淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)中的地質(zhì)災(zāi)害評估與防治

張眾江

（中國中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害主要是由于地下巖土結(jié)構(gòu)破碎、構(gòu)造活動或地下水流動等多種因素引起，對于淺埋破碎地質(zhì)隧道而言，這些災(zāi)害可能導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定、支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，甚至給施工人員的生命安全造成潛在威脅。

傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害評估與防治方法可在一定程度上滿足工程需求，但由于地質(zhì)條件的高度復(fù)雜性，需要更為精準(zhǔn)和差異化的研究來確保工程的安全推進(jìn)。因此，迫切需要深入研究淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)中的地質(zhì)災(zāi)害評估與防治問題。

1 淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)中的地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，地下隧道工程逐漸成為當(dāng)代城市建設(shè)的重要組成部分。然而，在淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)過程中，地質(zhì)災(zāi)害的類型與特征對于工程設(shè)計和施工安全具有深遠(yuǎn)影響。

第一，巖爆作為一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，其特征主要體現(xiàn)在巖體內(nèi)部受巨大應(yīng)力的作用下，出現(xiàn)破裂并釋放出大量能量，這一現(xiàn)象通常與隧道施工中的高地應(yīng)力和巖石層的脆性特性密切相關(guān)。相關(guān)研究表明，巖爆在支護(hù)中的主要特征包括巖石碎裂粒度的急劇增加、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分布的非均勻性等。為了更加深入地理解巖爆的發(fā)生機(jī)制，可以通過地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以獲取更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐。

第二，地層滑動作為一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，其特征在于地下巖土層發(fā)生滑動，引起結(jié)構(gòu)變形。地層滑動的成因復(fù)雜多樣，其涉及土壤類型、坡度、地下水位等多種因素。在實(shí)際支護(hù)過程中，通常觀察支護(hù)結(jié)構(gòu)表面的裂縫、地層滑動帶的形成等現(xiàn)象。通過分析發(fā)現(xiàn)，地層滑動具有一定的規(guī)律性，但受多因素影響而表現(xiàn)復(fù)雜，這種復(fù)雜性使相關(guān)人員在設(shè)計支護(hù)方案時必須綜合考慮多種因素，以確保工程的長期穩(wěn)定性。

第三，地下水突涌是淺埋破碎地質(zhì)隧道中的潛在威脅，其特征在于地下水在短時間內(nèi)突然涌入隧道，這一現(xiàn)象通常由于地下水位突變、工程施工破壞地下水層的自然平衡等原因引起。實(shí)踐表明，地下水突涌會導(dǎo)致隧道內(nèi)水壓急劇上升，給支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來不可忽視的挑戰(zhàn)。通過對地下水位、巖土滲透性等多個因素進(jìn)行監(jiān)測，可以更好地預(yù)測地下水突涌的可能性，并制定相應(yīng)的支護(hù)措施。

2 淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)中的地質(zhì)災(zāi)害評估方法

2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型識別

在淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)中，地質(zhì)災(zāi)害評估的重要性不可忽視。其中，地質(zhì)災(zāi)害類型的準(zhǔn)確識別是支護(hù)工程的基礎(chǔ)，其關(guān)鍵在于對地質(zhì)調(diào)查資料的詳細(xì)分析。

首先，應(yīng)采用高精度地質(zhì)雷達(dá)和地震勘測等現(xiàn)代技術(shù)手段，獲取地下巖土層的結(jié)構(gòu)信息。通過對這些數(shù)據(jù)的綜合分析，可以初步確定可能存在的地質(zhì)災(zāi)害類型。例如，在識別巖爆的過程中，應(yīng)關(guān)注地下巖石的裂縫分布、應(yīng)力分布等特征，通過這些指標(biāo)判斷巖爆的可能性。

其次，需要結(jié)合實(shí)地考察和鉆孔取樣等手段，獲取更為精確的地質(zhì)信息，這些信息包括但不限于土層的厚度、地下水位、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)等。以地層滑動為例，通過對土層的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)室測試，可以獲得土體的抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角等參數(shù)，從而在實(shí)地調(diào)查中更準(zhǔn)確地判斷地層滑動的風(fēng)險。

再次，在地質(zhì)災(zāi)害類型的識別中，可以借助先進(jìn)的計算機(jī)模擬技術(shù)。通過建立地下模型，模擬不同地質(zhì)條件下的應(yīng)力分布、滲透情況等，進(jìn)一步驗(yàn)證和調(diào)整相應(yīng)的識別結(jié)果，以提高識別的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的支護(hù)工程設(shè)計提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

最后，需要注重實(shí)地經(jīng)驗(yàn)的積累。通過對歷史工程進(jìn)行深入分析，總結(jié)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律和特征。例如，通過比對多個隧道工程支護(hù)前后的狀況，可以發(fā)現(xiàn)一些普遍存在的地質(zhì)災(zāi)害跡象，從而提高對新工程地質(zhì)災(zāi)害類型識別的準(zhǔn)確性。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估

首先，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估的核心在于全面考量多因素，以確保對潛在威脅的準(zhǔn)確洞察。在此過程中，應(yīng)通過對地質(zhì)條件、隧道工程設(shè)計等方面的詳細(xì)調(diào)查，收集充分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括巖土體性質(zhì)、地下水位、地下構(gòu)造等多個參數(shù)。通過高精度儀器獲取的數(shù)據(jù)為后續(xù)評估提供可靠的依據(jù)。

其次，在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估中，需要綜合應(yīng)用多種先進(jìn)技術(shù)。借助現(xiàn)代地質(zhì)雷達(dá)、地球物理勘測和衛(wèi)星遙感技術(shù)，能夠迅速獲取大范圍、高精度的地質(zhì)信息，從而更準(zhǔn)確地判斷地質(zhì)災(zāi)害的可能性。同時，可以建立三維地質(zhì)模型，模擬不同地質(zhì)災(zāi)害場景，為風(fēng)險評估提供更為細(xì)致的數(shù)據(jù)支持。

最后，在評估過程中，需要引入定量指標(biāo)。通過采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以對地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行更為準(zhǔn)確的量化。通過深入分析，可以在評估過程中更好地權(quán)衡不同因素的影響，從而提高評估的科學(xué)性和準(zhǔn)確性[1]。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃

地質(zhì)災(zāi)害是地下工程面臨的重要挑戰(zhàn)，而淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)中的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃尤為重要。地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃旨在根據(jù)綜合性的評估結(jié)果將區(qū)域劃分為高、中、低風(fēng)險區(qū)，以便有針對性地采取支護(hù)措施。

基于地質(zhì)災(zāi)害評估結(jié)果，可以制定科學(xué)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。考慮不同地質(zhì)條件下的災(zāi)害概率和影響程度的差異，應(yīng)采用綜合性的指標(biāo)，包括地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性、地下水位、地層巖性等，通過對這些指標(biāo)進(jìn)行定量分析，能夠精準(zhǔn)判斷不同區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險水平，為隧道工程后續(xù)的支護(hù)工作提供明確方向。

此外，針對不同風(fēng)險區(qū)域，應(yīng)制定相應(yīng)的支護(hù)措施。在高風(fēng)險區(qū)，可以采用更為牢固的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如預(yù)應(yīng)力錨桿、噴射混凝土等，以增強(qiáng)隧道的整體穩(wěn)定性；在中風(fēng)險區(qū)，應(yīng)注重排水措施，通過建立有效的排水系統(tǒng)，降低地下水壓力，有效防止地下水突涌；而在低風(fēng)險區(qū)，應(yīng)注重經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，選擇合適的支護(hù)方式，以保障工程的順利推進(jìn)[2]。

3 淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)中的地質(zhì)災(zāi)害防治措施

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在淺埋破碎地質(zhì)隧道工程中，地質(zhì)災(zāi)害是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此，有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案將成為確保隧道穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

第一，預(yù)應(yīng)力錨桿的應(yīng)用是支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要手段。通過在隧道周邊地層埋設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿，能夠有效改善地層的承載能力，降低隧道因地質(zhì)災(zāi)害而引起的位移和沉降風(fēng)險。試驗(yàn)證明，在類似工程中，預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)支護(hù)方式抗震能力和穩(wěn)定性更高，其能夠在保證隧道整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率。

第二，噴射混凝土作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，其在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢。通過在地層表面噴射高強(qiáng)度混凝土，可以形成一層堅(jiān)固的保護(hù)層，提高地層的整體穩(wěn)定性。此外，在噴射混凝土的過程中，可以針對地層的不均勻性進(jìn)行調(diào)整，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)在復(fù)雜地質(zhì)條件下仍能夠發(fā)揮最佳作用，這種靈活而高效的支護(hù)方式在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用。

第三，鋼拱架作為一種創(chuàng)新的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，其具有獨(dú)特的優(yōu)勢。通過在隧道頂部安裝鋼拱架，能夠有效分擔(dān)地層荷載，減緩因地層變形引起的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。相關(guān)研究表明，在一些地質(zhì)條件較為復(fù)雜的工程中，鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的抗變形能力，這種創(chuàng)新性的支護(hù)方式可為地下工程提供可行的解決方案，尤其在淺埋破碎地質(zhì)條件下的隧道工程中顯得更為突出[3]。

3.2 排水措施

在淺埋破碎地質(zhì)隧道工程中，地質(zhì)災(zāi)害的防治尤為重要。

首先，排水措施作為地質(zhì)災(zāi)害防治的核心環(huán)節(jié)，其實(shí)施質(zhì)量至關(guān)重要，因此應(yīng)制訂科學(xué)有效的排水措施。同時，在淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)中，需要采取一系列科學(xué)合理的手段，以確保排水系統(tǒng)的高效運(yùn)行，從而有效降低地下水壓力，防范潛在的地下水突涌災(zāi)害。此外，可以采用地下水位監(jiān)測技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測隧道周邊地下水位的變化。通過建立監(jiān)測站點(diǎn)，并借助現(xiàn)代無線傳感技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對地下水位的高頻實(shí)時監(jiān)控，從而提供實(shí)時的地下水動態(tài)數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地把握地下水的變化趨勢，及時采取相應(yīng)的排水措施。

其次，可以在隧道周邊布置相應(yīng)的排水井網(wǎng)。通過分析地下水流動規(guī)律，可以確定排水井的布置位置，最大程度地降低地下水壓力。排水井的設(shè)計將考慮地層的滲透性、水文地質(zhì)特征等因素，以確保排水系統(tǒng)能夠全面有效地降低地下水位，從而減緩地下水對隧道結(jié)構(gòu)的壓力。同時，可以引入數(shù)學(xué)模型對排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。通過數(shù)值模擬，可以分析不同排水井布置方案對地下水位的影響，并選擇最優(yōu)方案，這一步驟需充分考慮地質(zhì)條件的復(fù)雜性，通過科學(xué)的模型分析，為排水措施的實(shí)施提供可靠的依據(jù)。

此外，在實(shí)際工程中，應(yīng)考慮地下水的化學(xué)性質(zhì)，采取相應(yīng)的水質(zhì)處理手段，以防止地下水對支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，包括對地下水的pH 值、溶解物質(zhì)含量等進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)控，確保排水系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

3.3 施工控制

為確保淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)工程的安全性和可持續(xù)性，施工控制顯得尤為關(guān)鍵。

首先，針對爆破環(huán)節(jié)，應(yīng)采用一系列綜合的控制手段。在設(shè)計爆破方案時，充分考慮地層的差異性和特殊性，采用數(shù)字模擬技術(shù)進(jìn)行爆破效果的優(yōu)化預(yù)測。相關(guān)人員可以通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，建立適用于不同地質(zhì)條件的爆破參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保在爆破過程中減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率。此外，可以引入實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，對爆破振動、裂隙擴(kuò)展等進(jìn)行在線監(jiān)測，一旦超出預(yù)設(shè)范圍應(yīng)及時響應(yīng)，最大限度地減小地下結(jié)構(gòu)的變形風(fēng)險。

其次，針對開挖環(huán)節(jié)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)對地質(zhì)信息的綜合利用。通過引入先進(jìn)的勘探技術(shù)，可以獲取更為準(zhǔn)確的地下結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對開挖過程中地層變化的實(shí)時監(jiān)測。同時，建立多維度的地質(zhì)模型，對地層穩(wěn)定性進(jìn)行全面評估，為開挖工程提供科學(xué)依據(jù)。在具體實(shí)踐中，相關(guān)人員可使用高精度的測量儀器，如全站儀、地質(zhì)雷達(dá)等，對開挖過程進(jìn)行多角度、多層次的監(jiān)測，以保障工程的平穩(wěn)推進(jìn)。

再次，在支護(hù)環(huán)節(jié)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)施工控制的差異化策略。通過深入分析不同地質(zhì)風(fēng)險區(qū)域的特點(diǎn)，可根據(jù)具體情況選用適宜的支護(hù)措施。

最后，在施工控制中，應(yīng)建立科學(xué)的管理體系，包括定期的施工進(jìn)度評估和風(fēng)險分析，以便在發(fā)現(xiàn)任何可能影響工程進(jìn)展的情況下及時采取應(yīng)對措施。

此外，通過引入現(xiàn)代化的監(jiān)測技術(shù)，如智能傳感器和實(shí)時數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時監(jiān)控，從而更加精準(zhǔn)地預(yù)測潛在問題并采取預(yù)防性措施，提高工程管理的科學(xué)性和精準(zhǔn)性。

3.4 應(yīng)急處理

在淺埋破碎地質(zhì)隧道工程中，應(yīng)急處理是保障工程安全的最后一道防線，其實(shí)施需要系統(tǒng)的計劃和高效的執(zhí)行。

首先，應(yīng)制訂全面且實(shí)用的應(yīng)急預(yù)案，該預(yù)案將覆蓋地質(zhì)災(zāi)害的各個可能性，包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)、隧道支護(hù)系統(tǒng)失效、地下水突涌等情況。通過科學(xué)分析不同地質(zhì)條件下的應(yīng)急情景，能夠合理確定各類地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急處置方案。這一預(yù)案將綜合考慮人員撤離、緊急支護(hù)、設(shè)備保障等多方面因素，以確保在災(zāi)害發(fā)生時，工程人員能夠迅速作出正確決策。同時，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場救援力量。在工程施工過程中，可以設(shè)置專門的救援隊(duì)伍，其包括具有地質(zhì)災(zāi)害處理經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)救援人員、工程技術(shù)人員等，該人員應(yīng)接受專業(yè)培訓(xùn)，熟悉應(yīng)急處置流程，并掌握現(xiàn)代救援技術(shù)，確保在災(zāi)害發(fā)生時能夠迅速、有序地展開救援行動。

其次，為了進(jìn)一步提高應(yīng)急處理的效率，可以采用先進(jìn)的通信技術(shù)，建立緊急通信網(wǎng)絡(luò)，確保各級指揮中心和救援人員之間能夠及時、暢通地溝通。此外，可以應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)，實(shí)時監(jiān)測地下結(jié)構(gòu)的變化，為應(yīng)急決策提供科學(xué)依據(jù)，從而使應(yīng)急處理更加精準(zhǔn)、迅速。

最后，在實(shí)際工程中，需要進(jìn)行應(yīng)急演練。定期模擬災(zāi)害發(fā)生的場景不僅是對應(yīng)急預(yù)案可行性的全面檢驗(yàn)，更是一個持續(xù)優(yōu)化預(yù)案細(xì)節(jié)的過程，這種模擬演練可為工程人員提供難得的機(jī)會，使其熟悉應(yīng)急處置流程，全面了解可能面臨的各種情境。通過不斷演練，工程團(tuán)隊(duì)能夠逐步完善和調(diào)整應(yīng)急預(yù)案，從而更加靈活和高效地應(yīng)對各類緊急情況，確保工程的安全穩(wěn)定進(jìn)行，提高團(tuán)隊(duì)的整體素質(zhì)，同時為工程實(shí)施過程中的風(fēng)險管理提供有力支持。

4 結(jié)語

綜上所述，淺埋破碎地質(zhì)隧道支護(hù)的地質(zhì)災(zāi)害評估與防治是一項(xiàng)極為復(fù)雜而關(guān)鍵的工程問題。通過綜合應(yīng)用科學(xué)的方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以在地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域取得顯著的成果。然而，面對未來工程挑戰(zhàn)，相關(guān)人員仍需不斷深化研究，不斷創(chuàng)新技術(shù)手段，以更好地保障隧道工程的安全、高效、可持續(xù)發(fā)展。