不良地質(zhì)條件下特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)探討

（山西交通控股集團(tuán)有限公司大同南高速公路分公司，山西 大同 037006）

隧道工程是公路工程的重要咽喉節(jié)點(diǎn)，其施工進(jìn)度也直接決定了整個(gè)公路項(xiàng)目的工程總進(jìn)度；考慮到隧道工程施工的隱蔽性、復(fù)雜性和未知性等特點(diǎn)，隧道施工儼然成為一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的施工作業(yè)項(xiàng)目，尤其是特長(zhǎng)隧道，其風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度則更加突出，特長(zhǎng)隧道施工事故數(shù)量和事故等級(jí)也一直處于高位運(yùn)行狀態(tài)。

為了切實(shí)控制隧道的施工事故數(shù)量和事故嚴(yán)重程度，在隧道工程施工過程中，必須針對(duì)性制定施工方案，做好現(xiàn)場(chǎng)施工組織，尤其是單孔里程超過3km的特長(zhǎng)隧道，在施工階段更要引起高度重視。眾所周知，特長(zhǎng)隧道一般都伴隨著不同程度的不良地質(zhì)條件，由于隧道里程較長(zhǎng)，隧道不同斷面位置充斥著不同嚴(yán)重程度的巖溶、透水、瓦斯燃爆、塌方、斷層帶及軟巖等不良地質(zhì)影響因素；在部分惡劣地質(zhì)環(huán)境中，甚至出現(xiàn)幾種不良地質(zhì)條件疊加影響的工況，不但影響了施工總體進(jìn)度和施工現(xiàn)場(chǎng)的可控性，還對(duì)施工人員造成了嚴(yán)重的人身安全威脅。綜上，本文以不良地質(zhì)條件下的特長(zhǎng)隧道施工作業(yè)為研究對(duì)象，重點(diǎn)分析了幾種典型、常見的不良地質(zhì)條件對(duì)特長(zhǎng)隧道施工的影響，并針對(duì)性提出了施工技術(shù)解決方案，以提高特長(zhǎng)隧道施工項(xiàng)目的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

一、幾種常見的典型不良地質(zhì)條件概述

（一）巖溶不良地質(zhì)條件概述

隧道內(nèi)可溶性巖石在隧道地下水和地表水的長(zhǎng)期影響作用下，可溶性巖石被不同程度的破損和改造，被稱為巖溶作用，國(guó)際上將這一作用引起的巖層狀況統(tǒng)稱為喀斯特地貌。從時(shí)間周期上判定，巖溶作用是一種慢性作用，其對(duì)隧道工程施工的影響具有很強(qiáng)的潛在威脅性，在隧道鉆進(jìn)過程中，一旦遭遇巖溶管道，在施工荷載的擾動(dòng)下，巖溶管道內(nèi)的原有地下徑流形式被改變，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的涌水甚至泥石流災(zāi)害，對(duì)隧道工程的正常推進(jìn)造成極其嚴(yán)重的影響。此外，隧道鉆進(jìn)過程中如突遇可溶性巖層分布帶，由于隧道圍巖在長(zhǎng)期巖溶作用的影響下，出現(xiàn)不同程度的破碎和塌方病害，給隧道襯砌支護(hù)施工帶來較大的難度；部分可溶性巖層分布在隧道掘進(jìn)面的底部，由于可溶性巖層隧道底部被大量質(zhì)地軟弱的填充物填滿，給隧道底部的夯實(shí)處理也帶來一定的困難；部分巖溶區(qū)域被大量的飽水填充物填充，在施工荷載擾動(dòng)作用下，飽水的填充物將直接噴涌入施工巷道，不但威脅到施工作業(yè)人員的人身安全，大量涌水流入隧道掘進(jìn)面的地面上，也會(huì)影響隧道地面的正常施工進(jìn)程。

（二）坍塌不良地質(zhì)條件概述

與其他隧道施工事故相比，隧道坍塌事故是最常見、危害最大的典型事故之一。從宏觀上分析，造成隧道坍塌的因素可細(xì)分為自然地質(zhì)因素和人為因素，其中，自然因素一般占據(jù)主要影響地位。通常情況下，隧道開挖掌子面確定后，隨著開挖施工的不斷推進(jìn)，由于地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作誤判或者失效等問題，隧道圍巖會(huì)出現(xiàn)斷崖式突變，因隧道圍巖等級(jí)突減，在施工荷載的擾動(dòng)下，低等級(jí)圍巖會(huì)出現(xiàn)不同程度的破碎和剝落，最終發(fā)展成為隧道內(nèi)塌方事故；此外，地下水及地下暗河對(duì)隧道塌方構(gòu)成的潛在威脅也不容忽視，隧道圍巖在浸水條件下，圍巖土體吸水飽和后，其強(qiáng)度、剛度被明顯削弱，粘性土在吸水后，其膨脹性更加明顯，膨脹壓力將擠壓隧道圍巖，引起圍巖大變形。人為因素主要反映在設(shè)計(jì)選線方面，由于設(shè)計(jì)選線不合理，將給后續(xù)的施工環(huán)節(jié)埋下重大隱患。部分設(shè)計(jì)單位為了兼顧經(jīng)濟(jì)性因素，隧道不得不過境不良地質(zhì)地段，無形中增加了坍塌風(fēng)險(xiǎn)；此外，部分隧道開挖掌子面設(shè)計(jì)不合理，掌子面正好處于大型滑動(dòng)土體的下方，或者位于斷層交界位置，在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用下，極易誘發(fā)洞口掌子面偏載，造成嚴(yán)重的洞口坍塌事故。

（三）涌水不良地質(zhì)條件概述

地下涌水一直是隧道施工的“天敵”，同時(shí)也是各種繼發(fā)性事故的“元兇”，在公路隧道開挖施工過程中，地下涌水對(duì)隧道的影響可分為兩類，即地下涌水對(duì)軟弱圍巖的影響和膨脹性圍巖的影響。由于軟弱圍巖的表面節(jié)理發(fā)育比較成熟，地下涌水容易滲透至裂隙內(nèi)，含水或飽水圍巖處于相對(duì)“活躍”狀態(tài)，在外界施工荷載的擾動(dòng)作用下，極容易引起坍塌、破碎等病害，最終演變?yōu)樗淼浪绞鹿?；此外，部分膨脹性圍巖在含水條件下，其體積膨脹形變明顯，圍巖在膨脹應(yīng)力作用下將出現(xiàn)鼓包、起拱病害。

二、不良地質(zhì)條件下的特長(zhǎng)隧道處治施工技術(shù)分析

（一）巖溶不良地質(zhì)處治施工技術(shù)

特長(zhǎng)隧道不同于中、短隧道，過境段內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，巖溶災(zāi)害較為常見；處治巖溶災(zāi)害時(shí)，排水是重中之重，只有切斷長(zhǎng)期浸潤(rùn)圍巖的地下水源才能從根本上控制巖溶問題；此外，還應(yīng)兼顧排水后的溶洞填充處治，一方面控制巖溶繼續(xù)發(fā)展，另一方面還需及時(shí)填充因巖溶作用引起的空洞。排水處治應(yīng)以不破壞原有的地下水徑流為原則，可在隧道底部新建排水管道，提高洞內(nèi)的排水引流效率；對(duì)于隧道內(nèi)有暗河分布的情況，對(duì)于疑似暗河與巖溶成熟段相連的位置，應(yīng)使用主動(dòng)引流外排技術(shù)，提高排水施工的安全性。隧道暗河處治施工如圖所示。

圖. 隧道暗河處治施工示意

（二）坍塌不良地質(zhì)處治施工技術(shù)

在隧道坍塌處治施工過程中，應(yīng)堅(jiān)持“以防為主，防治結(jié)合”的基本原則，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)坍塌的位置，應(yīng)先對(duì)坍塌核心區(qū)域周圍進(jìn)行隱患排查，并優(yōu)先完成加固施工。在治理坍塌不良地質(zhì)的過程中，應(yīng)堅(jiān)持因地制宜的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)坍塌病害的規(guī)模、位置及工程地質(zhì)特點(diǎn)制定相應(yīng)的處治方案。下表為常用的幾種適用于多種工況下的坍塌處治施工方案。

表.常用的幾種適用于多種工況下的坍塌處治施工方案

（三）涌水不良地質(zhì)處治施工技術(shù)

解決隧道涌水不良地質(zhì)問題的方法眾多，大體上可分為排水和止水兩種途徑。以常規(guī)的排水法為例，顧名思義，排水法處治施工的原理就是通過排水降低隧道內(nèi)地下水水位，進(jìn)而減小隧道內(nèi)地下水對(duì)施工作業(yè)面的涌水壓力。鉆孔排水是最常見的隧道排水工法，其排水效率和效果明顯優(yōu)于導(dǎo)坑排水技術(shù)；由于鉆孔較深，單個(gè)鉆孔的鉆進(jìn)時(shí)間較長(zhǎng)，為了保證彼此孔道之間作業(yè)相互不干涉，建議在施工作業(yè)面外開挖，具體的孔道深度應(yīng)由排水需求、排水預(yù)期等因素綜合決定。

三、結(jié)語

綜上分析可知，在隧道工程施工實(shí)踐中，重視不良地質(zhì)條件對(duì)特長(zhǎng)隧道施工安全性、可靠性的影響至關(guān)重要；必須深入掌握常見不良地質(zhì)條件的特點(diǎn)，根據(jù)不良地質(zhì)條件引起的隧道施工事故嚴(yán)重程度，制定針對(duì)性的處治施工措施，以最大程度控制特長(zhǎng)隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)。