探讨隧道施工中常见的地质灾害问题与防控措施

1、探讨隧道施工中常见的地质灾害问题与防控措施 摘 要:隧道工程的进展主要受控于两方面因素，一是隧道施工技术，二是施工中的地质灾害预测和防控。在隧道施工中,常遇到一些不利于施工的特珠地质地段,如这些特殊地段处理不好将严重影响施工进度、安全和质量。本文结合工程实践，对隧道施工中常见的地质灾害进行了分析并提出了防控措施，可供广大同行技术交流。 关键词: 隧道工程; 施工；地质灾害; 预测和防控 中图分类号：f407.1 文献标识码：a 文章编号： 0.前言 隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或

2、丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展，隧道施工方法可按以下方式分类：（1）山岭隧道：矿山法（钻爆法）和掘进机法（tbm），其中矿山法又分为传统矿山法和新奥法。（2）浅埋及软土隧道：明挖法，盖挖法，浅埋暗挖法和盾构法。（3）水底隧道：沉埋法和盾构法。 现代高度竞争的地下采矿与隧道工程要求成本集约，安全开凿与岩石加固等程序步骤。采矿的机器设备必须安全可靠，并紧密跟随工业持续提高的生产力与飞速发展的经济步伐。掘进机开挖法

3、正在不断研究改进，并生产出各种新机械,其应用有广阔前景。液压凿岩机不断更新完善,使隧道开挖进度大大提高。光电测量仪器和激光导向设备的使用，使长隧道施工精确程度有所提高。目前，航空勘测、遥感技术、物探技术、岩层中应力应变的量测技术、电子计算机技术等的广泛应用，使隧道勘测设计技术水平也有很大提高。精确爆破技术，水平钻探技术和预灌浆技术的不断提高，有可能提高隧道开挖过程的安全性，并能保证隧道工程的质量。隧道施工中的地质灾害问题常常是影响隧道施工的关键问题。由于隧道围岩体的结构面地质特征、地应力状况和地下水的发育情况等问题常会造成隧道施工中的塌方、突水和涌水、洞体缩径和支护开裂。突发性地质灾害事件的发

4、生，给隧道的施工造成了很大的困难，对隧道体、施工人员和施工设备构成了很大的安全隐患，常会导致人员伤亡、设备报废，甚至导致工程的失败。 1.隧道工程施工特点 1隐蔽性大，未知因素多。 2作业空间有限，工作面狭窄，施工工序干扰大。 3施工过程作业的循环性强，因隧道工程是纵长的，施工严格地按照一定顺序循环作业，如开挖就必须按照“钻孔装药爆破一通风一出渣”的顺序循环。 4施工作业的综合性强，在同一工作环境下进行多工序作业(掘进、支护、衬砌等)。 5施工过程的地质力学状态是变化的，围岩的物理力学性质也是变化的，因此施工是动态的。 6作业环境恶劣，作业空间狭窄，施工噪声大，粉尘、烟雾，潮湿，光线暗，地质条

5、件差及安全问题等给施工人员带来了不利的工作环境。 7作业风险性大。风险性是和隐蔽性和动态性相关联的，在施工过程中，施工人员必须随时关注隧道施工的风险性。 2.隧道施工中常见的地质灾害问题分析 在隧道工程施工中，塌方、岩溶塌陷、涌水和突水、洞体缩径、山体变形和支护开裂、泥屑流、岩爆是常见的地质灾害问题。尽管这些问题发生的条件不尽相同，但对隧道施工造成的危害却是类似的。 2.1岩爆 岩爆是高地应力条件下地下工程洞室开挖过程中，因开挖卸荷而引发周边脆性围岩产生强烈的应力分异作用，储存于围岩中的弹性应变能突然释放，且产生爆裂松脱、剥离、弹射甚至抛掷等破坏现象，是一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员

6、和机械设备的安全，影响工程进度，因此，对可能产生岩爆的地段应做好预测，确认会发生岩爆的地段应做好防治措施。 2.2 岩溶 当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，隧道基底难于处理；有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有时遇到大的暗河，岩溶水或泥砂夹水会大量涌入隧道，当含水充填物不断涌入坑道时，甚至会发生地表开裂下沉，山体压力剧增；有的溶洞、暗河迂回交错，错综复杂，范围宽广，处理起来十分困难。岩溶大小不一，连通性不同，施工时易突发岩溶涌水、涌泥和涌砂，从而造成掩埋坑道、冲毁机具、中断施工等灾害性事故。 2.3 涌水和突水 涌水和突水问题是隧道工程中的又一常见地质灾害,其中尤以突

7、水和携带大量碎屑物质的涌水危害性最大。涌水和突水多发于节理裂隙密集带、构造形成的风化破碎带; 突水灾害多发于岩溶洞穴、溶 隙发育地段、含水层与隔水层交界面。 2.4 地面沉陷和地面塌陷 地面沉陷和地面塌陷是伴随着隧道施工过程直至隧道完工之后一段时间内所出现的又一常见地质灾害。地面沉陷一般发生在埋深 30m的隧道、城市地铁和大型地下管道等工程开挖地段; 地面塌陷 主要因隧道内长期涌水或大量抽取地下水造成，多发于覆盖层厚度在520m的岩溶发育地区，少数地面塌陷也可以是隧道顶板冒落、塌方而引起。这类地质灾害除了给隧道线路的施工带来极大困难外，更严重的是将恶化工程地区地面的生态环境条件，引发地面建筑物

8、的破坏及地表水枯竭等一系列环境问题。 2.5 其他隧道地质灾害问题 在隧道工程中，除了以上所述地质灾害问题外,还会发生岩溶塌陷、暗河溶洞突水、淤泥带突泥、泥屑流、高地温、瓦斯爆炸和有害气体的突出等不同类型的灾害问题，对隧道的施工和人员设备的安全造成严重的威胁。 3.隧道地质灾害问题的防控措施 现代隧道工程规模和埋深比较大,遇到的地质条件比较复杂，尽管进行了详细的勘察研究,但开挖以后,有许多条件与勘察所得出的信息不同,有时差别较大。大量的实践表明,地面测得的大小断层仅为地下实际揭露的百分之几,地面测绘的精度再高也达不到施工的要求。这种情况下,施工过程中必然会出现预料不到的事故。这个问题可通过加强

9、隧道施工地质超前预测预报来解决。对于不同类型和不同原因引起的地质灾害,必须针对具体情况采取不同的防治措施。 3.1 岩爆 对于岩爆问题，应加强预报监测,采用地应力卸除、短进尺多循环分步开挖、超前高压注水、岩面湿化、喷锚挂网等方法来解除或减弱岩爆发生的危害程度。利用现场的监测预报，可有效地预防岩爆发生所带来的危害。 3.2 塌方 对松散、破碎围岩体隧道的塌方,可采用提高围岩的整体强度和自稳性的措施加以处理,如施工中常用的超前长管棚、超前锚杆及加固注浆、超前小导管注浆等施工措施预防隧道塌方。 对于开挖断面较大的隧道，通过软弱围岩区域可采取分步开挖，为了减少围岩的暴露时间，开挖后应立即支护,从而可提

10、高隧道围岩体的自稳性。 3.3 涌水和突水 对隧道施工中的涌水、突水问题应分别采用排、堵或排堵相结合的措施来处理。同时，要加强对临近暗河溶洞突水部位的监测工作，通过短期和工作面前的地质超前预报，准确地判断大溶洞和暗河部 位以及和隧道的相交位置。对于严重涌水、突水的非岩溶深埋隧道可以采用排水导坑、钻孔疏干等措施。对于岩溶隧道、浅埋隧道应以堵为主，采用水泥-水玻璃双液注浆封闭，以最大限度地减少地下水位的下降，避免地面塌陷、井泉干枯等环境生态平衡的破坏。为了防止突水灾害，施工组织应尽量采用先隔水层后含水层的掘进工序，或采用超前引排、超前预注浆以减弱突水灾害的程度。 3.4 岩溶塌陷 根据产生的原因差

11、异，岩溶塌陷可对岩溶洞穴回填或建桥来绕避，对厚度不够的洞穴顶板进行加固，对隐蔽洞穴进行注浆加固，对突水点可采用双液注浆堵漏，以防止地面塌陷及井泉枯竭等环境问题的产生。浅埋隧道的地表塌陷，往往是由隧道塌方引起的，隧道开挖后立即进行喷锚初期支护，可有效地控制隧道轮廓的变形。对于城市近地表地铁隧道的施工，在施工支护方法的选择中要严格控制地面的沉陷，加强施工中隧道变形监测，以及地表沉陷监测。盾构法施工，由于其施工设备和工艺特点，在近地表土体及软岩隧道的开挖中可有效地控制地表沉降，是城市地铁隧道、穿越江河底部隧道的优选方法。 3.5 其他地质灾害 当隧道线路穿越含煤地层时，存在发生瓦斯爆炸的可能性，探明

12、这种隧道的工程地质条件非常重要。加强瓦斯含量的监测，从地质角度看，就是加强超前预报和短期预报。从瓦斯爆炸发生的物理条件来看，空气中瓦斯含量在5%16% 时极易发生瓦斯爆炸，所以工作面瓦斯安全含量应不超过1%。同时要加大含瓦斯隧道的工作面通风强度，及时稀释溢出的瓦斯，在钻爆法施工中，要注意加强防爆处理。淤泥带突泥是发生在我国南方岩溶发育地区隧道施工中的一种地质灾害，可采取类似于对暗河、溶洞突水一样的监测方法和治理措施，通过长期和短期超前预报，准确判断淤泥带与隧道交会的位置，并进行有效的防护。 4.小结 对于隧道施工中出现的地质灾害及其治理措施，我们要重视下面几项措施: 隧道施工准备工作的粗与细、

13、快与慢，直接关系到施工阶段的施工能否顺利进行；在隧道工程整个施工过程占有很重要的地位。只有周密、细致、全面地考虑和进行施工准备工作，才能保证施工正常进行。我们应加强隧道选线和施工中的基础地质工作，这是预测地质灾害和采取治理措施的基础。隧道超前地质预报是隧道施工中的一个重要环节,其重点是发现问题,对可能造成的地质灾害提出预警。近年来,各种各样的方法和手段在隧道工程超前预测预报中的采用，为长大隧道、深埋和浅埋隧道、复杂地质条件下的隧道施工提供了可靠的资料。 （2）针对不同的地质灾害问题应采取相应的防治方法和手段，注重新技术和方法的采用；注重施工过程中的施工管理，使施工队伍从领导到职工对隧道施工中的地质灾害问题高度