特殊地质公路隧道设计的要点分析

张振华

摘要：本文主要介绍了穿越流砂地质的隧道设计的要点，溢出瓦斯以及其他有害气体的公路隧道设计要点，穿越岩溶区地质的隧道设计的要点以及穿越卵砾石层地质的隧道时的设计要点。

关键词：特殊地质;公路;隧道;设计要点;分析

我国的公路建设目前已经进入了迅速发展的时期，由于复杂多变的隧道围岩地质，施工中常因各种特殊地质而造成的工程事故，造成人员、财产损失。在这种背景下，工程人员对一些特殊地质的隧道设计工作越来越关注。对公路隧道工程施工不利的那些比较特殊的地质环境就是指特殊地质地段，比如瓦斯、岩溶区、流砂以及溢出有害气体的岩层、岩爆、断层、溶洞、膨胀性地层、卵砾石层，再加上含水的未固结围岩等地段。在进行公路隧道设计工作时会因为这些问题而出现挑战和困难。

1穿越岩溶区地质的隧道设计的要点

首先，在勘察时，要对隧道经过的附近区域必须做到详细凋查，设计时，尽叮能使路线能够避开岩溶地区。其次，当隧道无法避免的要通过岩溶的情况下，要精细考察。包括该地区的岩溶分布情况、充填特征以及洞穴和地质问的构造炎系。设计时.还应注意到可控制的最低的侵蚀基准面、地下水的特性、地下水流和地表水流间的相互关等等。其次.关于工程地质方面。尤其在设计时，应注意到洞穴以及裂缝的充填的性质。这是因为充填性质以及充填成分水町以对于水循环条件以及岩溶体发育起到决定性作用。总之.公路隧道符需要穿越岩溶区，应结合具体情况采用以下方法进行处理：一避、二引、三堵、四越、五绕。

2穿越卵砾石层地质的隧道时的设计要点

在对穿越卵砾石层地质的隧道进行设计时必须要注意到卵石层的特殊性质，它介于软岩与土之间，因此必须要做好强预支护设计以及局部弱支护设计这两个方面。

2.1局部弱支护设计

在隧道的设计过程中因为非常恶劣的卵砾石层的地质条件，所以其他的支护方式不一定对地质围岩的变性特点完全适用。在这种情况下，在工程的建设过程当中需要将实际操作中的薄弱环节及时找出来，然后再进行适当的、及时的设计改进。其中最重要的就是公路隧道局部弱支护以及公路隧道全周边弱支护。

2.2强预支护设计

在卵砾石层并碰到渗水、涌水或者碰到的破碎断层带、泥层以及层砂厚度比较大的情况下一般会采用强预支护设计。由于施工事故经常会发生在这些情况当中，比如较大面积塌方、隧道大变形以及开挖面坍塌等事故。所以，可以将以盾构为基本施工原理的强预支护设计运用到软土隧道的施工过程中。强预支护设计是指在隧道设计过程中，除了对来自常规新奥法的锚喷支护进行充分的运用，还要采用联合支护体系的方法，也是就是由钢拱架以及插板或者是由超前小导管和超前大管棚组成的一种支护方式。但是在碰到特别恶劣的情况时，还要进行地层改良的考虑，比如考虑在设计时采用超前注浆的方法。

3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。

4溢出瓦斯以及其他有害气体的公路隧道设计要点

当坑道在含瓦斯的煤层穿越时或者在含瓦斯的煤层附近节理发育或者破碎的地质穿越时，就会产生遇到瓦斯危险的可能。在实际的调查中，如果达到5%～16%的瓦斯含量时，一旦遇到火就会出现瓦斯爆炸的危险情况。所以在施工设计的过程中对瓦斯以及其他有害气体要及时处理、认真对待。在设计瓦斯以及其他有害气体的公路隧道需要在勘测阶段尽可能查明瓦斯赋存情况，掌握相关参数。设计时要制定详细的超前地质预报、瓦斯浓度检测方案，按瓦斯隧道各项制度标准，明确检查与排除瓦斯以及防爆防火方面的条件和设施。涉及到瓦斯隧道的机电设备、照明、开关以及线路时必须要进行防爆装置的配置。为了预防出现瓦斯在隧道建成后渗入到隧道，危及行车安全，必须要以有效的结合排放与封闭的设计原则为根据，进行瓦斯排放通道的设计。在进行通风设计过程中对通风量的校核必须要按照瓦斯隧道的通风要求来进行。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層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。

5结语

公路路线建设在当前遇到了越来越复杂的地质环境，所以人们也越来越关注针对穿越各种特殊地质的公路隧道的设计工作。本文分析并探讨了某些特殊地质区域的公路隧道的设计要点。目前还有许多的技术问题存在于公路隧道的设计施工当中。比如应用新材料新技术、选择开挖方法、合理确定支护参数以及优化隧道段面形状等，需要研究人员进行进一步的探索。我们有理由相信，随着科学技术的不断发展，公路隧道设计在特殊地质条件下的应用会越来越先进，对满足我国的社会经济发展以及人们生活水平的提高具有很大的帮助作用。

参考文献：

[1]王燕，王喜宝.浅埋偏压隧道围岩压力与开挖进尺优化的极限分析方法[J].西安科技大学学报，2010，（12）.

[2]陈安，魏伟.山西阳曲1号黄土公路隧道围岩的物理力学特性的实验研究[J].西安科技大学学报，2010，（12）.

（作者单位：辽宁省公路勘测设计公司）