隧道工程地質災害分析及處理

□ 林海秋

隧道建設是當前道路交通施工的一項重要內容，其主要對山體進行開挖處理，使道路在山體中穿越，以滿足交通運輸的需求。隧道建設對地質情況和山體巖性要求較高，在建設過程中如果沒有做好處理措施，則可能引起地質災害，進而對隧道項目造成影響，不利于施工安全，甚至會引發安全事故。為此，本文以廣東省陽春市春灣鎮L村的隧道工程為例，對其存在的地質災害情況進行分析，并根據地質基本情況特征，制定多項有效方法，以提高隧道項目建設安全。

1 L村隧道概況及地質條件

1.1 L村隧道基本概況

L村隧道（K線）位于廣東省陽春市春灣鎮的L村區域內，設計為分離式隧道，隧道左線起訖樁號為ZK56+720～ZK57+368，全長648m；隧道右側線路起始于K56+745～K57+383，長度638m，角度207°；該隧道深度140m。隧道進口位于L村南側山體接犁頭埌中橋，有山間土路通過。出口位于相鄰村落北側山體接紅石山處，沒有既有線路能夠延伸到施工區域，存在許多不利于隧道建設的因素（見圖1）。

圖1 K56+720～K57+000左線邊坡縱斷面

1.2 L村隧道項目地質情況分析

第一，L村所處區域山體低矮，高度最高處425m，最低處僅250m，整體高度差異較大。隧道走向與山脊總體走向近于垂直。同時，該隧道工程受地形因素的影響，整體起伏高度較大，會增加災害發生的概率。第二，根據前期調查結果顯示，隧道項目所處環境存在多條斷裂帶，且不同區域的巖體、地層等破壞情況較為嚴重，斷裂帶會增加地質問題的出現概率，對施工安全造成較大影響，不利于安全建設。根據實際情況對其進行相應處理，采用科學的處理方法，隧道區地層產狀呈單斜構造，產狀：204°∠32°、54°∠40°；節理：J1：150°∠67°、J2：320°∠60°。第三，隧道工程的區域穩定性。作業區域處于地臺穩定區，晚近期新構造活動跡象微弱少見，歷史上無重大地震記錄，未發生6級以上地震，地殼較穩定。根據相應的國家標準規定要求，對該隧道工程所處區域進行勘測，本路線段所在地區地震烈度為6°，結合其他標準規定文件以及實際調查結果顯示，該地區基本地震動加速度反應譜特征周期為0.35s，基本地震動峰值加速度為0.05g，總體處于建筑抗震一般地段，隧址區未見地震作用下可液化地層。第四，在作業過程中遇到不良地質現象。在隧道金樓區域的鉆孔勘察中，鉆探在SDK042～SDK045、揭露到10個溶洞，遇洞率100%，巖溶發育等級為強烈發育。隧道出口主要由強風化砂巖組成，屬于順向坡，處于基本穩定狀態，隧道施工時將降低其穩定性，影響洞口的穩定，施工時應注意支護。隧址區未見滑坡、泥石流、危巖、采空區和崩塌等不良地質現象，未發現軟土、紅黏土、膨脹土等特殊性巖土[1]。

2 隧道項目地質災害分析

在隧道項目建設過程中，因其對環境要求較高，當遇到復雜地質情況時，可能會出現嚴重的地質災害，且地質災害的類型不同對其造成的損害也會有所不同，隧道項目存在的災害情況主要包括如下幾項。

2.1 塌方災害

隧道項目的主要施工位于地表以下，當隧道周圍的地質結構發生變化時，可能會引起隧道支護結構被破壞，引起隧道支護塌方，導致隧道結構被破壞。隧道建設期間，地質結構變化、地下水位變化等都會導致支護結構受到影響，地面出現不均勻下沉造成塌方。塌方災害主要發生在巖層不穩定、地層破壞嚴重的區域，因為巖層不夠穩定，在巖層變形的作用力下就會出現一定的塌方災害[2]。

2.2 涌水災害

隧道項目主體位于地下，所以地下水對于隧道項目安全建設具有直接影響。隧道涌水是隧道施工過程中最常見的地質災害，因隧道建設開挖地下水受影響，在多重作用的影響下，就可能會出現涌水問題，涌出的水會導致隧道結構受到影響和破壞，不利于施工安全建設（見圖2）。

圖2 涌水現場圖

2.3 巖爆災害

隧道在開挖作業期間，會對周圍巖體造成破壞，引起周圍巖體變形。當巖體受到擠壓變形時，如果作用力得不到釋放，會在強烈擠壓作用力下出現巖爆災害。巖爆災害對于施工安全會造成很大影響，是一種具有較高破性的災害類型。所以作業期間需明確隧道周圍巖體是否存在過大的應力，如果判斷可能會出現的災害問題，則需要對其進行防護，防止因巖爆災害導致項目質量和作業人員安全受到威脅[3]。

2.4 區域斷裂帶災害

受地質情況的影響，在隧道項目建設期間，會出現區域斷裂帶的災害問題，主要是因為隧道所處區域巖層風化較為嚴重，或巖體破碎程度過高，在建設期間未得到妥善處理，導致隧道在建設完成后出現區域斷裂帶。在L村隧道項目中，其中一組斷層的走向與區域斷裂帶的走向一致，該組斷層的影響寬度大，與路線呈大角度斜交。該組斷層在開挖過程中邊坡出現裸露現象，下部隧道開挖部分的風化強烈，以全、強風化砂巖、泥巖為主，高嶺土化嚴重；斷層附近的灰巖變為碎裂巖，總體呈上硬下軟的特點，遇降雨天氣導致其出現區域斷裂帶災害問題。

3 隧道建設項目災害有效處理措施分析

在L村隧道項目建設過程中，根據勘測人員和技術人員的現場勘測和技術分析，發現存在以下地質災害問題。根據某隧道開挖段上方的第二次裂縫出現后的監測數據及補勘的成果分析，從掌握的初步數據及變形方向判斷，圍巖的變形主要以沉降變形為主，以所探明的巖性分布及風化、斷層或推斷斷層的分布、右洞右側初支裂縫等情況綜合分析，推斷第二次裂縫的產生主要是因為右洞掘進暴露了構造帶，在強降雨下滲作用的影響下，斷層帶及圍巖的抗剪強度降低而產生的下錯變形的可能性較大，尤其在斷層附近易形成地表拉裂縫。因此，需要對已經出現或可能出現的災害進行處理，將災害問題控制在合理范圍內，以防止對后續施工造成影響。

3.1 地表處理方案

根據勘測結果，在存在裂縫區域的隧道作業段洞頂上部裂縫處設置排水溝渠，其寬度3m，長度100m，坡率按照實際勘察結果進行計算和確定；溝渠底部采用水泥砂漿進行鋪墊，以增強溝渠底部防水性能，防止因水流對溝渠底部造成腐蝕性破壞。針對隧道項目的裂縫處理，可開挖土方進行回填并進行夯實處理，夯實后的表面鋪設0.06m厚度的水泥砂漿，能夠提高裂縫處理效果，使水泥砂漿保護層的穩定性得到提升。

3.2 明洞接長處理方案

根據補勘資料和監測數據基本可以排除洞口段邊坡發生貫通性的深層滑移的可能，但不排除隧道仰坡長期經雨水沖刷，地表水下滲導致邊坡失穩，產生滑坡等地質災害，危及線路運營安全。建議將明洞接長10m，反壓回填進一步穩固坡腳，同時長明洞可提供一個緩沖平臺，避免滾石直接沖擊路面[4]。

因為部分明洞施工已經完成，所以在明洞接長處理前，需要對明洞進行處理，保證其能夠與接長處理方案相一致。在鋼筋布置環節，鋼筋設置與已經建設完成的明洞保持相同，鉆孔深度需要≥15d，將鋼筋植入后使用植筋膠以及固化劑，以提升鋼筋植入牢固程度；并對鋼筋進行防水處理，為鋼筋提供防水保護層，可有效提升接長作業質量。

3.3 其他處理方案

針對L隧道項目存在的災害問題，結合實際勘測結果，為了保證隧道建設質量和作業安全，除隧道表面處理以及明洞接長處理方案外，還有以下幾項處理方案：一是左洞圍巖以中風化灰巖為主，目前尚未進入斷層影響帶，為減少左洞爆破對右洞開挖造成的影響，右洞優先施工，待右洞進入完整中風化巖層后，左洞方可施工。二是為了保證處理效果，L村隧道項目采用超前支護作業模式，通過超前支護的方式保證隧道結構的穩定性，防止其出現坍塌事故，在周圍巖層發生變化時，有效控制隧道結構產生的影響，從而提高作業的安全性。三是最大限度縮短圍巖裸露時間。為有效控制圍巖的松弛，軟弱圍巖隧道初期支護應及時將掌子面封閉。四是當遇到地質條件較差的隧道作業段時，如出現沉降情況，需嚴格按照“管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、快封閉、勤量測”等多項作業基礎原則，加強現代施工技術的應用，提前預測地質，加強對周圍巖體變形和支護結構受力情況的監測，不斷調整實際支護數據，并創新施工工藝，保證拱頂沉降控制在預規定范圍內，確保初支混凝土面不侵入二襯，保障二襯混凝土的厚度、隧道的凈空要求。同時控制施工成本，保證施工安全[5]。五是在施工過程中，做好位移量監測、變形量監測等各項監測工作，明確地質情況對隧道施工的影響，根據監測結果對其進行優化處理，以降低地質災害的發生概率，并將地質災害對隧道施工的影響控制在合理范圍內。

4 處理效果分析

通過采用上述的處理措施，隧道工程的右洞處于正常施工階段，左洞在可控范圍內，總結如下施工處置措施效果：一是管超前。有效提高土體的穩定性，控制下沉，防止圍巖松弛和坍塌，L村隧道進口段不良地質隧道采用雙層超前小導管。二是嚴格注漿，增強其自穩能力。在超前及系統施作后及時注漿，使土體集結成具有強度的“結實體”，使周圍地層形成具有一定強度的殼體。如L村隧道進口右洞，在砂性土的基礎上采用普通注漿工藝，左洞的粉質黏土采用增強的劈裂注漿。三是加強支護，以控制初期結構的變形，保證結構的穩定。針對軟弱圍巖，將原有XS-Va的I22b工字鋼替換成I25b工字鋼，用水泥墊塊加大拱腳，16槽鋼縱向連接，加強鎖腳等施工措施，必要時加設臨時支撐和護拱。四是快速封閉。最大限度縮短圍巖裸露時間，為有效控制圍巖松弛。針對軟弱圍巖，在初期支護的同時應及時將掌子面進行封閉。五是快速開挖。爭取時間立架，及時噴射混凝土，減少坍塌現象的發生。L隧道右洞掌子面一次進尺一榀，中、下臺階兩榀，仰拱3m，及時封閉成環。經上述處理，L隧道工程總體建設效果良好，多種地質問題控制在合理范圍內，未發生施工事故，全面保障隧道工程施工質量。

5 結語

本文對一般隧道項目中存在的地質災害類型進行詳細闡述，并結合L村隧道項目的實際情況，分析其災害問題和處理方式，希望對我國隧道建設起到一定的啟示和借鑒作用。不斷提高隧道項目的建設質量，為我國城市交通運輸建設提供助力，是促進我國交通運輸行業發展的重要保障。