高速公路隧道施工中地质灾害应对技术研究

摘 要：随着国内基础设施建设的不断推进和交通运输需求的不断增长，对于高速公路隧道的建设需求也日益增加。但是隧道施工会面临不良地质的威胁，加强对高速公路隧道施工中地质灾害的研究，提高地质灾害应对技术水平，对于确保隧道工程的安全、高效、顺利进行具有重要意义。基于此，本文以腾泸隧道工程为例，分析了高速公路隧道施工中地质灾害应对技术，以期能够为当地工程项目的顺利实施提供科学参考依据。

关键词：高速公路 隧道施工 地质灾害

0 引言

云贵高原西部边缘地区地势险峻，地形复杂，地质构造活跃，岩层结构复杂，岩石性质多变，地下水活动频繁，地震、滑坡、塌陷等自然灾害频繁发生，给隧道施工带来了严峻的挑战。这一地区的地质条件不仅对隧道工程设计、施工和运营提出了严格要求，也对地质灾害防治技术提出了挑战。因此，对高速公路隧道施工中地质灾害应对技术进行研究具有重要意义。

1 腾泸隧道工程概述

国道G219线云南泸水至腾冲段改扩建工程高黎贡山腾越隧道施工辅助通道（腾越隧道）PDSG-1标段位于泸水侧，起讫桩号为K12+950～K23+280，线路全长10.33km（下图1为工程地理位置图）。本标段工程主要为1座10.33km隧道，埋深约1400m。该工程项目地处云贵高原西部边缘，属深切割高中山峡谷地形地貌，地面崎岖破碎，位于地形坡度较陡，地形切割明显，地质作用以构造侵蚀、剥蚀作用为主的高中山地貌，区域地形地貌受地层岩性、地质构造控制明显，山脉走向、河流分布均严格受构造的控制，坡面冲沟发育，峰顶尖峭、谷地深邃，山坡陡峻，山坡坡度一般25°～45°，局部大于50°，以剥蚀作用为主，植被较发育。腾越隧道两侧海拔1580～3200m。腾越隧道穿越高黎贡山山脉，隧道入口处的旱龙寨断裂（F1）、澡堂河温泉断裂（F2）、旧街子断裂（F3）、推测断裂（F4），沿断裂可见大量的碎裂岩、构造角砾岩、糜棱岩形成强烈的挤压破碎带。该腾越隧道地质条件和水文地质条件非常复杂，穿过五个断层带，一个背斜地段，存在多个高压富水区，基岩内裂隙水发育，区内地下水资源丰富，为高富水地段：地下水类型主要有松散岩类孔隙水、碎屑岩裂隙水、变质岩裂隙水和构造裂隙水。再加上隧道埋深很大，约1400m，竖向均布压力较大段落一般为断裂带、背斜轴和覆盖层和基岩接触带部位，区内深埋地段及构造应力集中地段的地温、围岩产生岩爆可能性较大。结合地勘给出的工程地质水文条件及相关设计文件，本项目主要可能遇到的不良地质有高地应力、断层破碎带、软岩大变形、岩爆、突泥涌水及高地热。

2 高速公路隧道施工中地质灾害应对技术

2.1 高地应力

高地应力是指由于地层深埋、岩层厚度大等原因导致的地应力增大。高地应力对隧道工程构造造成直接压力，容易导致隧道支护结构破坏、地表沉降，甚至引发地下岩层破裂，这会增加隧道施工难度，增加施工成本，严重时甚至威胁到施工人员的生命安全。针对这一地质灾害问题，施工人员应该通过地质勘察，了解地下岩层结构、地质构造、地应力分布情况等，预测可能存在的高地应力区域，为隧道的选址和设计提供科学依据，并在隧道施工过程中采用合理的隧道支护和加固措施，尤其是对于高地应力较大的区域，在隧道施工过程中采用更加坚固的支护结构，如加厚锚喷混凝土（如下图2所示）、钢丝网喷锚、预应力锚杆等，以增强隧道的抗压能力和稳定性[1]。另外，还需要实时监测地下岩层变形、地表沉降等情况，及时发现高地应力区域的异常变化，采取相应的应急措施，确保施工人员和设备的安全。

2.2 断层破碎带

断层破碎带是指地质中存在的断层带，在地下水、岩石运动等作用下，断层周围的岩石常常破碎、松散，容易发生塌方、滑坡等地质灾害。隧道施工中遇到断层破碎带，可能导致隧道围岩的不稳定性，增加隧道支护难度，甚至引发地质灾害[2]。地勘资料显示，腾越隧道多次与断层相交，沿新裂可见大量的碎裂岩、构造角砾岩、糜棱岩形强烈的挤压破碎管。针对这一地质灾害的应对来看，主要是从施工方法、支护结构等方面对断层破碎带进行了强施工时循“早预报、先治水、预加固、弱爆破、短开挖、先护顶、强支护、早封闭、勤量测、快衬砌”的原则，设计中主要从支护结构方面对结构进行了加强，采用常规地质法、钻探法、物探法相结合的综合手段进行地质超前预报，并组织动态施工。隧道穿越断层破碎带，应首先根据区域地资料、工程地质平面设计图和现场调查，测绘确定断层的位置产状、宽变、断层性质、断层破碎带的组成，根据已有资科确定断层和隧道的关系，隧道通过断层的里程位置；在接近断层位置时（至少为理论位置超前50m）采用物探地震反射法（如TSP、HSP等）确定断层的位置和宽度，在施工中应施作超前钻孔探测前方地质及地下水情况：同时根据断层是否在地下水下、是否含水的粗略判断，也可采用红外探水仪测地下水。施工中根据质超前预报成果初步确定的地质情况及水量大小采用径向注浆或超前帷幕注浆对水或围岩进行综合处理，同时若发现地下水为承压性地下水，应采用全断面超前帷幕注浆堵水方案，并在开挖后沿洞周设置一定数量的泄水孔；结构上采用超前注浆支护（超前注浆+超前中管棚）作为施工辅助对断层破碎岩进行堵水和加固。隧道穿越断层段采用S5-3加强衬砌。此外，施工中应对隧道施工初期及时做好支护工作，加强隧道排水，同时加强监控量测，根据监控量测结果及时分析、调整支护参数，确保施工安全顺利进行。

2.3 软岩大变形

软岩大变形是指地质中存在的软弱岩层，在地下水、地质力学作用下，易发生大范围变形。软岩大变形对隧道工程的稳定性造成威胁，可能导致隧道结构变形、沉降[3]。针对这一地质灾害，应遵循“先柔后刚”、“以柔克刚”的原则，先施工柔性支护体系，再施作刚性二次衬砌，以锚喷网钢筋混凝土、长锚杆和型钢组合的柔性支护结构和围岩共同作用，承受围岩的绝大部分压力和变形。对软弱大变形地质进行提前勘察、预估，在接近大变形段落时，进行超前注浆处理，提高围岩的自承能力，减小支护结构承担的荷载。通过打设长锚杆等措施控制大变形。长锚杆是主动控制软岩大变形的重要手段。另外，仰拱要及时跟进、及时拼装，不应滞后过多，这样可及时封闭成环，有效增强结构钢度和受荷能力，且软弱围岩段必须要预留合理的变形量，以预防初期支护变形后侵入二衬净空，同时适量的预留变形量释放地应力。

2.4 岩爆

岩爆是指岩石因受到巨大应力作用而猛烈破裂、喷射的现象。隧道施工中遇到岩爆，可能导致工程人员伤亡、设备损坏，严重影响施工进度和工程安全。针对这一问题必须要做好预防工作，比如通过释放围岩的原始地应力，降低岩爆的发生机率，减小岩爆强度，对于岩爆严重的部位，要先处理后再施工，确保施工安全。开挖后立即对围岩喷洒高压水，软化岩石，减弱岩爆强度，选用预先释放部分能量的办法，如打超前应力释放孔等方法，将岩石原始应力释放。对于中等或强以下的段落，加强对岩爆部位的支护，必须先打安全锚杆（必要时再挂网），并根据实际情况进行喷浆封闭，再进行开挖作业，这样才能使锚杆在掘进前有充分的凝固时间和防止石块掉落。在锚杆安装好后再在锚杆之间钻适量的空眼，以减小岩爆二次发生的机率和强度。对于岩爆特别严重的部位，在最短的时间内要对围岩进行锚喷网支护，防止作业时落石伤人，待二次岩爆过后，及时进行二次喷浆支护；钻眼前先打超前锚杆。

2.5 突泥涌水

突泥涌水是指地下水突然涌入隧道工程中的现象。突泥涌水会导致隧道内部水位骤升，影响工程施工，甚至威胁到工程人员的生命安全。针对涌水的超前处理，首先在排水方式上应考虑正常排水与应急排水二者相结合，配置多处强力排水系统。根据涌水量预测值在正常排水能力的基础上，提升50%的应急排水能力，即止点端抽水机的最大排水能力（正常排水能力+应急排水能力）应不小于最大涌水量预测值的1.5倍；对有涌突水（泥）可能性地段利用激发极化法超前预报系统进行超前探水，考虑采用深孔化学灌浆的方法进行封堵。由于地下岩溶水发育的不规律性，尽管采用了超前预测预报、超前探孔等手段对地下水进行探测，但有可能还存在个别盲区，这样在施工中将有可能出现涌水、突泥等情况，如果在隧洞开挖过程中出现涌水、突泥，应以“引”为主改善作业环境、防止设备被淋，减轻对喷射混凝土的影响，通过腾越隧道尽可能自流，可根据水量适当加深两侧水沟，防止设备被淹和对施工运输产生影响；当涌水量较大时，应待隧道内突涌水危险解除后，查明突涌水原因，做针对性的引排水措施并对隧洞支护作加强处理。

2.6 高地热

高地热是指地下岩层中存在的高温现象，高地热可能导致隧道结构材料受热膨胀、变形，影响隧道工程的稳定性和安全性。在当前的隧道施工中，由于隧道埋深较大，因此高地热问题的出现几率也会增加，加强应对至关重要[4]。根据规范要求，为保证施工人员安全隧道开挖面空气干球温度应不超过28℃，当隧道开挖面空气干球温度位于28～37℃之间时，需加强通风降温，对掌子面、二次衬砌等作业人员相对集中处，增设局扇加快空气流通，以改善作业人员的热感应舒适度。隧道开挖面空气干球温度大于37℃时，除加强通风外，尚应采取强制制冷降温措施，将掌子面附近空气温度控制为不大于28℃，对于导热水断层，为防止地下热水涌出恶化作业环境，需采取“以堵为主，限量排放”的地下水处理原则，采取超前帷幕注浆，帷幕注浆后出水量控制在5m3/m.d，同时要求掌子面前方20m范围内隧道拱墙初期支护的表面淋水面积需控制在55%以内，漫流于仰拱表面的热水在20m后必须归槽处理。另外，对于岩温低于50℃的异常地段，在施工期间洞内采用冰块降温措施，并在作业面100m范围内气温控制在28℃的条件下，并于初期支护喷射混凝土中掺入保湿剂及矿粉，二次混凝土中掺入矿粉、粉煤灰；对于岩温低于50℃的异常地段，在施工期间洞内采用冰块降温措施，并在作业面100m范围内气温控制在28℃的条件下，并于初期支护喷射混凝土中掺入保湿剂及矿粉，二次混凝土中掺入矿粉、粉煤灰；对于岩温介于50℃到60℃的异常地段，在施工期间洞内采用冰块降温措施，并在作业面100m范围内气温控制在28℃的条件下，并于初期支护喷射混凝土中掺入保湿剂、矿粉及钢纤维，二次混凝土中掺入矿粉、粉煤灰，并在初期支护和二衬之间铺设5cm厚的硬质聚氨酯泡沫板作为隔热层。

3 提高高速公路隧道施工中地质灾害应对工作质量的措施

在腾泸隧道施工中面临的不良地质风险较高，为了确保工程安全和顺利进行，施工单位还需要提供一系列保障工作。一是要建立科学合理的施工组织方案，相关技术人员应根据隧道工程的具体情况，制定详细的施工计划和工程进度表，合理安排施工队伍和设备资源，确保施工过程有序进行，并加强施工单位和监理单位之间的沟通协调，及时解决施工中的技术问题和管理难题，提高施工效率和质量[5]；二是要建立健全的监督管理体系，在施工过程中应加强对施工现场的日常巡查和检查，及时发现和纠正存在的安全隐患和质量问题，并建立施工质量评估机制，对施工过程进行全面评估和检验，确保施工质量符合相关标准和要求，尤其是要注意加强对施工单位和施工人员的培训和指导，提高他们的专业技能和责任意识，减少施工过程中的失误和事故发生；三是要提升安全管理水平，施工单位应建立健全的安全管理制度和应急预案，明确责任分工和应对措施，确保施工过程中安全措施的落实和有效性，加强对施工现场的安全监测和技术支持，及时发现和处理安全隐患，防止地质灾害对施工造成的危害，还要加强安全教育和培训，提高施工作业人员的安全意识和应急处置能力，减少安全事故的发生[6]。

4 结语

综上所述，不良地质灾害会给隧道施工带来较大的风险和隐患，不仅会延误工期，增加工程成本，还可能造成人员伤亡和设施损坏，严重影响隧道工程的安全性和可靠性。因此，需要施工单位提高重视，结合该隧道工程的实际情况，充分分析施工中可能会遇到的地质灾害，以便可以采取科学的应对措施，这对保障隧道工程施工的高质量开展，也有着十分重要的现实意义。

参考文献：

[1]李有福.地质雷达在公路隧道工程检测中的应用[J].运输经理世界，2024（08）：80-82.

[2]李翔.公路隧道施工安全管理技术应用研究[J].运输经理世界，2023（14）：95-97.

[3]杨隆，杨凯.隧道施工地质揭露不确定问题及对策探讨[J].交通科技与管理，2023，4（08）：137-139.

[4]杨永贵.复杂地质环境下高速公路隧道施工技术分析[J].科技创新与应用，2022，12（18）：154-157.

[5]陈文静.公路隧道施工不良地质防治与灾害应急处理[J].交通世界，2022（07）：26-27.

[6]武金博，周华敏，张杨，吴庆华.公路隧道综合超前地质预报技术及应用[J].济南大学学报（自然科学版），2021，35（02）：182-189.