1、公路隧道浅埋段的地质灾害分析及防治浅析【摘要】随着我国国民经济建设的提高，各种基础建设也快速发展起来，尤其是公路建设发展尤为迅猛。发展公路建设同时也加大了对公路各项施工技术的研究，其中公路隧道中的浅埋段地质灾害的分析和防治是研究的重点问题。本文以某公路隧道作为案例，探究其浅埋段地质灾害原因以及防治技术，为相关同类工程施工提供实际参考依据。 【关键词】施工技术 地质灾害隧道浅埋段 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 近几年来，随着高速公路施工技术水平的不断提高，高速公路网越来越密布，许多地形地质条件较差的崇山峻岭也通过桥梁和隧道的连接修建起了高速公路，与此同时，也引发了不
2、少的地质灾害，造成安全事故的不断发生，因此，在高速公路施工中，地质灾害的预报和防治成为了重中之重，特别是高速公路浅埋段隧道的地质灾害分析和防治成为了目前高速公路施工技术人员和有关专家探讨的热点问题，所以，探究隧道浅埋段地质灾害以及防治施工技术具有实际意义。 2 工程概况 某隧道浅埋段（右线为 YK40+100YK40+550，左线为ZK40+100ZK40+550） ，该段长为 450m，埋深大约为 20m，整个浅埋段都穿越了沥碧峡背斜轴部，因此严重受到地质情况影响；隧道轴线和地表河流不足 100m,一些支流和隧道轴线交叉，这段围岩主要是白云质灰岩、灰岩，岩溶较发育，而岩溶管道和岩石裂隙产生了
3、出大量地下水通道，其地质示意图如下： 图 1 地质示意图 3 隧道浅埋段地质灾害分析 3.1 该段地质灾害特征 事实上隧道浅埋段发生的地质灾害和本地地质有极大关联，本文所研究隧道地质主要是岩溶，在这种特殊地质环境下隧道地质灾害不但体现出岩溶隧道与浅埋隧道地质灾害，同时还具备极强突发性、灾害演变速度快及灾害影响范围大等特征。 1）突发性强；因为突泥及溶洞涌水灾害大都发生在开挖到支护之前，此时支护结构还在施工中，突发灾害必然危害到隧道结构与施工安全。 2）影响范围较大；灾害不但会破坏洞内，还会随之出现沉陷、水田失水及房屋开裂等各种现象，具备极大危害性。 3)演变速度较快；因处于浅埋段，上层覆盖的岩
4、层较薄，隧道中发生小塌方都极可能快速演变，成为灾害性大的冒顶塌方，演变成严重地质灾害事故。 3.2 致灾机理 在开挖隧道之前，底层中岩体在较为复杂原始应力中处于平衡状态，一旦开挖后该平衡必然被破坏，就回重新分布应力，导致围岩发生变形。一旦变形发展为岩体所能够承受的最大极限，必然破坏岩体，因此要分析浅埋段地质灾害就必须要分析其应力。 3.2.1 极端围岩应力的模型 在确定浅埋段围岩压力主要有几种计算模型： 1）全自重模型；洞室上作用竖向的荷载主要是覆盖全部自重所引起，因此计算公式为： （1） 式子中的 q 为竖向荷载，单位 KN/m2；r 为围岩重度，单位KN/m3；H 为隧道埋深，单位为 m；
5、q0 为地面荷载，单位 KN/m2。 在浅埋隧道中大都使用全自重模型，普遍认为 H2.5B.就是隧道埋深比较小时，因为开挖隧道导致岩体位移会一直延续到所覆盖的表面，所以覆盖层岩石不用看待成承载结构，也就是不考虑隧道结构与覆盖层间共同作用效应。全自重模型所计算竖向荷载是由岩体产生出竖向荷载中最大形式，也属于比较保守计算方法。 2）松动模型 学者太沙基研究发现松动区范围不但和岩体层系具有关系，还和岩体强度有关，因此依据研究各种数据，提出了岩石不同对开挖松动引发出来的松动区范围，具体如下表所以： 表 1 太沙基对岩石分类表 当岩体具备了水平层系时，其松动高度可以近似和 0.5B 相等，如图2 所示，
6、 图 2 松动模型 3.3 致灾因素 岩溶隧道中建设难度较大的就是浅埋岩溶隧道，不但具有浅埋隧道与岩溶隧道地质灾害特征，还结合地质情况变得更为复杂。该案例工程就具备较为复杂地质情况，不管是水文地质情况还是灾害发生统计分析，在同类隧道浅埋段都具有较强代表性。该工程施工中发生过几次地质灾害，分析发现主要致灾因素主要为如下几个方面： 1）溶洞；在发生的几次地质灾害中溶洞是一个主要方面。在YK40+532 处出现涌水主要根源就是隧道施工中穿透了侧壁溶洞，破坏了原有岩溶的水通道，将地下水承受状态改变了，导致隧道的用水量急剧增加，降低了地表水位而发生沉陷。 2）水；在隧道地质灾害中水多诱发灾害成为了一个主
7、要因素，更是影响隧道稳定性之重要因素。一般而言该处的水主要是地下水，因隧道的顶部所覆盖岩层比较厚，因此岩石的渗透性比较差，或者因隔水层原因都可能造成地表水稳定性差。对于浅埋段的隧道而言，地下水与地表水在隧道灰岩透水性好、埋深浅等都会影响到隧道，相比之下地表水影响隧道尤为严重。 3）地质构造；地质构造按照生产时间上划分成原生构造和次生构造，地质学研究主要是针对次生构造，而从岩石的有无变形以及变形方式都是用来判断原生构造。地质构造中出现断层、构造性节理、及裂隙等都能够诱发地质灾害。该案例工程因为位于山峡的背斜轴部，因此地质构造影响比较严重，围岩的自吻能力比较差，诱发地质灾害出现。 4）工程因素；该
8、因素主要包含设计与施工两个方面；设计上主要涉及到隧道断面形式、超前支护结构以及支护结构参数的选择等等，主要根源是地质勘测上不能够达到百分之百准确，因此设计存在偏差，导致施工和设计不相符合，一旦调整不及时就可能发生支护结构偏弱而失稳。4 地质灾害的防治技术 4.1 地质灾害预报技术 发生地质灾害一方面是因为不良地质条件，而另一方面主要是缺乏了比较详细地质资料，造成支护参数发生偏差。相比之下发生偏差是导致地质灾害主要因素，因此就要采用一定技术避免灾害发生，目前使用较广的就是超前地质预报技术，有力补充了地质勘测资料不足点，有效降低了发生地质灾害的发生。本案例中就使用了 TSP203 超前的地质预报系
9、统，对浅埋段进行测试。开挖前通过预测与探测工作面的地质与水文情况，能够取得围岩的类别和断层带以及破碎带的性质、位置、规模等信息，并依据信息综合分析，做出判断及预报成果。本案例将位置设定在左线的 ZK40+584，而接收位置设定在掌子面的 ZK40+584 处，对前方113m 实施超前预报，设计了炮点 24 个，接收器一个，采样间隔62.5us，记录时间为 451.125ms，总共采样 7128 个。对采集 TSP 数据通过 TSPwin 软件进行处理，最后获得到 P 波、SV 波及 SH 波的时间深度偏移剖面、时间剖面及反射层提取物的参数等。 图 3 波速分布 图 4 深度偏移剖面示意图 4.
10、2 超前支护技术 浅埋段的自稳能力差，常常发生开挖面的围岩失稳，因此是施工中要采用锚杆、钢支撑及喷射混凝土层等各种初期支护，但是仅仅靠这种措施也还难以稳定围岩，所以还要在开挖之前就使用超前支护技术，这种技术有如下几种。 表 2 超前支护措施 本案例中选择管棚法，就是将钢管安插到钻好的孔中，沿着隧道开挖的轮廓外有规则的排列形成了钢管棚，在管内注浆，和型钢钢架共同组合成了预支护系统，用来支撑与加固稳定性较弱的围岩。为了确保开挖之后管棚钢管长度足够，纵向的两组管棚钢长度都超过了 3.0m，当然如果要考虑到防塌和放水，其钻孔环向距应为 3050cm，如下图所示。 图 5 管棚形状 5 结束语 总之，要
11、确保公路质量必然要重视隧道浅埋段地质灾害，就要对该段所处环境、水文等进行分析，结合施工实况制定出合理施工技术，降低地质灾害的发生几率，确保整个公路工程施工进度和质量。 【参考文献】 1蒋树屏.我国公路隧道工程技术的现状及展望J.交通世界，2008(Z1). 2王润福，孙国庆，李治国.圆梁山隧道进口填充型溶洞注浆施工技术J.隧道建设,2008, 23 (2). 3陈建勋,杨忠,袁雪戡.秦岭终南山特长公路隧道大埋深段施工监测及分析J.建筑科学与工程学报,2009,23（3）. 4江亦元,王星华.高原冻土隧道支护技术及工艺试验研究J.2009，27（8）. 5余波.深理隧洞中的岩溶地基工程地质问题及地基处理J.岩石力学与工程学报，2007(3). 6李海斌.南岭隧道岩溶病害的勘察与分析J.资源环境与工程，2010，20（4）：405-409.
