浅埋破碎地质隧道支护中的地质灾害评估与防治

2024-05-17张众江

运输经理世界 2024年7期

关键词：应急隧道评估

张众江

（中国中铁一局集团有限公司，陕西西安 710000）

0 引言

地质灾害主要是由于地下岩土结构破碎、构造活动或地下水流动等多种因素引起，对于浅埋破碎地质隧道而言，这些灾害可能导致隧道结构的不稳定、支护结构的破坏，甚至给施工人员的生命安全造成潜在威胁。

传统的地质灾害评估与防治方法可在一定程度上满足工程需求，但由于地质条件的高度复杂性，需要更为精准和差异化的研究来确保工程的安全推进。因此，迫切需要深入研究浅埋破碎地质隧道支护中的地质灾害评估与防治问题。

1 浅埋破碎地质隧道支护中的地质灾害类型及特征

随着城市化进程的不断推进，地下隧道工程逐渐成为当代城市建设的重要组成部分。然而，在浅埋破碎地质隧道支护过程中，地质灾害的类型与特征对于工程设计和施工安全具有深远影响。

第一，岩爆作为一种典型的地质灾害，其特征主要体现在岩体内部受巨大应力的作用下，出现破裂并释放出大量能量，这一现象通常与隧道施工中的高地应力和岩石层的脆性特性密切相关。相关研究表明，岩爆在支护中的主要特征包括岩石碎裂粒度的急剧增加、支护结构受力分布的非均匀性等。为了更加深入地理解岩爆的发生机制，可以通过地质雷达技术进行实时监测，以获取更为详细的数据支撑。

第二，地层滑动作为一种常见的地质灾害，其特征在于地下岩土层发生滑动，引起结构变形。地层滑动的成因复杂多样，其涉及土壤类型、坡度、地下水位等多种因素。在实际支护过程中，通常观察支护结构表面的裂缝、地层滑动带的形成等现象。通过分析发现，地层滑动具有一定的规律性，但受多因素影响而表现复杂，这种复杂性使相关人员在设计支护方案时必须综合考虑多种因素，以确保工程的长期稳定性。

第三，地下水突涌是浅埋破碎地质隧道中的潜在威胁，其特征在于地下水在短时间内突然涌入隧道，这一现象通常由于地下水位突变、工程施工破坏地下水层的自然平衡等原因引起。实践表明，地下水突涌会导致隧道内水压急剧上升，给支护结构带来不可忽视的挑战。通过对地下水位、岩土渗透性等多个因素进行监测，可以更好地预测地下水突涌的可能性，并制定相应的支护措施。

2 浅埋破碎地质隧道支护中的地质灾害评估方法

2.1 地质灾害类型识别

在浅埋破碎地质隧道支护中，地质灾害评估的重要性不可忽视。其中，地质灾害类型的准确识别是支护工程的基础，其关键在于对地质调查资料的详细分析。

首先，应采用高精度地质雷达和地震勘测等现代技术手段，获取地下岩土层的结构信息。通过对这些数据的综合分析，可以初步确定可能存在的地质灾害类型。例如，在识别岩爆的过程中，应关注地下岩石的裂缝分布、应力分布等特征，通过这些指标判断岩爆的可能性。

其次，需要结合实地考察和钻孔取样等手段，获取更为精确的地质信息，这些信息包括但不限于土层的厚度、地下水位、岩石的物理力学性质等。以地层滑动为例，通过对土层的物理力学性质进行试验室测试，可以获得土体的抗剪强度、内摩擦角等参数，从而在实地调查中更准确地判断地层滑动的风险。

再次，在地质灾害类型的识别中，可以借助先进的计算机模拟技术。通过建立地下模型，模拟不同地质条件下的应力分布、渗透情况等，进一步验证和调整相应的识别结果，以提高识别的准确性，为后续的支护工程设计提供可靠的基础数据。

最后，需要注重实地经验的积累。通过对历史工程进行深入分析，总结地质灾害的发生规律和特征。例如，通过比对多个隧道工程支护前后的状况，可以发现一些普遍存在的地质灾害迹象，从而提高对新工程地质灾害类型识别的准确性。

2.2 地质灾害风险评估

首先，地质灾害风险评估的核心在于全面考量多因素，以确保对潜在威胁的准确洞察。在此过程中，应通过对地质条件、隧道工程设计等方面的详细调查，收集充分的基础数据，包括岩土体性质、地下水位、地下构造等多个参数。通过高精度仪器获取的数据为后续评估提供可靠的依据。

其次，在地质灾害风险评估中，需要综合应用多种先进技术。借助现代地质雷达、地球物理勘测和卫星遥感技术，能够迅速获取大范围、高精度的地质信息，从而更准确地判断地质灾害的可能性。同时，可以建立三维地质模型，模拟不同地质灾害场景，为风险评估提供更为细致的数据支持。

最后，在评估过程中，需要引入定量指标。通过采用复杂的数学模型，结合试验数据，可以对地质灾害风险进行更为准确的量化。通过深入分析，可以在评估过程中更好地权衡不同因素的影响，从而提高评估的科学性和准确性[1]。

2.3 地质灾害风险区划

地质灾害是地下工程面临的重要挑战，而浅埋破碎地质隧道支护中的地质灾害风险区划尤为重要。地质灾害风险区划旨在根据综合性的评估结果将区域划分为高、中、低风险区，以便有针对性地采取支护措施。

基于地质灾害评估结果，可以制定科学的划分标准。考虑不同地质条件下的灾害概率和影响程度的差异，应采用综合性的指标，包括地质构造稳定性、地下水位、地层岩性等，通过对这些指标进行定量分析，能够精准判断不同区域的地质灾害风险水平，为隧道工程后续的支护工作提供明确方向。

此外，针对不同风险区域，应制定相应的支护措施。在高风险区，可以采用更为牢固的支护结构，如预应力锚杆、喷射混凝土等，以增强隧道的整体稳定性；在中风险区，应注重排水措施，通过建立有效的排水系统，降低地下水压力，有效防止地下水突涌；而在低风险区，应注重经济性和可持续性，选择合适的支护方式，以保障工程的顺利推进[2]。

3 浅埋破碎地质隧道支护中的地质灾害防治措施

3.1 支护结构优化

在浅埋破碎地质隧道工程中，地质灾害是一项严峻的挑战，因此，有效的支护结构优化方案将成为确保隧道稳定性的关键因素。

第一，预应力锚杆的应用是支护结构优化的重要手段。通过在隧道周边地层埋设预应力锚杆，能够有效改善地层的承载能力，降低隧道因地质灾害而引起的位移和沉降风险。试验证明，在类似工程中，预应力锚杆支护结构相较于传统支护方式抗震能力和稳定性更高，其能够在保证隧道整体结构稳定性的同时，降低地质灾害发生的概率。

第二，喷射混凝土作为支护结构的一部分，其在地质灾害防治中的应用具有显著优势。通过在地层表面喷射高强度混凝土，可以形成一层坚固的保护层，提高地层的整体稳定性。此外，在喷射混凝土的过程中，可以针对地层的不均匀性进行调整，确保支护结构在复杂地质条件下仍能够发挥最佳作用，这种灵活而高效的支护方式在实际工程中得到广泛应用。

第三，钢拱架作为一种创新的支护结构形式，其具有独特的优势。通过在隧道顶部安装钢拱架，能够有效分担地层荷载，减缓因地层变形引起的地质灾害风险。相关研究表明，在一些地质条件较为复杂的工程中，钢拱架支护结构具有更强的抗变形能力，这种创新性的支护方式可为地下工程提供可行的解决方案，尤其在浅埋破碎地质条件下的隧道工程中显得更为突出[3]。

3.2 排水措施

在浅埋破碎地质隧道工程中，地质灾害的防治尤为重要。

首先，排水措施作为地质灾害防治的核心环节，其实施质量至关重要，因此应制订科学有效的排水措施。同时，在浅埋破碎地质隧道支护中，需要采取一系列科学合理的手段，以确保排水系统的高效运行，从而有效降低地下水压力，防范潜在的地下水突涌灾害。此外，可以采用地下水位监测技术，实时监测隧道周边地下水位的变化。通过建立监测站点，并借助现代无线传感技术，能够实现对地下水位的高频实时监控，从而提供实时的地下水动态数据，更准确地把握地下水的变化趋势，及时采取相应的排水措施。

其次，可以在隧道周边布置相应的排水井网。通过分析地下水流动规律，可以确定排水井的布置位置，最大程度地降低地下水压力。排水井的设计将考虑地层的渗透性、水文地质特征等因素，以确保排水系统能够全面有效地降低地下水位，从而减缓地下水对隧道结构的压力。同时，可以引入数学模型对排水系统进行优化设计。通过数值模拟，可以分析不同排水井布置方案对地下水位的影响，并选择最优方案，这一步骤需充分考虑地质条件的复杂性，通过科学的模型分析，为排水措施的实施提供可靠的依据。

此外，在实际工程中，应考虑地下水的化学性质，采取相应的水质处理手段，以防止地下水对支护结构产生不利影响，包括对地下水的pH 值、溶解物质含量等进行监测和调控，确保排水系统运行的稳定性和可持续性。

3.3 施工控制

为确保浅埋破碎地质隧道支护工程的安全性和可持续性，施工控制显得尤为关键。

首先，针对爆破环节，应采用一系列综合的控制手段。在设计爆破方案时，充分考虑地层的差异性和特殊性，采用数字模拟技术进行爆破效果的优化预测。相关人员可以通过试验数据的支持，建立适用于不同地质条件的爆破参数标准，确保在爆破过程中减少地质灾害的发生概率。此外，可以引入实时监测系统，对爆破振动、裂隙扩展等进行在线监测，一旦超出预设范围应及时响应，最大限度地减小地下结构的变形风险。

其次，针对开挖环节，应强调对地质信息的综合利用。通过引入先进的勘探技术，可以获取更为准确的地下结构数据，从而实现对开挖过程中地层变化的实时监测。同时，建立多维度的地质模型，对地层稳定性进行全面评估，为开挖工程提供科学依据。在具体实践中，相关人员可使用高精度的测量仪器，如全站仪、地质雷达等，对开挖过程进行多角度、多层次的监测，以保障工程的平稳推进。

再次，在支护环节，应强调施工控制的差异化策略。通过深入分析不同地质风险区域的特点，可根据具体情况选用适宜的支护措施。

最后，在施工控制中，应建立科学的管理体系，包括定期的施工进度评估和风险分析，以便在发现任何可能影响工程进展的情况下及时采取应对措施。

此外，通过引入现代化的监测技术，如智能传感器和实时数据分析系统，可以实现对施工现场各项指标的实时监控，从而更加精准地预测潜在问题并采取预防性措施，提高工程管理的科学性和精准性。

3.4 应急处理

在浅埋破碎地质隧道工程中，应急处理是保障工程安全的最后一道防线，其实施需要系统的计划和高效的执行。

首先，应制订全面且实用的应急预案，该预案将覆盖地质灾害的各个可能性，包括地质结构不稳、隧道支护系统失效、地下水突涌等情况。通过科学分析不同地质条件下的应急情景，能够合理确定各类地质灾害的应急处置方案。这一预案将综合考虑人员撤离、紧急支护、设备保障等多方面因素，以确保在灾害发生时，工程人员能够迅速作出正确决策。同时，应加强现场救援力量。在工程施工过程中，可以设置专门的救援队伍，其包括具有地质灾害处理经验的专业救援人员、工程技术人员等，该人员应接受专业培训，熟悉应急处置流程，并掌握现代救援技术，确保在灾害发生时能够迅速、有序地展开救援行动。

其次，为了进一步提高应急处理的效率，可以采用先进的通信技术，建立紧急通信网络，确保各级指挥中心和救援人员之间能够及时、畅通地沟通。此外，可以应用卫星遥感技术，实时监测地下结构的变化，为应急决策提供科学依据，从而使应急处理更加精准、迅速。

最后，在实际工程中，需要进行应急演练。定期模拟灾害发生的场景不仅是对应急预案可行性的全面检验，更是一个持续优化预案细节的过程，这种模拟演练可为工程人员提供难得的机会，使其熟悉应急处置流程，全面了解可能面临的各种情境。通过不断演练，工程团队能够逐步完善和调整应急预案，从而更加灵活和高效地应对各类紧急情况，确保工程的安全稳定进行，提高团队的整体素质，同时为工程实施过程中的风险管理提供有力支持。