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摘要：随着我国经济高速发展，隧道建设也大规模的展开,在进行隧道施工的过程中难免会遇到塌方、岩爆以及突水和涌水等不良地质条件。本文简要分析了不良地质条件对隧道施工的影响因素，基于不良地质隧道的施工原则，深入探讨了几点不良地质条件下的施工方法。
关键词：隧道施工、不良地质、处理办法
中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：
一、前言
隧道施工中不良地質条件通常是指在施工环境周围存在着断层发育、岩体破碎、地质发生异变及含水量与最优含水量偏差较大等情况，常见的不良地质有塌方、岩爆以及突水和涌水等。
二、不良地质条件对隧道施工的影响
影响隧道施工的不良地质条件有很多，受篇幅限制，笔者在下文中将主要论述较为常见的塌方、岩爆以及突水和涌水等。
1、岩爆
从破裂机制的角度讲，岩爆指的是在开挖卸荷条件下岩石因为其自身弹性的应变能而突然释放所导致的爆裂或者脆性破裂，爆裂形成的岩块会以爆裂剥离、爆裂弹射、爆裂松脱以及抛掷等各种方式脱离母体，其脱离的方式、规模与速度与爆破发生时释放弹性的应变能多少、波及深度等各个方面的因素有关。岩爆通常发生在埋深500—1000m及以上的隧道。不过在一些高度挤压区，埋深在100—400m同样有可能发生岩爆现象。例如发生岩爆的秦岭隧道北口端埋深只在100m左右，岩爆带来的危害相当严重。我国成昆线中最大埋深达到1650m的关村坝隧道曾将发生过严重岩爆，射距2—3m。岩爆会严重威胁到施工人员以及机械设备的安全。
2、塌方
塌方指的是围岩因为失稳而导致的突发性坍塌、崩塌以及堆塌等灾难性的地质灾害。塌方通常出现在断层破碎带、侵入岩接触带以及岩体结构面不利于组合的地段，是隧道施工过程中最为常见的影响因素。根据统计资料，围岩因为局部失稳导致的塌方占III类围岩中塌方比例的37%，占IV类围岩塌方比例的62%，占V类围岩塌方比例的76%。通过数字可以看到塌方发生的概率与岩体的结构特征有着密切的关系。塌方对我国隧道施工的影响严重，例如成昆铁路在施工过程中，415座隧道中有25座发生大规模塌方，红庙隧道则因为塌方严重而被迫改变线路。
3、氯盐侵蚀
隧道结构混凝土中最能促进钢筋钝化的腐蚀就是氯盐，因此也成为影响混凝土结构耐久性因素中最为危险的一种。钢筋锈蚀速度与混凝土表面氯离子的浓度、温湿度的变化、空气中氧气供给的难易程度有关。混凝土的氯盐可以通过原材料带进混凝土拌合物中，也可能由外界的氯离子溶于水而渗透到混凝土中。无论是何种情况，当钢筋周围的混凝土孔隙液中氯离子浓度达到临界值时，由于氯离子比其他阴离子
4、突水和涌水
突水和涌水问题是隧道施工中的常见地质灾害，其中携带大量碎屑的涌水会带来严重危害。突水多发生于溶隙发育地段、隔水层与含水层交界面以及岩溶洞穴；涌水多发生于风化破碎带以及节理裂隙密集带。统计报告显示，我国有超过80%建成隧道在施工过程中发生突水，有31座的涌水量达到10000m /d以上，其中成昆线中的沙木拉达隧道曾发生过最高达5.2万m /d的突水，导致施工过程三十多天停滞不前，用于治理通车后漏水的费用高达千万。
三、不良地质隧道的施工原则
1、短进尺
根据不良地质的复杂实际和隧道工程的实际选择，建议每隔一定的距离便要进行一次有效的地质构造探测。例如，使用声波探测设备进行地质情况勘探时，建议每隔100米至200米的距离进行一次有效的围岩探测，探测的内容应该包括溶洞的规模、裂隙发育带情况以及破碎带情况等等，有效预防隧道涌水等危害的发展。再如，利用地质雷达对隧道的周边地质情况进行勘察时，建议每隔5米至200米的距离便进行一次有效的地质构造探测，探测的内容应该包括隐伏的地质破碎带、暗河、岩溶以及其它的不利地质构造等，有效预防隧道开挖之后隧道的侧壁、底板、顶板等部位出现突水、突泥等危害。
2、弱爆破
在隧道的开挖施工阶段，采用爆破方式进行掘进时，应该严格控制爆破的装药量和爆破眼之间的距离，将爆破对围岩的影响降到最低程度，正确不对围岩的自稳能力造成过大的破坏。另外，对上下断面台阶的距离（通常情况下，台阶为50米至100米）进行严格地控制也是确保隧道安全的重要举措之一。
3、强支护
强支护是预防不良地质隧道坍塌的重要措施，其支护方法一般是综合采用锚喷、网喷、喷混凝土、栅钢架（钢支撑）等方式，确保隧道的支护效果。例如，在某不良地质隧道工程当中，Ⅳ级和Ⅴ级围岩地段采用的支护方式为超前支护（即超前小导管和中空注浆锚杆），而系统支护采取的支护方式是砂浆锚杆、喷射混凝土、钢筋网与格栅（Ⅴ级围岩采用型钢）钢架。众多的隧道工程实践表明，强支护是有效防止隧道坍塌的措施之一，尤其是对不良地质隧道工程而言，采用锚喷与缩小格栅钢架（或者钢支撑）间距相结合的支护方式，是确保其工程质量和运营安全的重要举措。
4、勤量测
对于不良地质的隧道工程而言，有效和频繁的量测是确保其施工质量和施工安全的关键性手段。为了给不良地质的隧道工程提供超前的地质预报，利用有效利用各种地质探测设备对工程前方的围岩等等地质情况进行探测，合理分析和预判围岩突变、地质断层等情况，为隧道的开挖和支护提供强有力的数据支持。同时需要支持的是，监控测量不仅仅需要向施工单位提供围岩开挖的变形情况，更加应该为没有开挖的地段提供至关重要的数据参考，也就是说，利用各种测量仪器和设备，观察并综合分析围岩的变形量尤其是变形速率，进而推断出围岩的最大变形量，从而实现围岩变形情况的超前预报，以便施工单位能够采用最具针对性的支付方式。
5、杜绝主观危险因素
影响施工安全和施工质量的因素较多，对于不良地质隧道工程而言，应该重点注意以下几个方面：
（1）不抢施工进度。因为该地区的地质条件一直相对较好，或者是因为施工单位对于不良地质的围岩自稳能力持有过度乐观的态度，导致合理地抢赶施工进度。由于思想麻痹、准备不足，无法应对抢赶施工进度时出现的各种问题和事故，增加了导致隧道坍塌的危险程度。
（2）合理安全施工计划。由于不良地质情况特殊，有可能会遇到多种多样的未知情况，需要在思想上认识到施工的困难性和迎接各种施工难题的勇气，做好打持久战的准备，在施工技术方案，要做好前提的准备工作，力争做到每一个施工问题都有一个详细具体的应对性的施工技术方案。
（3）对不良地质的各种情况进行详细地分析和研究，掌握围岩的特性和稳定性，遵循“就好不就劣”的原则来进行隧道的开挖和支护，同时，如果发现超过允许范围之内比较严重的围岩变形，必须要及时采取各种有效的支护措施，防止围岩出现进一步的变形甚至谈谈的情况。隧道坍塌的发生，主要受不良地质的影响，但是也存在人为的麻痹思想。当设计与施工不符时，要及时采取有效的加固措施，监控量测能提供真正可参考的数据，避免坍塌等地质灾害的发生。
四、不良地质条件处理方法
1、岩爆地段处理方法
施工前，应通过综合超前地质探测预报，分析有可能发生岩爆的地段，以便正洞施工达到相应地段时加强防卫，采取以下必要措施：使用光面爆破，并严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响。可选用超前钻孔预爆法，喷射高压水冲洗岩面预先释放部分能量，以减少岩爆的发生。岩爆严重地段，可增加钢筋网、喷砼等支护措施。
2、突水地段施工方法
洞内突水对隧道施工的危害很大，施工中采取相应的防水、排水措施。根据涌水量大小，提前封堵和疏排，同時做好应急准备，一旦发生涌水，迅速排出，以防大量地下水涌入洞内造成危害。可采取下列措施：
（1）进行超前钻孔探测，采用综合物探手段预测预报，判明水源补给、涌水量和突水压等情况，有针对性地采取帷幕注浆、超前注浆或管道引排等方案，排出部分地下水，减少水量，降低水压。
（2）铺设复合防水板，全断面模筑防水钢筋混凝土。
（3）采用上部弧形导坑预留核心土法、台阶法等开挖方法，并辅之以超前小导管注浆止水穿越突水段。按顺序分部开挖隧道断面，施作支护。支护系统锚杆由厚壁小导管代替，施作支护时，根据渗漏水的情况，在各渗漏水处钻眼引水，设置弹簧排水管。在大面积淋水或水流量仍很大的情况下，设置多层弹簧排水管，通过弹簧排水管将水引入墙脚纵向排水管，流入排水沟将水排出洞外。
（4）富水地段备足抽水设备，加强施工用水、排水管理，防止拱脚和基底浸泡。
3、预防坍塌的措施
（1）坍塌处理方法
首先，把塌方范围顶部与侧壁的岩体进行清除或支护。其次，加强原有支护，对塌方范围前后原有支护进行加固,以防止塌方扩大。最后，加快衬砌，对塌方两端尽快做局部衬砌,以保证塌方不扩大。
（2）处理塌方
如塌方体积较小,且塌方范围内已进行喷锚或已架设了较为牢固的支撑时,可由两端或一端先上后下地逐步清除塌方,随挖随架设临时支撑。如塌方体积较大,因塌体堵塞无法进入塌方范围进行支护时,可采用长管棚注浆加固塌体,然后用“穿”的办法在塌体内进行开挖、衬砌。
五、结束语
综上所述，面对在不良地质条件下的隧道施工，我们要采取正确的施工支护方法，根据实际工程地质环境条件，确定合理的支护方法和措施进行施工作业，同时还要根据施工中的突发地质情况下来及时调整施工方法，采取最有利并且最适宜的施工技术和支护方式来进行施工建设。
参考文献：
［1］ 邱志春：《浅谈公路隧道的光面爆破》，《中国科技信息》，2006年19期
［2］ 周秀民 刘仲波 胡杨 吴文国：《公鸡岭隧道不良地质段施工技术》，《中小企业管理与科技(下旬刊)》， 2009年05期
［3］ 叶章运：《终南山特长公路隧道不良地质灾害预测及施工》，《西部探矿工程》，2002年05期
［4］ 谭若坚：《不良地质隧道设计与施工的常用处治措施》，《湖南交通科技》，2002年09期
［5］ 刘洪伟 李建华：《不同条件下大跨隧道的施工方案探讨》，《地质与勘探》，2000年05期
作者简介：李庆宏(1976.5-),工程师，2006年1月毕业于北京交通大学公路工程与管理专业。
关键词：隧道施工、不良地质、处理办法
中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：
一、前言
隧道施工中不良地質条件通常是指在施工环境周围存在着断层发育、岩体破碎、地质发生异变及含水量与最优含水量偏差较大等情况，常见的不良地质有塌方、岩爆以及突水和涌水等。
二、不良地质条件对隧道施工的影响
影响隧道施工的不良地质条件有很多，受篇幅限制，笔者在下文中将主要论述较为常见的塌方、岩爆以及突水和涌水等。
1、岩爆
从破裂机制的角度讲，岩爆指的是在开挖卸荷条件下岩石因为其自身弹性的应变能而突然释放所导致的爆裂或者脆性破裂，爆裂形成的岩块会以爆裂剥离、爆裂弹射、爆裂松脱以及抛掷等各种方式脱离母体，其脱离的方式、规模与速度与爆破发生时释放弹性的应变能多少、波及深度等各个方面的因素有关。岩爆通常发生在埋深500—1000m及以上的隧道。不过在一些高度挤压区，埋深在100—400m同样有可能发生岩爆现象。例如发生岩爆的秦岭隧道北口端埋深只在100m左右，岩爆带来的危害相当严重。我国成昆线中最大埋深达到1650m的关村坝隧道曾将发生过严重岩爆，射距2—3m。岩爆会严重威胁到施工人员以及机械设备的安全。
2、塌方
塌方指的是围岩因为失稳而导致的突发性坍塌、崩塌以及堆塌等灾难性的地质灾害。塌方通常出现在断层破碎带、侵入岩接触带以及岩体结构面不利于组合的地段，是隧道施工过程中最为常见的影响因素。根据统计资料，围岩因为局部失稳导致的塌方占III类围岩中塌方比例的37%，占IV类围岩塌方比例的62%，占V类围岩塌方比例的76%。通过数字可以看到塌方发生的概率与岩体的结构特征有着密切的关系。塌方对我国隧道施工的影响严重，例如成昆铁路在施工过程中，415座隧道中有25座发生大规模塌方，红庙隧道则因为塌方严重而被迫改变线路。
3、氯盐侵蚀
隧道结构混凝土中最能促进钢筋钝化的腐蚀就是氯盐，因此也成为影响混凝土结构耐久性因素中最为危险的一种。钢筋锈蚀速度与混凝土表面氯离子的浓度、温湿度的变化、空气中氧气供给的难易程度有关。混凝土的氯盐可以通过原材料带进混凝土拌合物中，也可能由外界的氯离子溶于水而渗透到混凝土中。无论是何种情况，当钢筋周围的混凝土孔隙液中氯离子浓度达到临界值时，由于氯离子比其他阴离子
4、突水和涌水
突水和涌水问题是隧道施工中的常见地质灾害，其中携带大量碎屑的涌水会带来严重危害。突水多发生于溶隙发育地段、隔水层与含水层交界面以及岩溶洞穴；涌水多发生于风化破碎带以及节理裂隙密集带。统计报告显示，我国有超过80%建成隧道在施工过程中发生突水，有31座的涌水量达到10000m /d以上，其中成昆线中的沙木拉达隧道曾发生过最高达5.2万m /d的突水，导致施工过程三十多天停滞不前，用于治理通车后漏水的费用高达千万。
三、不良地质隧道的施工原则
1、短进尺
根据不良地质的复杂实际和隧道工程的实际选择，建议每隔一定的距离便要进行一次有效的地质构造探测。例如，使用声波探测设备进行地质情况勘探时，建议每隔100米至200米的距离进行一次有效的围岩探测，探测的内容应该包括溶洞的规模、裂隙发育带情况以及破碎带情况等等，有效预防隧道涌水等危害的发展。再如，利用地质雷达对隧道的周边地质情况进行勘察时，建议每隔5米至200米的距离便进行一次有效的地质构造探测，探测的内容应该包括隐伏的地质破碎带、暗河、岩溶以及其它的不利地质构造等，有效预防隧道开挖之后隧道的侧壁、底板、顶板等部位出现突水、突泥等危害。
2、弱爆破
在隧道的开挖施工阶段，采用爆破方式进行掘进时，应该严格控制爆破的装药量和爆破眼之间的距离，将爆破对围岩的影响降到最低程度，正确不对围岩的自稳能力造成过大的破坏。另外，对上下断面台阶的距离（通常情况下，台阶为50米至100米）进行严格地控制也是确保隧道安全的重要举措之一。
3、强支护
强支护是预防不良地质隧道坍塌的重要措施，其支护方法一般是综合采用锚喷、网喷、喷混凝土、栅钢架（钢支撑）等方式，确保隧道的支护效果。例如，在某不良地质隧道工程当中，Ⅳ级和Ⅴ级围岩地段采用的支护方式为超前支护（即超前小导管和中空注浆锚杆），而系统支护采取的支护方式是砂浆锚杆、喷射混凝土、钢筋网与格栅（Ⅴ级围岩采用型钢）钢架。众多的隧道工程实践表明，强支护是有效防止隧道坍塌的措施之一，尤其是对不良地质隧道工程而言，采用锚喷与缩小格栅钢架（或者钢支撑）间距相结合的支护方式，是确保其工程质量和运营安全的重要举措。
4、勤量测
对于不良地质的隧道工程而言，有效和频繁的量测是确保其施工质量和施工安全的关键性手段。为了给不良地质的隧道工程提供超前的地质预报，利用有效利用各种地质探测设备对工程前方的围岩等等地质情况进行探测，合理分析和预判围岩突变、地质断层等情况，为隧道的开挖和支护提供强有力的数据支持。同时需要支持的是，监控测量不仅仅需要向施工单位提供围岩开挖的变形情况，更加应该为没有开挖的地段提供至关重要的数据参考，也就是说，利用各种测量仪器和设备，观察并综合分析围岩的变形量尤其是变形速率，进而推断出围岩的最大变形量，从而实现围岩变形情况的超前预报，以便施工单位能够采用最具针对性的支付方式。
5、杜绝主观危险因素
影响施工安全和施工质量的因素较多，对于不良地质隧道工程而言，应该重点注意以下几个方面：
（1）不抢施工进度。因为该地区的地质条件一直相对较好，或者是因为施工单位对于不良地质的围岩自稳能力持有过度乐观的态度，导致合理地抢赶施工进度。由于思想麻痹、准备不足，无法应对抢赶施工进度时出现的各种问题和事故，增加了导致隧道坍塌的危险程度。
（2）合理安全施工计划。由于不良地质情况特殊，有可能会遇到多种多样的未知情况，需要在思想上认识到施工的困难性和迎接各种施工难题的勇气，做好打持久战的准备，在施工技术方案，要做好前提的准备工作，力争做到每一个施工问题都有一个详细具体的应对性的施工技术方案。
（3）对不良地质的各种情况进行详细地分析和研究，掌握围岩的特性和稳定性，遵循“就好不就劣”的原则来进行隧道的开挖和支护，同时，如果发现超过允许范围之内比较严重的围岩变形，必须要及时采取各种有效的支护措施，防止围岩出现进一步的变形甚至谈谈的情况。隧道坍塌的发生，主要受不良地质的影响，但是也存在人为的麻痹思想。当设计与施工不符时，要及时采取有效的加固措施，监控量测能提供真正可参考的数据，避免坍塌等地质灾害的发生。
四、不良地质条件处理方法
1、岩爆地段处理方法
施工前，应通过综合超前地质探测预报，分析有可能发生岩爆的地段，以便正洞施工达到相应地段时加强防卫，采取以下必要措施：使用光面爆破，并严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响。可选用超前钻孔预爆法，喷射高压水冲洗岩面预先释放部分能量，以减少岩爆的发生。岩爆严重地段，可增加钢筋网、喷砼等支护措施。
2、突水地段施工方法
洞内突水对隧道施工的危害很大，施工中采取相应的防水、排水措施。根据涌水量大小，提前封堵和疏排，同時做好应急准备，一旦发生涌水，迅速排出，以防大量地下水涌入洞内造成危害。可采取下列措施：
（1）进行超前钻孔探测，采用综合物探手段预测预报，判明水源补给、涌水量和突水压等情况，有针对性地采取帷幕注浆、超前注浆或管道引排等方案，排出部分地下水，减少水量，降低水压。
（2）铺设复合防水板，全断面模筑防水钢筋混凝土。
（3）采用上部弧形导坑预留核心土法、台阶法等开挖方法，并辅之以超前小导管注浆止水穿越突水段。按顺序分部开挖隧道断面，施作支护。支护系统锚杆由厚壁小导管代替，施作支护时，根据渗漏水的情况，在各渗漏水处钻眼引水，设置弹簧排水管。在大面积淋水或水流量仍很大的情况下，设置多层弹簧排水管，通过弹簧排水管将水引入墙脚纵向排水管，流入排水沟将水排出洞外。
（4）富水地段备足抽水设备，加强施工用水、排水管理，防止拱脚和基底浸泡。
3、预防坍塌的措施
（1）坍塌处理方法
首先，把塌方范围顶部与侧壁的岩体进行清除或支护。其次，加强原有支护，对塌方范围前后原有支护进行加固,以防止塌方扩大。最后，加快衬砌，对塌方两端尽快做局部衬砌,以保证塌方不扩大。
（2）处理塌方
如塌方体积较小,且塌方范围内已进行喷锚或已架设了较为牢固的支撑时,可由两端或一端先上后下地逐步清除塌方,随挖随架设临时支撑。如塌方体积较大,因塌体堵塞无法进入塌方范围进行支护时,可采用长管棚注浆加固塌体,然后用“穿”的办法在塌体内进行开挖、衬砌。
五、结束语
综上所述，面对在不良地质条件下的隧道施工，我们要采取正确的施工支护方法，根据实际工程地质环境条件，确定合理的支护方法和措施进行施工作业，同时还要根据施工中的突发地质情况下来及时调整施工方法，采取最有利并且最适宜的施工技术和支护方式来进行施工建设。
参考文献：
［1］ 邱志春：《浅谈公路隧道的光面爆破》，《中国科技信息》，2006年19期
［2］ 周秀民 刘仲波 胡杨 吴文国：《公鸡岭隧道不良地质段施工技术》，《中小企业管理与科技(下旬刊)》， 2009年05期
［3］ 叶章运：《终南山特长公路隧道不良地质灾害预测及施工》，《西部探矿工程》，2002年05期
［4］ 谭若坚：《不良地质隧道设计与施工的常用处治措施》，《湖南交通科技》，2002年09期
［5］ 刘洪伟 李建华：《不同条件下大跨隧道的施工方案探讨》，《地质与勘探》，2000年05期
作者简介：李庆宏(1976.5-),工程师，2006年1月毕业于北京交通大学公路工程与管理专业。