論特殊地質公路隧道設計要點

王戊申

（山西呂梁建設有限公司，山西 呂梁 033000）

1 巖溶區隧道設計施工要點

隧道穿越巖溶區，溶洞給隧道施工會帶來一定的困難，因此在設計和施工中要認真對待。

在勘查時，對隧道附近區域需做詳盡的調查，盡可能在設計中使路線避繞巖溶地區。當隧道必須通過巖溶地區時，要查明巖溶的分布特征充填情況及穩定性洞穴與地質的構造關系、控制發育的最低侵蝕基準面、地表水流與地下水流的相互關系、地下水的特性及活動情況等。在工程地質中，尤其應注意洞穴和裂縫的充填性質，因為水的循環條件和巖溶體的發育決定于充填的性質和充填的成分。

穿越溶洞區應按具體情況以“避、引、堵、越、繞”的方法處理。

避是指設計中對那些穿越困難，工程量過大的溶洞區，應當避開，不能避開時，應以盡量大的交叉角度（不小于45°，最好90°）穿越。

引是指引流溶洞水，地下水給施工造成困難，溶洞水大量涌入坑道，會給施工帶來危害。引離溶洞水時，要注意巖溶地區生活、生產用水不能受到影響，因此要做好調查、做好妥善安排。對于有長期補給來源的地下水，不應破壞其循環規律，應根據水量大小設置排水工程，將水引入地下水流的出水通路。

堵是指對于停止發育、無水的小溶洞、根據其位置及充填情況，用漿砌片石、干砌片石等堵塞封閉，必要時需壓漿或用混凝土填實。

越是指對于不宜做堵塞處理的大溶洞，或者因溶洞的充填物松軟，不宜在充填物上做道路路基，或線路穿越溶洞中的暗河時，則需修建橋梁等工程跨越。

繞是指處理費工費時的情況下，用迂回導坑繞過溶洞，可使處理溶洞工程與前方隧道工程平行作業，不至于延誤工期。

2 遇流砂時的一般施工方法

流砂時某些圍巖在飽水條件下產生的一種現象，砂、黏土質砂、亞砂土都能形成流砂，此外，亞砂土和淤泥也能呈流動狀態。

砂土在飽水條件下，當地下水流動，而砂礫受到等于或超過顆粒浸水重量的動水壓力時，顆粒將處于懸浮狀態，這就形成流砂。在砂礫很細而飽水條件下，地下水不是簡單地充填在顆粒間，而是黏在顆粒表面，此時，土體成為類似膠體而具有觸變性質，在爆破、震動等某種運動作用下，土體也會處于流動狀態。可見，由于動水壓力或動力作用，上述圍巖在一定條件下，會產生流動現象。

開挖坑道遇到流砂，會造成危害，給施工帶來困難，流砂涌入坑道后，圍巖中產生空穴、坍塌，嚴重時會迫使路線改線，因此對流砂應認真對待，及時處理。

首先應制止水夾泥沙涌入坑道，施工需用“先護后挖、密閉支撐、邊挖邊封”的方法，必要時可采用雙層插班支撐，兩層板間作漏水層（如塞麻袋），避免流水過多帶起泥沙而造成塌方。

隧道結構應采用有昂拱的封閉式襯砌，地下水不能經隧道排走，以免流失帶走泥沙導致塌方，施工中除用小斷面、工序緊跟、密封支撐外，還應注意留有足夠的預留沉落量，并隨時注意觀察、測量實際沉落情況。

此外，還可用降低地下水位法、硅化法、凍結法、壓氣法等特殊施工方法，這些方法在遇到特大流砂時常被采用。但目前常用于水底隧道、地下鐵道、礦山等施工時遇到流砂的情況，山嶺道路隧道應用不多。

3 瓦斯隧道施工

山西省是煤炭大省，煤的儲量廣泛分布在全省各地，而這里指的瓦斯是從礦山引用的名詞，它廣泛指坑道中的有害氣體，其成分以沼氣（甲烷CH4）為主，含量可達99.9%，其他還有二氧化碳、氮氣、二氧化硫、微量氫氣、乙烷、硫化氫、一氧化碳等。

坑道穿越含瓦斯煤層，或穿越附近的破碎、節理發育的圍巖時，有可能遇到瓦斯。瓦斯含量在5%～16%時遇火能引起瓦斯爆炸，因此在施工中必須十分重視。

首先要盡可能的查清瓦斯狀態，對于3級的超級瓦斯區，隧道宜繞避。瓦斯的分級可參考煤礦資料。

施工必須切實執行通風、瓦斯檢查、防火防爆等措施。嚴格遵守有關規程。坑道內瓦斯允許含量見表1。

表1 坑道內瓦斯允許含量

設專人檢查瓦斯含量，定時檢測。照明、開關、線路、機電設備等都必須有防爆裝置。嚴禁一切火種、引燃物品、手電筒等帶入坑道內施工現場，防止爆破火焰，只允許采用瞬發電雷管、安全炸藥及密封炮眼，瓦斯濃度超過1%不準裝藥放炮。要切實采取防止瓦斯突出的措施，如打超前鉆孔降低瓦斯壓力等，施工要制定周密的施工計劃。瓦斯突出前有一定征兆，施工中應注意觀察。其突出前的征兆有：①煤質變軟、松散宜碎、鉆眼時宜感到層理紊亂、表面失去光澤或變亮、煤面冰冷、強烈鼓出及自動剝落、有發達的裂痕、有時還放出煤塵。②瓦斯壓力增大，支撐受力增大而明顯變形、發出聲響，工作面有移動之感，坑道內瓦斯濃度急增或忽大忽小，施工人員感到頭昏。③有臭味、酸味或酒味。

這些征兆有的是提前出現，有的臨近突發才出現，也并非所有突出都有征兆，也有突發發生的突發現象。

為了保證隧道建成后瓦斯不滲入隧道內，處理時應按封閉與排放結合的原則。襯砌宜用帶昂拱有防瓦斯層的封閉式襯砌，襯砌背后修筑排放瓦斯通道，施工通風設計應按瓦斯隧道通風要求校核通風量。

4 結束語

由于山西地形比較復雜，既有山地高原，又有丘陵盆地。總觀全貌，兩側為高山隆起，中部為多字形斷陷盆地。地和中部裂陷盆地。山西地處高原，受自然侵蝕切割劇烈，各個時代的各種地質體、構造形跡等均裸露于地表，成為地質觀察研究的理想場所。

山西境內地層發育較全，除奧陶系上統、志留系、泥盆系、石炭系下統和中統缺失外，其余時代的地層都有分布，尤其是前寒武系和上古生界地層在中國北方具有一定的代表性。

巖漿巖類型多，分布較廣泛，以侵入巖為主，特別是中生代侵入巖反映出多期次的特點，與山西許多內生礦產的形成有關。

山西省礦產豐富，素以“煤鐵之鄉”著稱。除煤、鐵資源外，銅、鋁、黏土、黃鐵礦、石膏、石灰巖等礦產也馳名中外。豐富的礦產為工業發展創造了有利條件，已成為我國的能源，重化工基地。但由于地下資源尤其是煤炭大量開采和工業建設發展過程中，由于缺乏管理和保護措施，環境地質條件惡化現象時有發生。這就給山西的高速公路的發展尤其是隧道的設計和施工帶來不少難題，值得進一步去探討，希望引起同行的足夠重視。