关于公路隧道线形设计与特殊地质条件下施工问题的探讨

付小雷

【摘 要】我国公路建设的发展非常迅速，公路隧道建设比重日益增加，本文从公路隧道线形设计和特殊地质条件下隧道施工问题两个方面进行探讨，从行车安全的角度提出了隧道线形设计中应注意的问题；在施工方面针对特殊地质条件下隧道施工中遇到的相关问题， 提出了针对性的意见和策略。

【关键词】公路；隧道；设计；施工

一、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。

二、隧道的平面线形设计

对公路隧道的平面线形而言，一般公路隧道线形优先选择以直线为主，但山区高速公路由于受地形、地质条件的限制，隧道内设置平曲线往往不可避免。考虑到司乘人员在隧道内的墙效应，行车视距相对于隧道洞外受到了较大的限制。隧道内的路面扭曲严重，隧道内行车视距较差，行车安全难以得到保证。建议在隧道线路设计时，尽量采用路面超高不大于4%～5%的曲线半径。同时考虑到隧道施工的简便，快捷，隧道内平曲线半径应保证隧道路面不加宽。对于高等级公路而言，为保证隧道内满足行车视距要求，以及路面超高的变化，中短隧道内应尽量避免设置S型反向曲线；长大隧道必须设置S型反向曲线时，其反向曲线间必须按标准设置一段缓和曲线或直线段。公路隧道内的平曲线长度除缓和曲线外，圆曲线部分的长度不应小于3秒行程的要求，当隧道内的路线转角等于或小于7度时，应设置较长的平曲线，其长度应大于《公路路线设计规范》中规定的一般值，汽车在曲线上行驶，若曲线长度很短，则方向盘操作必须很快，离心加速度急剧变化，行车安全难于保证：在交角很小的情况下，即使半径很大，驾驶员也感到曲线很短，使方向盘操作失误，同时小偏角、大半径的曲线，容易使驾驶人员产生直线错觉，出现行车事故。高速公路隧道往往采用上下行分离式的隧道，在平面线形设计时，应尽量减小左右线之间的间距，并减少隧道洞外分离路基的长度（尽早合并），以保证行车安全

三、特殊地质条件下隧道施工问题及处理措施

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 洞内塌方

隧道施工中一旦发生较大塌方，按以下原则处理：

（1）塌方调查：处理塌方之前，应详细调查塌方范围、形状、塌穴的地质构造，查明诱发的原因和类型，据此制定处理方案。

（2）加固未塌方部分，控制病害恶化，阻止塌方继续扩展。

（3）塌方处理

①当塌方规模小时，应先加固塌方体两端洞身，并尽快喷射混凝土，或锚喷混凝土，或钢架锚喷混凝土联合支护，封闭洞穴顶部和周部，然后进行清渣拆除临时支撑。

②当塌方规模较大时，洞室被全部堵塞，应采用先护后挖的方法，在查清塌穴的情况下，用管棚和注浆法固结坍塌的围岩，侍其稳定后，按先上部后下部次序清除坍渣，或用全断面按“短进尺、弱爆破、早封闭”的原则开挖坍渣，从其“穿”过去。

四、结束语

公路隧道平面线形设计要满足各项规范要求， 更应重点从行车安全的角度， 使设计更加合理，隧道结构形式应根据地形、地质条件， 结合线形布设合理选择。特殊地质条件洞段主要是指洞口段落石、松散地层、断层及节理裂隙发育段、软弱不利结构面、岩爆（轻微）、涌水（少量）等。主要的原则是：“重地质、超前支护、严注浆、短进尺、弱爆破、少扰动、强支护、快封闭、勤监测、速反馈”。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]《公路路線设计规范》（JTG D20— 2006）.

[2]《公路隧道设计规范》（JTG D70— 2004）.