云南地區高速公路隧道預防塌方措施

孫 才 中鐵十二局集團國際工程有限公司

1 前言

隨著我國高速公路建設的快速發展，根據交通部2004 年規劃的“7918網”，十三年高速公路通車里程增加約500%。在高速公路施工建設過程中，不可避免的遇到各種各樣的不良地質現象，造成隧道的開挖風險大、前期支護困難、突水突泥、拱頂下沉、沉降收斂侵限等一系列問題。

2 工程概況

2.1 依托項目概況

本項目位于云南省臨滄市，本標段線路全長5.48km，主要有隧道2座，單洞總長9628m（大興隧道左洞長2910m，右洞長2910m，扎拉寨隧道左洞長1913m，右洞長1895m）。

2.2 地形地貌

項目區位于云南滇西地區，地勢總體上東北高、西南低，為怒山支脈，高低起伏大。由于風的影響和河流侵蝕的作用，地形復雜，形成了高、中山、峽谷和各種形狀的山間盆地。項目區內海拔為1503.3m～2383.5m，最大相對高差880.2m。隧道區內海拔為1511.46m～2371.05m，最大相對高差859.59m。隧道地段植被茂密，覆蓋較厚，地貌屬于中山地貌。

2.3 區域地質構造

項目區域經歷了多次地殼運動，地殼形跡極為復雜。根據區域地質構造輪廓及構造形跡的空間展布和性質，斷裂發育呈北東——南西向延伸。本段受構造運動影響，巖層有壓扭性特征，產狀變化較大，巖體破碎，差異風化突出。因其覆蓋層厚，植被茂密，山勢陡峭，露頭有限，地表斷層形跡不顯。

2.4 水文、氣象

場區位于北回歸線南側附近，屬亞熱帶氣候，海拔相對高差大，地形復雜，立體氣候明顯。全年日照時間長，霜期短，氣候溫和，干濕季分明。氣候冬暖夏涼，構成了多種多樣的生態環境。

3 云南地區主要地質條件特點

（1）斷裂構造較發育，圍巖堅硬性差，地質條件復雜多變，施工中需頻繁變換開挖工方法，并根據地質條件隨時調整支護措施。（2）地下水豐富、圍巖節理裂隙發育、完整性差，施工過程中若初期支護不能達到設計、規范要求，就會達到圍巖穩定的臨界平衡點，易發生初支侵限甚至塌方。（3）爆破開挖后圍巖破碎，局部產生掉塊失穩，暴露時間過長易風化掉塊。

在本項目施工幾年來，上述三個地質條件特點，致使隧道在開挖過程經常發生中塌方，塌方處理需要大量的人力、物力和時間，對項目安全、效益和工期等方面都造成了諸多不利影響。根據本項目三年來的施工經驗和總結，在采取相應的地質預報方法，運用適當的超前預防措，能夠有效預防和避免塌方的發生。

4 預防塌方的具體措施

4.1 超前地質預報

常用的超前地質預報方法有有三種，一是電磁波法即地質雷達，二是超前探孔，三是地震波法即TSP。三種方法的原理及布置圖如圖1所示。

圖1 三種超前地質預報方法的原理及布置圖

超前地質預報方案擬定以下四種，根據現場實際情況選擇合理方案。（1）地質雷達超前地質預報方案：適用于短距離隧道不良地質地段。（2）TSP超前地質預報方案：適用于中長距離隧道不良地質地段。（3）SP 與超前地質鉆探（1 個孔）綜合方案：在工程地質與水文地質較復雜地段，僅采用TSP超前地質預報系統不能滿足施工需要，需補充超前地質鉆孔對TSP預報成果進行核查與確認。（4）TSP與超前地質鉆探（3個孔）綜合方案：在斷層、地質條件極差及初步判斷前方含水量大時采用。

4.2 加深炮孔

加深炮孔作為單獨的工序，在立架施工工序中施工，在將要開挖的掌子面上施做加深鉆孔來探測前方圍巖的地質情況。根據圍巖情況一般布設3～5個鉆孔，鉆孔深度視3m～5m。依靠對鉆進速度及巖碴變化以及鉆孔涌水狀況、水壓、水量、顏色、水質等判定前方地質情況及下個循環的循環進尺。鉆孔過程如發現存在異常的(如突水、突泥、溶洞)及時采取措施。

4.3 控制開挖參數

施工原則：短進尺、弱爆破、緊封閉。在軟弱圍巖中，由于巖體破碎松散，節理裂隙密集，整體性差，巖石物理力學性質差異大，開挖后圍巖自穩能力較差，掘進進尺稍有不當，就可能造成局部或者大范圍的失穩塌方，給施工安全、進度和效益帶來很大的損失。因此，要利用超前地質探測、圍巖監控量測結果分析，針對不同地質條件選擇不同的開挖施工方案、鉆爆參數。

4.4 監控量測

在隧道施工過程中，現場監控量測對隧道不良地質非常重要，是確保開挖、支護穩定安全的重要手段之一。通過分析總結監控量測結果，及時準確掌握圍巖結構及支護的穩定狀態，及時調整支護參數，保證施工和結構安全。

（1）監控量測點的布設

監控點的布設要保證初始讀數在開挖后8h～12h 內，和下一循環開挖前完成測取。測點應安設在距開挖面1m～3m范圍內，保證不大于一循環進尺，并細心保護，不受下一循環爆破的破壞。各項沉降、收斂位移的測點，一般可布設在同一斷面內，測點統一記錄在一起，測設結果可以相互印證，協同分析與應用。

布設要求：IV 級圍巖10m/組；V 級圍巖5m/組。在兩組監控量測點中間進行斷面掃描以加強觀測，圍巖不好時適當加密。

（2）圍巖量測頻率

圍巖量測頻率根據位移速度和開挖面距離控制。具體頻率見表1。

表1 圍巖量測頻率表

（3）數據分析

量測結果應按下列要求進行隧道穩定型綜合判別。見表2。

表2 圍巖量測變形管理等級表

①圍巖量測最大位移值不大于表2 所列隧道周邊允許相對位移值的1/3，可認為初期支護達到基本穩定。

②圍巖量測最大位移值大于表2 所列隧道周邊允許相對位移值的1/3且不大于2/3時，應加強支護。

③圍巖量測最大位移值大于表2 所列隧道周邊允許相對位移值的2/3時，應停工并且采取特殊措施后方可施工。

5 結束語

云南滇西地區高速公路隧道地質復雜圍巖多變的特點，致使隧道施工過程中塌方發生的概率增加，造成施工過程的難度隨之增加。所以施工中必須全面了解隧道范圍的地質條件，分析可能造成隧道塌方的原因及對隧道施工的影響，選擇合理有效的預防措施，減少和避免隧道塌方的發生。

在臨清高速公路建設施工中，我部承建的兩座隧道地質情況復雜多變，經常出現地質斷層、圍巖軟弱、破碎等不良地質情況。因施工過程中提前有效的了解了前方地質情況并制定相應的技術措施，有效減少、避免塌方的發生，使隧道塌方對施工的影響降到最低。