论文部分内容阅读
摘要
道路施工中可能会面对许多复杂的地质环境，会对公路隧道的施工造成严重的影响。本文讨论了在我国施工中常见的一些地质灾害类型和相应的预防和处理措施与建议。
关键词：公路隧道；施工；地质灾害
1 引言
随着国内道路交通建设的迅猛发展，公路隧道建设逐渐步入了迅速发展时期。复杂地质条件下,各种灾害性地质所引发的施工安全事故时有发生，所以针对灾害性地质隧道的施工研究十分重要。灾害性地质包括滑坡、崩塌、断层、岩溶、爆岩、软土地质等威胁隧道工程施工安全的灾害性地质条件。这些特殊地质条件为公路隧道的施工安全带来了巨大的考验。本文主要分析了实际地质灾害的现象与特点,以便更好的应对地质灾害;此外还列举了地质灾害的预防和处理方法,为公路隧道施工工作提供依据。
2 活动断层地质对公路隧道施工的影响
2.1活动断层的影响
活动断层主要是目前还在活动或断续活动的地质断层。活动断层会导致岩体出现各种破碎岩面,例如断裂面及层间裂隙面等,使岩体发生破碎,渗透性增加,地表水和降水发生下渗。当隧道需要穿越活动断层时,由于活动断层岩性松软,隧道容易出现塌方以及不均匀沉降,引起隧道结构开裂、漏水,洞口附近仰坡在雨季有滑坡、错落等危险[1]。
2.2处理措施
隧道施工中经过断层无疑有很高的难度。主要来源于断层的特点、断裂带的宽度、含水性以及断层的活动情况的组合关系。目前常见的施工手段是路线选择上尽量规避活动断层,或利用深挖路堑穿越活动断层。利用地质雷达预测、预报断层地质破碎岩体详细情况。开挖前对围岩进行加固。开挖后采用钢架加喷射混凝土作为结构支撑。按设计要求使用混凝土支护,提高混凝土支护结构强度等级。
3炭质板岩地质对公路隧道施工的影响
3.1炭质板岩地质特点
(1)开挖易坍塌
炭质板岩地质环境下,隧道爆破结束,随着围岩在外部暴露时间增多,开挖面围岩逐步出现脱落,最终发生坍塌,若遭遇围岩裂隙水冲击,坍塌情况会更加严重。
(2) 炭质板岩遇水容易软化
炭质板岩遇水会出现膨胀崩解,软化的现象。强度迅速降低,尤其在有水的层面施工时,开挖完成后围岩暴露持续时间过长,会引起隧道顶部围岩出现更大的松动,发生严重的坍塌。
(3)初期支护结构容易发生开裂破坏
当变形量超过极限值后,初期支护结构表面会发生开裂,随着应力的加剧,出现拱架结构变形或弯曲,若无法即时采取加固措施,可能会引起整个支护结构的破坏,发生坍塌。
3.2处理措施建议
隧道施工前,采取提前支护准备措施,一般使用超前小导管进行预支护,保障拱部围岩有足够的支撑力,爆破完成后,防止围岩掉块,避免顶部围岩松动；采用爆破与台阶法结合施工,降低爆破对围岩的影响,保障围岩的承载力稳定。现场爆破工作要按照围岩情况有计划的进行,确定装药量和位置；加快仰拱施工, 尽早保障整个断面的封闭,强化初期支护结构承载力,变形严重的地段,可在仰拱设置钢架，以加强支撑。
4 岩溶型地质灾害
4.1岩溶对隧道施工的影响
当隧道施工经过可溶性岩层,部分溶洞处在隧道底部,充填物很深,隧道基底施工困难，部分溶洞岩质稳定性差,容易出现坍塌;有时遭遇大的暗河,岩溶泥砂可能夹水大量注入隧道,当水不断进入坑道时,可能会出现地表开裂,山体内压激增;部分溶洞、暗河错综复杂,范围大,施工工作难度很高。岩溶程度不一,连通性也有差异,施工时一旦出现岩溶涌入水和泥砂,将会掩埋坑道、损坏机具、影响施工等事故[3]。
4.2 整治措施
隧道施工中经过岩溶地段时,应按照设计资料以及现场勘查情况,掌握溶洞的分布情况，岩层的稳定性以及地下水流状况,为施工方案的确定提供有效地质信息。目前常利用引、堵、绕等措施。
(1)引排水
遇到暗河及溶洞水流时,首选引排的方法。在测定出水源流向与隧道地理位置关系后,采用暗管及涵洞等设施引导水流,将水排出隧道外。水流位置高于隧道高度时,应开凿引水渠道,将水位先降低至隧道高度以下,再进行引排。
(2)堵填
对已经停止变化、跨径小、水量低的溶洞,可通过其与隧道的位置情况,采用混凝土和干砌片石等进行回填封闭,并基于地质条件决定是否进行边墙基础加深。
(3)绕
在岩溶区条件下施工时,若部分溶洞处理出现困难时,可合理选择路线迂回绕过溶洞,继续开展隧道其它部分施工,以节省施工时间,加快工程进度。
5 岩爆型灾害
5.1岩爆特点
岩爆出现在高地应力环境中，地下工程开挖过程里,由于开挖而引起的周边围岩出现强烈的应力作用,储存在围岩内部的弹性应变瞬间释放,且发生爆裂、剥离破坏现象,属于失稳性地质灾害[3-4]。它威胁着施工人力设备的安全,延误工程进度,所以对可能出现的岩爆环境做好勘查,有针对性的做好防治措施。
5.2防治措施
基于岩爆出现的环境,防治工作应从强化围岩应力入手。合理设计隧道位置,保证轴线方向同主应力平行;利用钻孔卸压法、分部开挖手段并且在岩面喷水软化岩体等方法；强化围岩。包括加固开挖洞壁与掌子面的超前加固,主要方法有锚喷、钢纤维喷混凝土和锚杆锚固等。
6 黄土地质对公路隧道施工的影响
6.1 黄土地层对施工的影响
黄土地质有多变构造,并有延续性。在隧道施工时,土体易于顺着节理开裂或剪断。黄土地层若出现在坑道顶部会引发隧道塌顶,位于隧道侧壁则容易发生侧壁掉土,处理不及时,常会引起更严重的坍塌。经水浸湿后,易于突然出现下沉,使施工中的围岩丧失自稳性。
6.2 黄土隧道施工中的防治措施
隧道施工经过黄土地层时,首先要保障对黄土地层节理与分布情况充分的调研。黄土暴露时间过长,会导致围岩风化松弛,进而引起塌方。施工中多采用复合式衬砌,及时设置拱架支撑等初期支护设施,快速构建坚实的支护体系。在含水量较大的地质条件下,要设计好排水方式,改善施工环境。在开挖过程中多用短台阶施工法或分部施工法。
7 膨胀性围岩地质的影响
7.1 特点及危害形式
膨胀性围岩地质存在湿涨干缩以及往复变形的特性,干燥土质条件下的膨胀性岩层,质地较硬,易于脆裂,会出现明显的开裂隙,如果被水浸湿,裂隙将会回缩变窄甚至闭合,地质强度显著降低。软质地质的膨胀性围岩在断裂褶皱的环境下，出现破碎带,隧道施工中受风化作用的影响,出现体积膨胀,产生膨胀压力。所以在这种围岩地质条件下施工中，常遇到围岩变形大,等不良现象。通常会产生开裂、下沉、坍塌与破坏等危险形式。
7.2 整治措施
开挖前勘察围岩特性与规模,借鉴其他的工程实例,认真按照设计文件给予的技术要求进行施工。还应对施工中的情况进行充分的检测和及时调整,分析其地质规律。研究地下水分布范围和实际情况,掌握地下水对施工工作的影响,以便依据围岩条件采取合理的施工方法。
总结
我国国土广阔，公路隧道建设中遇到的特殊灾害性地质环境也多种多样。面对着多变复杂的施工环境，如何合理的应对处理，关系到我国公路隧道建设水平，需要我们更多的研究和学习。
参考文献
[1]孙富学,朱秀清.隧道工程塌方治理及工程实例[J].公路交通技术,2009(2):105-107
[2]朱苦竹,朱合华.滑坡与隧道相互作用机理实例分析[J].地下空间与工程学报,2008,2(5):809-812,817
[3]邱道宏,陈剑平,等.深埋长大公路隧道岩爆预测及防治研究[J].地下空间与工程学报,2009,2(6):950-955,961
[4]重庆交通科研设计院.JTG D70—2010.公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社,2010
道路施工中可能会面对许多复杂的地质环境，会对公路隧道的施工造成严重的影响。本文讨论了在我国施工中常见的一些地质灾害类型和相应的预防和处理措施与建议。
关键词：公路隧道；施工；地质灾害
1 引言
随着国内道路交通建设的迅猛发展，公路隧道建设逐渐步入了迅速发展时期。复杂地质条件下,各种灾害性地质所引发的施工安全事故时有发生，所以针对灾害性地质隧道的施工研究十分重要。灾害性地质包括滑坡、崩塌、断层、岩溶、爆岩、软土地质等威胁隧道工程施工安全的灾害性地质条件。这些特殊地质条件为公路隧道的施工安全带来了巨大的考验。本文主要分析了实际地质灾害的现象与特点,以便更好的应对地质灾害;此外还列举了地质灾害的预防和处理方法,为公路隧道施工工作提供依据。
2 活动断层地质对公路隧道施工的影响
2.1活动断层的影响
活动断层主要是目前还在活动或断续活动的地质断层。活动断层会导致岩体出现各种破碎岩面,例如断裂面及层间裂隙面等,使岩体发生破碎,渗透性增加,地表水和降水发生下渗。当隧道需要穿越活动断层时,由于活动断层岩性松软,隧道容易出现塌方以及不均匀沉降,引起隧道结构开裂、漏水,洞口附近仰坡在雨季有滑坡、错落等危险[1]。
2.2处理措施
隧道施工中经过断层无疑有很高的难度。主要来源于断层的特点、断裂带的宽度、含水性以及断层的活动情况的组合关系。目前常见的施工手段是路线选择上尽量规避活动断层,或利用深挖路堑穿越活动断层。利用地质雷达预测、预报断层地质破碎岩体详细情况。开挖前对围岩进行加固。开挖后采用钢架加喷射混凝土作为结构支撑。按设计要求使用混凝土支护,提高混凝土支护结构强度等级。
3炭质板岩地质对公路隧道施工的影响
3.1炭质板岩地质特点
(1)开挖易坍塌
炭质板岩地质环境下,隧道爆破结束,随着围岩在外部暴露时间增多,开挖面围岩逐步出现脱落,最终发生坍塌,若遭遇围岩裂隙水冲击,坍塌情况会更加严重。
(2) 炭质板岩遇水容易软化
炭质板岩遇水会出现膨胀崩解,软化的现象。强度迅速降低,尤其在有水的层面施工时,开挖完成后围岩暴露持续时间过长,会引起隧道顶部围岩出现更大的松动,发生严重的坍塌。
(3)初期支护结构容易发生开裂破坏
当变形量超过极限值后,初期支护结构表面会发生开裂,随着应力的加剧,出现拱架结构变形或弯曲,若无法即时采取加固措施,可能会引起整个支护结构的破坏,发生坍塌。
3.2处理措施建议
隧道施工前,采取提前支护准备措施,一般使用超前小导管进行预支护,保障拱部围岩有足够的支撑力,爆破完成后,防止围岩掉块,避免顶部围岩松动；采用爆破与台阶法结合施工,降低爆破对围岩的影响,保障围岩的承载力稳定。现场爆破工作要按照围岩情况有计划的进行,确定装药量和位置；加快仰拱施工, 尽早保障整个断面的封闭,强化初期支护结构承载力,变形严重的地段,可在仰拱设置钢架，以加强支撑。
4 岩溶型地质灾害
4.1岩溶对隧道施工的影响
当隧道施工经过可溶性岩层,部分溶洞处在隧道底部,充填物很深,隧道基底施工困难，部分溶洞岩质稳定性差,容易出现坍塌;有时遭遇大的暗河,岩溶泥砂可能夹水大量注入隧道,当水不断进入坑道时,可能会出现地表开裂,山体内压激增;部分溶洞、暗河错综复杂,范围大,施工工作难度很高。岩溶程度不一,连通性也有差异,施工时一旦出现岩溶涌入水和泥砂,将会掩埋坑道、损坏机具、影响施工等事故[3]。
4.2 整治措施
隧道施工中经过岩溶地段时,应按照设计资料以及现场勘查情况,掌握溶洞的分布情况，岩层的稳定性以及地下水流状况,为施工方案的确定提供有效地质信息。目前常利用引、堵、绕等措施。
(1)引排水
遇到暗河及溶洞水流时,首选引排的方法。在测定出水源流向与隧道地理位置关系后,采用暗管及涵洞等设施引导水流,将水排出隧道外。水流位置高于隧道高度时,应开凿引水渠道,将水位先降低至隧道高度以下,再进行引排。
(2)堵填
对已经停止变化、跨径小、水量低的溶洞,可通过其与隧道的位置情况,采用混凝土和干砌片石等进行回填封闭,并基于地质条件决定是否进行边墙基础加深。
(3)绕
在岩溶区条件下施工时,若部分溶洞处理出现困难时,可合理选择路线迂回绕过溶洞,继续开展隧道其它部分施工,以节省施工时间,加快工程进度。
5 岩爆型灾害
5.1岩爆特点
岩爆出现在高地应力环境中，地下工程开挖过程里,由于开挖而引起的周边围岩出现强烈的应力作用,储存在围岩内部的弹性应变瞬间释放,且发生爆裂、剥离破坏现象,属于失稳性地质灾害[3-4]。它威胁着施工人力设备的安全,延误工程进度,所以对可能出现的岩爆环境做好勘查,有针对性的做好防治措施。
5.2防治措施
基于岩爆出现的环境,防治工作应从强化围岩应力入手。合理设计隧道位置,保证轴线方向同主应力平行;利用钻孔卸压法、分部开挖手段并且在岩面喷水软化岩体等方法；强化围岩。包括加固开挖洞壁与掌子面的超前加固,主要方法有锚喷、钢纤维喷混凝土和锚杆锚固等。
6 黄土地质对公路隧道施工的影响
6.1 黄土地层对施工的影响
黄土地质有多变构造,并有延续性。在隧道施工时,土体易于顺着节理开裂或剪断。黄土地层若出现在坑道顶部会引发隧道塌顶,位于隧道侧壁则容易发生侧壁掉土,处理不及时,常会引起更严重的坍塌。经水浸湿后,易于突然出现下沉,使施工中的围岩丧失自稳性。
6.2 黄土隧道施工中的防治措施
隧道施工经过黄土地层时,首先要保障对黄土地层节理与分布情况充分的调研。黄土暴露时间过长,会导致围岩风化松弛,进而引起塌方。施工中多采用复合式衬砌,及时设置拱架支撑等初期支护设施,快速构建坚实的支护体系。在含水量较大的地质条件下,要设计好排水方式,改善施工环境。在开挖过程中多用短台阶施工法或分部施工法。
7 膨胀性围岩地质的影响
7.1 特点及危害形式
膨胀性围岩地质存在湿涨干缩以及往复变形的特性,干燥土质条件下的膨胀性岩层,质地较硬,易于脆裂,会出现明显的开裂隙,如果被水浸湿,裂隙将会回缩变窄甚至闭合,地质强度显著降低。软质地质的膨胀性围岩在断裂褶皱的环境下，出现破碎带,隧道施工中受风化作用的影响,出现体积膨胀,产生膨胀压力。所以在这种围岩地质条件下施工中，常遇到围岩变形大,等不良现象。通常会产生开裂、下沉、坍塌与破坏等危险形式。
7.2 整治措施
开挖前勘察围岩特性与规模,借鉴其他的工程实例,认真按照设计文件给予的技术要求进行施工。还应对施工中的情况进行充分的检测和及时调整,分析其地质规律。研究地下水分布范围和实际情况,掌握地下水对施工工作的影响,以便依据围岩条件采取合理的施工方法。
总结
我国国土广阔，公路隧道建设中遇到的特殊灾害性地质环境也多种多样。面对着多变复杂的施工环境，如何合理的应对处理，关系到我国公路隧道建设水平，需要我们更多的研究和学习。
参考文献
[1]孙富学,朱秀清.隧道工程塌方治理及工程实例[J].公路交通技术,2009(2):105-107
[2]朱苦竹,朱合华.滑坡与隧道相互作用机理实例分析[J].地下空间与工程学报,2008,2(5):809-812,817
[3]邱道宏,陈剑平,等.深埋长大公路隧道岩爆预测及防治研究[J].地下空间与工程学报,2009,2(6):950-955,961
[4]重庆交通科研设计院.JTG D70—2010.公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社,2010