不良地质条件下特长隧道施工技术探讨

（山西交通控股集团有限公司大同南高速公路分公司，山西 大同 037006）

隧道工程是公路工程的重要咽喉节点，其施工进度也直接决定了整个公路项目的工程总进度；考虑到隧道工程施工的隐蔽性、复杂性和未知性等特点，隧道施工俨然成为一项高风险的施工作业项目，尤其是特长隧道，其风险严重程度则更加突出，特长隧道施工事故数量和事故等级也一直处于高位运行状态。

为了切实控制隧道的施工事故数量和事故严重程度，在隧道工程施工过程中，必须针对性制定施工方案，做好现场施工组织，尤其是单孔里程超过3km的特长隧道，在施工阶段更要引起高度重视。众所周知，特长隧道一般都伴随着不同程度的不良地质条件，由于隧道里程较长，隧道不同断面位置充斥着不同严重程度的岩溶、透水、瓦斯燃爆、塌方、断层带及软岩等不良地质影响因素；在部分恶劣地质环境中，甚至出现几种不良地质条件叠加影响的工况，不但影响了施工总体进度和施工现场的可控性，还对施工人员造成了严重的人身安全威胁。综上，本文以不良地质条件下的特长隧道施工作业为研究对象，重点分析了几种典型、常见的不良地质条件对特长隧道施工的影响，并针对性提出了施工技术解决方案，以提高特长隧道施工项目的安全性、可靠性和经济性。

一、几种常见的典型不良地质条件概述

（一）岩溶不良地质条件概述

隧道内可溶性岩石在隧道地下水和地表水的长期影响作用下，可溶性岩石被不同程度的破损和改造，被称为岩溶作用，国际上将这一作用引起的岩层状况统称为喀斯特地貌。从时间周期上判定，岩溶作用是一种慢性作用，其对隧道工程施工的影响具有很强的潜在威胁性，在隧道钻进过程中，一旦遭遇岩溶管道，在施工荷载的扰动下，岩溶管道内的原有地下径流形式被改变，进而产生不同程度的涌水甚至泥石流灾害，对隧道工程的正常推进造成极其严重的影响。此外，隧道钻进过程中如突遇可溶性岩层分布带，由于隧道围岩在长期岩溶作用的影响下，出现不同程度的破碎和塌方病害，给隧道衬砌支护施工带来较大的难度；部分可溶性岩层分布在隧道掘进面的底部，由于可溶性岩层隧道底部被大量质地软弱的填充物填满，给隧道底部的夯实处理也带来一定的困难；部分岩溶区域被大量的饱水填充物填充，在施工荷载扰动作用下，饱水的填充物将直接喷涌入施工巷道，不但威胁到施工作业人员的人身安全，大量涌水流入隧道掘进面的地面上，也会影响隧道地面的正常施工进程。

（二）坍塌不良地质条件概述

与其他隧道施工事故相比，隧道坍塌事故是最常见、危害最大的典型事故之一。从宏观上分析，造成隧道坍塌的因素可细分为自然地质因素和人为因素，其中，自然因素一般占据主要影响地位。通常情况下，隧道开挖掌子面确定后，随着开挖施工的不断推进，由于地质超前预报工作误判或者失效等问题，隧道围岩会出现断崖式突变，因隧道围岩等级突减，在施工荷载的扰动下，低等级围岩会出现不同程度的破碎和剥落，最终发展成为隧道内塌方事故；此外，地下水及地下暗河对隧道塌方构成的潜在威胁也不容忽视，隧道围岩在浸水条件下，围岩土体吸水饱和后，其强度、刚度被明显削弱，粘性土在吸水后，其膨胀性更加明显，膨胀压力将挤压隧道围岩，引起围岩大变形。人为因素主要反映在设计选线方面，由于设计选线不合理，将给后续的施工环节埋下重大隐患。部分设计单位为了兼顾经济性因素，隧道不得不过境不良地质地段，无形中增加了坍塌风险；此外，部分隧道开挖掌子面设计不合理，掌子面正好处于大型滑动土体的下方，或者位于断层交界位置，在地质构造应力作用下，极易诱发洞口掌子面偏载，造成严重的洞口坍塌事故。

（三）涌水不良地质条件概述

地下涌水一直是隧道施工的“天敌”，同时也是各种继发性事故的“元凶”，在公路隧道开挖施工过程中，地下涌水对隧道的影响可分为两类，即地下涌水对软弱围岩的影响和膨胀性围岩的影响。由于软弱围岩的表面节理发育比较成熟，地下涌水容易渗透至裂隙内，含水或饱水围岩处于相对“活跃”状态，在外界施工荷载的扰动作用下，极容易引起坍塌、破碎等病害，最终演变为隧道塌方事故；此外，部分膨胀性围岩在含水条件下，其体积膨胀形变明显，围岩在膨胀应力作用下将出现鼓包、起拱病害。

二、不良地质条件下的特长隧道处治施工技术分析

（一）岩溶不良地质处治施工技术

特长隧道不同于中、短隧道，过境段内地质条件复杂多变，岩溶灾害较为常见；处治岩溶灾害时，排水是重中之重，只有切断长期浸润围岩的地下水源才能从根本上控制岩溶问题；此外，还应兼顾排水后的溶洞填充处治，一方面控制岩溶继续发展，另一方面还需及时填充因岩溶作用引起的空洞。排水处治应以不破坏原有的地下水径流为原则，可在隧道底部新建排水管道，提高洞内的排水引流效率；对于隧道内有暗河分布的情况，对于疑似暗河与岩溶成熟段相连的位置，应使用主动引流外排技术，提高排水施工的安全性。隧道暗河处治施工如图所示。

图. 隧道暗河处治施工示意

（二）坍塌不良地质处治施工技术

在隧道坍塌处治施工过程中，应坚持“以防为主，防治结合”的基本原则，对于已经出现坍塌的位置，应先对坍塌核心区域周围进行隐患排查，并优先完成加固施工。在治理坍塌不良地质的过程中，应坚持因地制宜的标准，根据坍塌病害的规模、位置及工程地质特点制定相应的处治方案。下表为常用的几种适用于多种工况下的坍塌处治施工方案。

表.常用的几种适用于多种工况下的坍塌处治施工方案

（三）涌水不良地质处治施工技术

解决隧道涌水不良地质问题的方法众多，大体上可分为排水和止水两种途径。以常规的排水法为例，顾名思义，排水法处治施工的原理就是通过排水降低隧道内地下水水位，进而减小隧道内地下水对施工作业面的涌水压力。钻孔排水是最常见的隧道排水工法，其排水效率和效果明显优于导坑排水技术；由于钻孔较深，单个钻孔的钻进时间较长，为了保证彼此孔道之间作业相互不干涉，建议在施工作业面外开挖，具体的孔道深度应由排水需求、排水预期等因素综合决定。

三、结语

综上分析可知，在隧道工程施工实践中，重视不良地质条件对特长隧道施工安全性、可靠性的影响至关重要；必须深入掌握常见不良地质条件的特点，根据不良地质条件引起的隧道施工事故严重程度，制定针对性的处治施工措施，以最大程度控制特长隧道的施工风险。