论特殊地质隧道设计的要点

郑毅

摘要：随着公路建设的发展，公路隧道的建设工作也随之进入到一个新的发展阶段。路线所穿越的地质环境越来越复杂，本文主要对通过流砂、岩溶区、瓦斯、卵砾石层等特殊地质的公路隧道设计的要点进行了分析。

关键词：公路；隧道；设计；施工

中图分类号：X734 文献标识码： A

引言：我国公路建设的发展非常迅速，公路逐步从平原微丘区向山岭重丘区延伸，为适应地形、地质条件，不可避免的出现长大隧道或隧道群，在隧道建设中，存在需进一步研究或探讨的问题。如复杂山区隧道线形设计、隧道防排水设计、特殊地质条件下隧道施工等。特殊地质条件下公路隧道施工遇到的主要问题是松散地层处理、断层及节理裂隙发育段、软弱不利结构面、岩爆（轻微）、涌突水（少量）、洞内塌方处理等突出问题。这些问题给隧道的设计施工带来了严重困难。

一、穿越流砂地质的隧道设计的要点

（一）流沙地质及其特征

流砂，是指的某些围岩处于饱水的条件下所产生的一种自然现象。在有砂以及黏土质砂存在的地方都会形成流砂。另外，亚砂土或是淤泥的地方，也会呈现出流动的状态。

处于饱水的条件下，若地下水流动时，砂砾所受到的动水压力等于或超过其颗粒的浸水重量之状态，则颗粒将会停留在悬浮状态。由此形成流砂地质。

在砂砾很细的情况下，若处于饱水的条件下，此时地下水不再是简单机械地充填在砂砾颗粒之间，而是会黏附在砂砾颗粒的表面上。由此，土体就会成为类似于胶体的状态，而生成触变性质。土体在爆破或是震动等具有冲击力的作用下，同样，也会形成流动的状态。

由此得出，上述的围岩由于存在动水压力或者是动力作的用，在一定的条件下，就会出现流动现象。

（二）隧道设计的要点

若是在公路隧道开掘过程中遇到流砂，会造成巨大危害。同时给施工引起困扰。若是流砂涌入至坑道，则会使得围岩中形成空穴和坍塌，甚至会迫使公路路线改线。因此，在对隧道设计时一定要认真对待流砂，及时处理。

首先，在设计时要做到制止流沙涌入至坑道中的可能。施工设计理念是“先保护后挖掘，采用密闭的支撑，边挖掘边密封”的方法。

其次，必要时，甚至可以用双层插班来进行支撑，在两层板间设计漏水层，以避免因为流水过多而带起泥沙，从而而造成塌方。

再次，隧道结构应设计有昂拱的封闭式衬砌。并且，地下水不能经隧道排走，以免泥沙流失导致塌方。施工中不仅要设计用小断面和工序紧跟以及密封支撑，而且还应注意到要有足够的预留的沉落量保留。设计配合施工随时注意观察，及时测量实际操作中的沉落情况。

此外，还可设计用特殊施工方法，如地下水位降低方法、冻结方法、硅化方法、压气方法等等。这些方法常常应用于遇到特大的流砂的情况。但是，目前应用不多。

二、有瓦斯（或其他有害气体）溢出的公路隧道设计的要点

（一）关于瓦斯及有害气体

这里的瓦斯引自矿山描述。坑道在穿越含瓦斯的煤层，或穿越含瓦斯的煤层的附近的破碎或是节理发育的地质时，都有可能会遇到瓦斯。根据实际调查，当瓦斯含量达到5%－16%时，若遇火，就会导致瓦斯爆炸。

因此在设计施工中，必须认真对待，及时处理。

（二）隧道设计的要点

首先，要尽最大可能对瓦斯状态进行查明。但是，对于级别达到3级的瓦斯区，设计公路隧道时，要绕避。

其次，设计时必须要考虑到通风的条件和严格执行，设计时确保瓦斯以及防火防爆方面检查与排除的设施及条件，并严格执行。设计时严格遵守公路隧道有关规程。

再次，设置专人进行瓦斯含量的定时检测检查。在进行线路、开关、照明以及机电设备等的设计时候都必须配置防爆装置。要切实采取一切能防止瓦斯突出的可能的措施

此外，为了防止隧道建成后，瓦斯会渗入隧道内。在进行设计时，应按照将封闭与排放相结合的设计原则。衬砌最好选用带昂拱的有防瓦斯层设计的封闭式的衬砌。而且，衬砌背后要设计排放瓦斯的通道。施工通风的设计应严格按照瓦斯隧道的通风要求来校核通风量。

三、其他常见地层的设计处理

1、松散地层处理

松散地层的特点是：结构松散，稳定性差，若有地下水时则更甚。在施工中极易发生坍塌。处理方法如下：

（1）爆破前，根据围岩级别进行超前支护。

（2）可采用超前管棚法进行超前支护。管棚由钢管和钢格栅构成，管棚钢管外径为89mm，壁厚6mm，钢管中心间距为管径的2～3倍，每节钢管长度为4～6m，接头采用厚壁管箍，丝扣长度不小于150mm，且相邻两管棚接头错开，纵向两组管棚之间塔接长度大于2m

（3）对于空隙较大的松散地层，可用超前小导管注浆法通过。钢管选用直径42mm的热扎钢管，长度4.5m，前端做成尖楔状，管壁每隔10～20cm交错钻眼，眼孔直径6～8mm，纵向两组小导管间搭接长度不小于100cm，小导管环向间距200～500mm，将钢管顶入后，再对围岩空隙注浆，使松散体固结。

（4）遵循“短进尺、弱爆破、少扰动、及时支护”的原则采用分部法施工，及时进行支护。

2、断层处理

根据隧道段穿过断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层本身的活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系，结合施工过程中对围岩的破坏程度、工序衔接的快慢、施工技术措施等制定。处理方法如下：

（1）施工前在长期地质预报的基础上，对特殊地质条件洞段进行详细的短期地质预报，并提前利用钻探法详细勘探所遇断层带的所有情况，包括破碎带的宽度、填充物、地下水以及隧道轴线与断层构造线的关系，做出正确的支护方案，配备足够的支护材料。

（2）当断层规模不大、渗水量不大的情况下，采用超前锚杆或超前小导管注浆等超前支护的方法。

（3）当断层规模较大，开挖前先进行超前固结灌浆，再结合超前小导管超前支护措施进行处理。

（4）遵循“短进尺、弱爆破、少扰动、及时支护”的原则采用分部法施工，及时进行支护，必要时完成复合衬砌，确保围岩稳定。

3、涌突水

地下水的处理主要在勘探预测。在长期监测预报的基础上，进行短期超前勘探预报，查明地下水的规模及性质。

（1）超前地质预报探测涌突水的可能性

根据地勘报告提供的可能发生涌突水的段落，超过50～80m，采用TSP对前方的地质情况进行初查，当预报前方有异常可能发生涌突水（泥）时，在隧道接近怀疑地点15～30m，采用瞬变电磁仪法详查前方含水情况，开挖接近怀疑地点10～20m时，采用超前钻孔精查，钻孔5～6个，探明前方地质情况和涌水量的大小，以便采取相应处治措施。

（2）处治预案

①全断面深孔预注浆：当隧道厚度较大的断层破碎带，地下水丰富，可能产生突泥、突水的段落，且超前探孔中任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔总流量>10m3/h时，进行全断面深孔预注浆，堵水并加固地层。

②深孔周边预注浆：当含水层和隔水层的接触带、厚度较小或岩质较好的断层破碎带及大的溶缝，任一探水孔出水量Q>2m3/h，探水孔总流量<10m3/h，地下水较大，但围岩稳定性较好，掌子面不会发生涌出坍塌的情况时，进行深孔周边预注浆，堵水并加固地层。

③开挖后周边注浆：当岩体节理裂隙发育，洞室开挖后地下水呈大面积渗水或淋水状，围岩稳定性较好，任一探水孔出水量Q<2m3/h时，采用开挖后周边注浆堵水。

结束语：

公路路线所穿越的地质环境越来越复杂，因此，针对通过各种特殊地质的隧道的设计工作也愈显重要。本文针对通过以下特殊地质的公路隧道设计的要点进行了分析，采取灵活机动的、能够维护围岩稳定的开挖方式施工。施工中严格按照设计的规范和要求进行，加强施工中新技术应用和对复杂地质条件下的施工管理，确保工程的质量和进度。

参考文献：

[1]孙狂飙,邓文龙.隧道现场围岩级别判定方法探讨[J].安徽地质,2009(10).

[2]周建昆,吴坚.岩石公路隧道塌方风险事故树分析[J].地下空间与工程学报, 2008,(06) .

[3]《中国公路学报》.第四届编辑委员会[J].中国公路学报,2005.