虑地震对隧道的影响，采取防护措施。

针对这些不良地质条件，需要进行详细的地质勘察和预测，采取相应的工程措施和技术手段，确保隧道的施工和使用安全。

2 公路工程项目概况

该项目位于巴中市通江县广纳镇，起于檬子垭村（K110+500），与镇广高速王坪至通江段止点相接，于通江县东山乡构花坪村设置广纳互通连接广纳至东山公路，止于赵家塝大桥后达到终点（K117+537），全线长7.04 km。该项目有隧道1座，其中ZK111+341～ZK111+767广纳高瓦斯隧道左线全长3 426 m；K111+345～K114+769广纳高瓦斯隧道右线全长3 424 m，隧道宽10.75 m，最大埋深305 m。

3 不良地质处治施工技术

3.1 富水地段注浆堵水施工技术

3.1.1 项目富水情况

隧址区域水文地质简单，但雨量较大，地表、地下水流失较快，隧道施工段落存在断裂带。隧道穿越的地层岩性主要以白垩纪系下统苍溪组的粉砂质泥岩及砂巖为主，地下水类型主要为基岩孔隙裂隙水，考虑场地内降水主要集中在5—10月，隧道一般涌水量按6 760.6 m?/d考虑，最大涌水量按计算涌水量的2倍考虑，即Q=13 521.2 m?/d。为保证施工及结构安全，降低施工的风险性，富水地段应采用动态施工。

3.1.2 富水地段处治措施

（1）为保证施工及结构安全，隧道掘进通过时，必须针对性地采取综合地质超前预测、预报及超前探测。

（2）全隧道于施工前、施工中、竣工后均设置地表上、下水文综合监测网，充分掌握隧道影响带范围内地表水库、泉眼、深井及地下洞室开挖过程中，平时及汛期的水位变化情况、水量大小、冲沟流速、流量等资料，通过及时地分析、对比，及时调整隧道施工方案和措施[1]。

（3）按照“先预报、常观测、帷幕堵、限量排、强支护、快封闭、早衬砌”等综合处理措施，采用远、中、近距离相结合的综合超前地质预报手段，充分利用TSP地震波预报仪、红外探水仪、瞬变电磁仪、地质雷达及岩芯快速钻机等设备。

（4）根据所确定的堵水注浆参数和注浆方法，采用RPD隧道注浆集成系统对工作面前方（或后方）高压水进行处理，以确保施工安全和地下水环境不被破坏[2]。

根据地质资料，洞内围岩注浆加固设计了三种加固措施，分别是超前预注浆、开挖后注浆、补注浆措施。

实际施工时应根据探明的水量、水压及动态变化情况，实时调整注浆方案及段落。隧道注浆措施见表1。

3.2 突水、突泥预报及防治技术

隧道工程中的突水、突泥灾害是隧道工程施工过程中面临的重要安全问题。这类灾害通常是地质构造复杂、地下水丰富导致的。预防和控制这类灾害需要综合运用地质勘查、监测预警、施工技术和应急预案等手段。防治技术主要包括以下内容：

（1）建立完善的地质勘探体系：在地下工程建设前，应进行详细的地质勘探，了解地下水位、岩性、构造等信息，为突水、突泥预报提供基础数据。

（2）采用先进的监测技术：通过安装水位、压力、渗流等传感器，实时监测地下水的变化情况，为突水、突泥预报提供实时数据。

（3）建立突水、突泥预警模型：根据地质勘探和监测数据，建立突水、突泥预警模型，对可能发生突水、突泥的区域进行预测。常用的预报方式或模型包括：地质素描、红外线探水仪检测、超前水平钻孔探测、TSP202地质预报系统检测以及R24型工程地震仪检测等，在实际使用中可根据涌突水情况差异合理使用。

（4）制定应急预案：针对可能发生的突水、突泥灾害，制定应急预案，明确应急响应流程和措施，确保在发生灾害时能够迅速有效地进行应对。

（5）加强施工管理：在地下工程施工过程中，应加强对施工质量、施工方法等方面的管理，确保施工过程中不会引发突水、突泥灾害。

（6）采用防治措施：对于可能发生突水、突泥的区域，可以采取排水、注浆、加固等防治措施，降低突水、突泥灾害的发生概率。常用的是注浆堵水加固技术，分为超前预注浆和后注浆两种，前者主要是在开挖前进行钻孔预注浆，以达到注浆堵水的目的；后者是在开挖支护之后进行注浆，以弥补前期支护过程中不满足要求的堵水方式[3]。

3.3 塌方处治及防治技术

3.3.1 隧道塌方产生的主要原因

塌方过程大致为：隧道岩体开挖—隧道中岩体围岩发生塑性变形—变形岩体发生塌方或对变形岩体采取支护措施—支护后岩体仍发生变形—塌方。从隧道塌方的过程来看，塌方的发生主要是由于开挖对原来稳定的岩体有扰动，破坏原有结构的稳定而导致在隧道的开挖过程中，开挖支护后都有可能发生塌方。隧道洞口地段覆盖层3.5 m，强风风化层2.9 m和12.5 m，层间结合力差；该项目隧道最大埋深约270 m，洞身围岩多属软岩—较软岩，造成稳定性差，有可能产生塌方。

3.3.2 隧道塌方处理措施

当发生塌方时，应迅速采取措施防止塌方范围扩大，包括加固未塌方的地段，为清理塌方做好准备。同时，需要摸清塌方的情况，包括塌方的范围和塌方后围岩的现状。分析塌落的原因及性质、间歇规律以及塌方现场的情况[4]。

（1）对于小规模的塌方，可采取以下措施：①清除塌方体后及时进行加固处理，以防止岩体塌方规模的扩大。②若原有支护措施由于塌方导致破坏，则应对原有支护措施进行补救加固，以防止塌方进一步扩大。③在塌方体范围内进行新的支护措施，如喷混凝土、打支护锚杆、浇筑衬砌混凝土等措施，以防止塌方的进一步扩大。

（2）对于大规模的塌方，可采取以下措施：①塌渣体堵死洞身时，采取“大塌穿过”的办法，先采用大管棚、超前小导管等措施稳固围岩体和渣体，待塌方体或岩体稳定后，再从上至下进行塌方体清除。②采取“治塌先治水”的办法：遇到水量丰富的隧道项目，在处理塌方时应先做好防、排水措施，以防止地表水渗入塌方体部位，影响岩体的稳定，导致更大规模的塌方出现[5]。

综上所述，处理隧道塌方需要根据实际情况采取相应的措施以防止塌方范围扩大，并尽快恢复隧道的正常施工。

3.4 高瓦斯隧道施工处治措施

3.4.1 高瓦斯隧道基本情况

由于税家槽背斜对税家槽油田天然气运移作用，隧址区整体式油气运移指向区和聚集区，沿线地层容易受天然气侵染。根据税家槽油田勘探生产资料，产生的天然气主要成分为甲烷。隧址区已有隧道施工没发现含硫及其他有害气体存在，有害气体主要以可燃气体甲烷（CH4）为主。隧道现场有害气体检测和室内试验均没有发现含硫有害气体。无论是从石油天然气地质背景定性分析，还是从现场测试结果来看，都说明了拟建隧道施工过程存在浅层天然气危害，整体危害较小，但局部存在高瓦斯风险，ZK111+341～ZK114+767、K111+345～K114+769为高瓦斯段落，综合判定广纳隧道为高瓦斯隧道。根据技术规范要求，高瓦斯工区隧道洞内通风风速不应小于0.5 m/s。

3.4.2 高瓦斯隧道處治措施

在施工高瓦斯工区时，均采用相应安全等级的瓦斯专用炸药及雷管。炸药采用普通乳化炸药，雷管采用电子数码雷管。起爆器应采用电力起爆，选用防爆型起爆器作为起爆电源，一个开挖工作面不应同时采用两台以上起爆器。起爆器母线应采用具有良好绝缘和柔顺性的铜芯电缆，严禁用裸线或铝线芯代替，母线应采用单回路。瓦斯工区隧道施工宜采用光面爆破，控制超欠挖，当围岩软弱时采用机械开挖，应及时喷混凝土封闭围岩以减少瓦斯溢出。瓦斯等有害气体浓度控制及处理措施见表2。

4 高速公路隧道工程不良地质施工关注要点

高速公路隧道工程中的不良地质条件可能包括岩层崩塌、地下水涌入、高瓦斯等问题，这些都会对隧道的施工和使用造成影响。针对不良地质条件，可以采取以下措施：

（1）地质勘察：在设计阶段和施工前，进行详细的地质勘察，了解地质条件和地下水情况，以便采取相应的处理措施。

（2）地质预报：利用现代地质预测技术，对隧道施工过程中可能出现的地质问题进行预测和评估，提前采取相应的施工措施。

（3）地质处理：针对不良地质条件，采取相应的处理措施，如加固支护、注浆封孔、排水降水等，确保隧道的施工和使用安全。

（4）施工监测：在施工过程中，进行地质监测和变形监测，及时发现地质问题并采取对策。

（5）风险评估：在施工过程中，进行地质风险评估，及时调整施工方案和采取相应的风险控制措施。

在隧道工程中，对不良地质条件的处理需要综合考虑地质、工程、环境等多方面因素，确保隧道工程的安全性和可靠性。

5 结语

隧道工程中的不良地质条件对施工安全和工程质量有很大的影响。针对不同的不良地质条件，应采取相应的处理措施，以提高隧道施工的安全性和稳定性。在未来的隧道工程建设中，应加强对不良地质条件的勘察和分析，提高设计和施工水平，以确保工程的顺利完成。

参考文献

[1]许逢寿， 陈宁青. 京珠高速公路粤境北段隧道工程施工工艺及不良地质段整治措施[J]. 辽宁师专学报（自然科学版）， 2004（1）： 70-73.

[2]孙振川， 游金虎. 高压富水隧洞硬岩地层径向注浆堵水施工技术及应用[J]. 隧道建设（中英文）， 2017（11）： 1455-1461.

[3]刘刚锋. 公路隧道施工不良地质灾害对策研究[D]. 西安：长安大学， 2011.

[4]李金明. 公路隧道常见不良地质段施工方案及质量保证措施[J]. 四川建材， 2021（4）： 103-104.

[5]扶勇. 高速公路隧道不良地质段施工技术对策——以四川宜泸高速公路隧道工程为例[J]. 江西建材， 2016（3）： 167.

收稿日期：2023-11-28

作者简介：孙飞（1984—），男，本科，工程师，从事高速公路项目施工管理工作。