某不良地质隧道施工风险分析及处理技术研究

孙建超

（陕西铁路工程职业技术学院 陕西渭南 714099）

1 工程概况

该隧道全长6.8 km，新建隧道位于既有隧道南北侧，新建左线隧道距既有左线隧道线间距25-68 m，新建右线隧道距既有右线隧道线间距31-53 m，净距小，岩溶、瓦斯、断层、地热、洞口破碎带等不良地质发育，施工难度大。

2 施工风险分析

2.1 临近既有隧道及建筑物施工难点分析

本工程新建隧道紧邻既有隧道，新建隧道爆破过程及横通道施工不当势必引起既有隧道开裂、渗水等造成原结构破坏，隧道洞身多处下穿既有构筑物及老旧居民区、鱼塘，既有隧道施工过程对以上建构筑物保护是本工程的难点。

2.2 岩溶、突水突泥及地下水施工难点分析

隧道左线隐伏岩溶较发育，开挖过程中容易发生洞顶及洞壁及洞底坍塌，在地层交界处极其容易发生突水、突泥现象，左线某段段地下水含量大，极易突水，发生地质灾害的可能性大；新建隧道左、右线纵坡分别为-1.36 %、-1.27 %的下坡，全线为反坡施工，大量涌水状况下反坡施工排水难度大。

2.3 煤系地层瓦斯及采空区施工难点分析

新建隧道穿越的煤系地层中瓦斯相当突出，瓦斯浓度及压力较大。隧道右线 YK3+960-YK4+160段、左线ZK4+000-ZK4+200段位于断层破碎带附近，可能有瓦斯涌出，既有隧道施工中揭穿煤巷，可能发生煤巷采空区涌水和瓦斯。

2.4 断层、浅埋暗挖破碎带施工难点分析

断层：隧址区共有5条断层，其中F1、F3、F’和F位于背斜轴部，易发生整体坍塌、断层附近隧道涌水量大，施工通过软弱岩层和进出洞口浅埋段，洞口成洞条件差，拱部易坍塌。

2.5 地热区施工难点分析

勘察区内有丰富的地热水资源，既有隧道也有地热水涌出；本区地热水化学类型以硫酸钙或硫酸钙镁为主，溶出地下水多具侵蚀性，环境作用等级为C级腐蚀，新建隧道有很大几率仍然有富含硫酸根离子的地热水涌出，对混凝土结构有弱腐蚀性。

3 施工处理技术

3.1 临近既有隧道及建筑物施工技术

针对既有隧道及建筑物，采取如下措施：

（1）施工前委托第三方监测单位对既有隧道进行安全评估，并记录现有隧道现状，为后期制定施工方案及保护措施提供依据，评估指标见表1所示。

表1 运营隧道安全评估指标

（2）施工中采取信息化动态监测手段，对既有隧道衬砌的力学行为的变化和爆破振动影响重点开展以下监测：隧道衬砌的爆破地震波峰值监测、隧道衬砌的变形监测、隧道衬砌的表面应力应变监测，及时预报施工导致的既有隧道开裂、渗水等，根据监测结果调整施工方案。

图 1 岩溶探孔布置图

（3）新建隧道与既有隧道线间距d<15 m采用机械开挖，15 m

（4）建立应急机制，预防新建隧道施工过程中可能导致既有隧道开裂、渗水等不良影响，成立项目应急小组，保障现场施工。

（5）靠近新建隧道一侧，对既有隧道拱腰及边墙部位采用系统锚杆加固。

3.2 岩溶、突水突泥及地下水施工技术

对隧道岩溶富水段行超前地质预报。溶洞水注浆处理：根据综合超前预报情况，每个探水孔出水且流量大于10 m3/min时，进行全断面预注浆堵水；个别探水孔出水则仅对流量大于2.0 m3/min的出水孔作局部注浆堵水，当出水流量小于2.0 m3/min时，视地质条件及环保要求确定是否注浆，探孔布置见图1所示，注浆施工工艺见图2所示。

空腔处理：根据超前地质预报确定岩溶洞穴大小及与隧道的空间平面关系，利用工字钢强度高、易成型的性能，在溶腔外部利用工字钢及混凝土快速成型的特点形成包裹外壳，采用跨越、堵塞、加固、支撑桩、换填、注浆处理等措施，保证结构和施工安全。

不明溶洞处理：对于工作面水量大、前方又不明知溶洞的情况，采用“纵横钢构棚架护壳、短进尺、快封闭”的施工方法。

涌水监控量测：进行洞内涌水点、地下水地表排泄点与地表水等实时监测，进一步了解岩溶规模、地下水来源、分布、水量、水压，确保施工安全。

反坡排水：采用机械排水方式，设置集水井，排水用水泵逐段抽排入大集水井，接力至洞外废水处理池处理，经处理后排放。

3.3 煤系地层瓦斯及采空区施工技术

提前做好穿煤瓦斯地层的超前地质预报及超前钻探工作，若探测有瓦斯则在炮眼附近采用超前Φ108钻孔，长度不小于30m，并在逸出孔附近设置瓦斯检测点，24小时监测瓦斯浓度，当实测瓦斯压力大于1MPa或单孔瓦斯涌出量大于5L/min时，在超前探孔处设置检测点，在涌出孔附近增设钻孔数量，以释放瓦斯、天然气等有害气体，并设置水汽分离装置，采用喷雾、洒水等措施，稀释和排出洞内瓦斯，防止瓦斯积聚。采用压入式的通风方式；施工期间建立和加强瓦斯监测、报警系统。

隧道穿越煤层或煤层采空区，采用沿衬砌外轮廓满铺防水层的全封闭衬砌以隔绝瓦斯渗入，并用水泥砂浆封堵严密；隧道煤系或采空区段施工采用湿法钻孔，采用劈裂机进行机械掘进。

3.4 断层、浅埋暗挖破碎带施工技术

坚持“重地质、管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭”原则进行掘进作业。

采用综合超前地质预报方法，对掌子面前方的围岩地质及地下水情况进行调查分析，浅埋暗挖洞口段采用管棚、超前小导管配合工字钢拱圈等施工措施，以确保洞口工程安全顺利施工。对洞口堆积体进行注浆固结，并在堆积体的前缘设置桩板式挡墙，洞口顶部设置挡护结构，用以拦截坡顶危石、滚石等，洞口斜坡设置截水沟。

图2 注浆施工工艺图

断层破碎带隧道开挖采用CRD法开挖，减小掘进循环进尺，采用人工配合机械开挖尽量减少爆破对围岩的影响，维护围岩的稳定性，防止大范围的坍塌。加强支护，及时施做二衬和仰拱。

加强现场监控量测及时掌握围岩和支护的动态信息，及时调整和修正施工方法，保证围岩稳定，针对断层破碎带，采取加密量测断面，加大检测频率。

3.5 地热区施工技术

地热段施工中采取通风和洒水相结合的措施，地温较高时，可采用大型通风设备及制冷设备予以降温；地温很高时，在正洞开挖工作面前方的一段距离，利用平导超前钻探，如有热水涌出，增建降水、排水设施和排水钻孔，以降低水位；如施工中仍有热水涌出时，可采用水泥水玻璃注浆，以发挥截水及稳定围岩的作用。

4 结语

本新建隧道不良地质发育又紧邻既有隧道，施工风险高，通过前期分析及后期施工处理，较好的完成了施工。因此施工前的超前预报和风险分析非常重要，并合理制定专项施工方案和应急预案，加强施工监测，确保施工安全。