浅谈公路隧道施工过程中的不良地质灾害和应对策略

赵俊华

（山西新三公路桥梁建设养护有限公司，山西 忻州 034000）

公路隧道一般具有断面大、隧道长以及地质条件多样等特点，在施工环节中容易引发一系列不良地质灾害，造成施工进度受到阻碍，甚至危及施工安全影响施工质量。

1 公路隧道施工过程中不良地质灾害的研究现状

由于公路隧道施工存在复杂性和不可预见性的特点，在隧道施工的过程中可能引发许多不良地质灾害危及施工人员人身安全以及工程质量。近年来一些隧道施工安全事故已经引起了业界的高度重视，开始了对隧道施工不良地质灾害的研究，并取得了一定的成果。

世界上最早开始隧道地质灾害研究的国家是德国、日本以及瑞士等发达国家，在20世纪90年代提出了垂直地震剖面法（TVSP），在经过许多隧道工程的地质灾害分析预测实际应用后，验证了该方法的可行性。到21世纪初，瑞士又提出了超前地质预测技术TSP，在公路隧道施工中可以对施工面前方一定距离的地质环境进行预测分析，为后续施工奠定基础[1]。超前地质预测具有三维立体、远距离探测以及高分辨率等多项优势，可以对隧道前方的岩体、溶洞以及水体等地质进行超前预测分析，在欧洲逐渐开始普及并在世界范围内流行开来。

我国对公路隧道施工过程中不良地质灾害研究开始于20世纪50年代，但是真正在实际施工中进行地质预测是在20世纪70年代。从20世纪80年代开始，我国在西康秦岭隧道和大瑶山隧道等隧道工程中对不良地质灾害进行了深入研究，取得了不小的成果，积累了丰富经验。在经过大量的研究工作后，我国也提出具有自身特色的不良地质灾害预测技术，并在以后的实际施工中得到了验证，比如圆梁山隧道、米花岭隧道等[2]。虽然对不良地质的预测成功率显著提升，但是在实际施工中还是不断发生施工安全事故，诸如涌水涌沙、泥石流以及塌方等安全事故，造成了重大的人员伤亡和经济损失。因此，还需根据实际不断加强公路隧道施工过程中的不良地质灾害预测以及制定合理的应对策略，最大程度降低不良地质灾害发生，保障施工安全。

2 公路隧道施工过程中存在不良地质灾害

2.1 岩爆地质灾害

岩爆是公路隧道施工中较为常见的一种地质灾害[3]，在施工过程中，围岩体受到应力超过了岩体最大承受范围从而导致岩体突然崩坏爆裂。在岩体爆裂过程中，岩体内部的应变能得到释放。如果应变能能量较小，那么只会引起轻微的岩体剥落；如果应变能很大，则会产生弹射现象，甚至引发地震。岩爆危害巨大，会给隧道施工的工作面形成严重损坏，也会对施工人员、施工机械等造成重大伤害。可查的岩爆最早发生在20世纪50年代的美国纽约，我国岩爆最早发生在1993年的胜利煤矿。图1为泥巴山隧道岩爆灾害现场图。

图1 泥巴山隧道岩爆灾害现场图

2.2 断层地质灾害

断层也是公路隧道施工中较为普遍的一种地质灾害，在隧道施工的工程中，地壳岩层在外部压力作用下发生破裂，并且沿隧道破裂面产生了相对移动[4]。断层也普遍存在于地下暗河和溶洞的地质环境下，是引起塌方、涌水等地质灾害的原因之一。断层地质灾害在公路隧道施工中需要特别注意，因为断层往往是突发性的，不像其他地质灾害具有一个渐变过程，地质预测很难对断层进行预测；不仅如此，断层还会引起其他地质灾害，若不提升断层地质灾害的预测精准度，则可能给公路隧道施工带来巨大危害。图2为断层示意图。

图2 断层示意图

2.3 岩溶不良地质灾害

岩溶地质在我国分布广泛，类型众多，几乎汇集了所有类型的岩溶地质。在公路隧道施工过程中，如果遭遇岩溶地质，则有很大机率引发涌水、突泥等地质灾害。不仅如此，在隧道开挖过程中，岩溶地质会产生严重形变，导致隧道发生落石、塌方和掉块等问题，危害施工人员和设备的安全。

2.4 黄土洞穴地质灾害

公路隧道施工过程中遭遇的不良地质还包括黄土陷穴和潜蚀洞穴，这两者也是隧道施工中常见的不良地质[5]。如果公路隧道施工经过黄土洞穴的上部，极易引起隧道底部沉降，危机隧道路面安全；如果公路隧道施工经过黄土洞穴下部，则又可能引起隧道出现冒顶事故；如果公路隧道施工从黄土洞穴旁边经过，则可能引起隧道两侧发生偏压现象，而且可能发生涌水现象。总的来说，黄土洞穴极易造成隧道塌方、路基沉降以及衬砌开裂等问题。

2.5 隧道施工经过既有公路下方

公路隧道施工经过既有公路下方的情况虽然不多，但是也确实存在。公路隧道施工经过既有公路下方，不仅会对隧道施工带来影响，也会危及既有公路的正常使用。一方面，隧道经过既有公路下方，可能引起隧道出现冒顶事故；另一方面，隧道施工会加快既有公路的路基沉降，严重时甚至可能引起既有公路路基出现滑移，严重危及既有公路运行安全。

3 公路隧道施工过程中不良地质灾害应对策略

3.1 岩爆应对策略

应对岩爆问题，需要根据岩爆产生的基本原理，加固围岩岩体，改善围岩应力条件。一般来说，岩爆应对策略可以从两个方面进行。第一，加固围岩岩体，加固已经开挖的围岩岩体和开挖前方的围岩岩体。加固方法可以采取常用的加固策略，诸如锚杆锚喷加固、钢纤维喷混凝土加固以及钢支撑加固等。第二，改善围岩应力条件。合理选择隧道位置，最大程度保证围岩主应力方向和隧道轴线平行；选择合理的隧道洞型；采取合理的岩体软化手段，比如分层开挖、高压注水以及钻孔泄压等。此外，还应该在施工环节设置一定的安全防护策略，诸如防护网和防护罩等，保证施工人员和设备的安全。

3.2 断层应对策略

由于断层地质灾害的突发性和低预测性，目前尚无可行的应对策略，只能努力提升断层地质灾害的预测确定，最大程度减小断层对施工安全和进度造成的影响。我国刘志刚教授根据相关断层预测理论，提出了用于公路隧道断层预测的LZG断层预测公式，将格尔比尔理论所定义的断层节理增加到了三带或者四带，根据每一节理带的带宽，预测断层发育的位置，对断层规模进行预测。应对断层主要的方法还是在施工中避开断层活跃带，或是进行深挖路堑减小断层造成的影响。

3.3 岩溶地质灾害应对策略

岩溶地质灾害的应对策略较多，根据溶洞位置及大小可以分为3个类别。第一，回填处理法。这类处理方法主要运用于较小的溶洞，对处于隧道开挖范围之外或是隧道拱腰之上的溶洞十分适用。第二，跨越式处理法。这种方法主要是针对处于隧道下部或是基础部位的大型溶洞，在选择跨越结构时，需要根据溶洞的实际情况，在确保结构稳定性的基础上进行选择。第三，无填充物处理法。无填充物主要是在溶洞内部没有填充物，该种方法主要运用在隧道拱腰位置以上具有较大断面的溶洞。

3.4 黄土洞穴地质灾害应对策略

黄土洞穴主要会引起塌方、涌水等地质灾害。处理黄土洞穴时，首先需要对地表洞穴进行填土夯实，在此基础上进一步做好排水和防渗的相关保护策略。值得注意的是，在对黄土洞穴进行处理的时候，需要明确黄土洞穴的位置、尺寸以及走向，对位置较浅的洞穴进行填土夯实；对位置较深的洞穴进行注浆加固。

3.5 隧道穿越应对策略

对于隧道穿越这类问题，首先应该对既有公路进行加固处理，主要是对路基进行加固，保证既有公路能够维持原本的性能。常用的加固方案是大管棚加偏压挡墙，管棚应该嵌入山体之中，最小深度不得低于5 m；在管棚上还应该留有直径6～8 cm的梅花型钻孔，间距保持在10 cm左右。在施工完成后需要往钢管中灌注水泥浆，注浆压力初始值应该保持在0.5～1 MPa之间，最大压力应该保持在2～3 MPa之间。在注浆结束后，还需要把一定直径的钢筋笼放入钢管内，再用水泥砂浆填充，大幅提高钢管的强度和刚度。偏压挡墙一般是使用C30混凝土浇筑，挡墙应该在稳固的地基上进行设置。稳固的地基承载力应该高于400 kPa，此外还需要竖向预埋砂浆锚杆，按照梅花状进行布置，锚杆入岩深度不得低于3 m，地面长度不得低于1 m，锚杆直径根据实际情况确定。

4 结语

公路建设关乎我国交通建设事业整体发展，更关乎国民经济总体发展。隧道施工是公路工程的重点环节，由于地质多样性给隧道施工带来的不良地质灾害不胜枚举，在实际施工中，应该清楚认识各种不良地质灾害，制定完善的应对策略，确保隧道施工安全和质量。