富水地质条件对隧道施工的影响及对策工学论文

富水地质条件对隧道施工的影响及对策工学论文（共4篇）

富水地质条件对隧道施工的影响及对策工学论文 篇1

1、地下水的地质环境

我国西南省份山多，且地质复杂，地面和地下水丰富。有一座高速公路隧道位于哀牢山主峰地带，该山是两条江河水系的分水岭。该条高速公路位于亚热带地区，每年6-10月为雨季，年降雨量丰富。该路路线海拔1600-2200m，隧道采用上下行分离的双洞单向行车双车道结构，隧道单洞总长6727m，上下行最大埋深分别为309m和331m.虽然隧道埋深达300余米，由于地表水和地下水极为丰富，地质条件很差。

隧道的地质构造属上三叠统―碗水组T3y地层，少量属路马组T3l地层。地质构造次级褶皱发育，受走向断裂的干扰破坏，地层重复而构造重迭、递错，使向斜支离破碎，残缺不全。隧道围岩的岩性相对比较复杂，硬质岩有：板岩、含炭质板岩、弱变质灰岩;超基入岩体。软质岩有：砂岩、泥岩。由于山体受大断裂及次一级构造的影响，隧道穿越自稳性极差的炭质板岩、泥岩、溶缝极为发育的灰岩及较富水的砂岩及断裂带，强度较低，自稳能力差，且岩性经常娈化，地质条件恶劣，施工难度很大。

2、地下水的补给形式

隧道经过区域水文、地质条件极为复杂。隧道位置为一河流发源地，隧道沿线地表有三条常年水沟，隧道又两次穿越该河的冲程层，地表水和地下水极为丰富，由于岩体节理裂隙发育，地表水易成为地下水的补充。路线区域内分布松散层孔隙水、碳酸盐岩岩溶水和基岩裂隙水三大类，其中基岩裂隙水分布最为广泛，又以碎屑岩裂隙水为主。

松散层孔隙水在砂性土中相对较丰富，接受大气降水补给，径流排泄不畅，常年滞水，而粘性土，水量相对贫乏。碳酸盐岩只在隧道部分出现了少量灰色灰岩接受空隙水和炭岩裂缝水的补充。基岩裂隙水广布于各类碎屑岩、变质岩和岩浆岩中，其中以碎屑岩裂缝水为主。基岩裂隙水接受大气降水、地表水和其他水源的补给，水力梯度大，排泄运移速度快。

路线附近农民在隧道山体上曾有两条农田灌溉水渠，常年有水，隧道进洞400m后，两条农田灌溉水渠的水已干枯，说明渠中水已沿裂隙从隧道中排出，可见山体裂缝发育，地表水很容易沿裂缝进入隧道。

裂缝水从岩体裂缝楔入使岩体凝聚力降低，内摩擦角减小，力学强度降低，易引起塌方。由于隧道地段常年有裂隙水从岩体涌出，特别在岩性变化界面处涌水尤为突出。总之，由于水文地质条件复杂，水是影响隧道施工的主要因素。

根据施工《地质现场记录卡》也可证明，隧道几次发生塌方的地段就是地下水丰富的地段，所以，在相同的围岩情况下，有水和没水对岩体的整体稳定性影响极大，也可以说，构成隧道围岩稳定的因素，不仅仅取决于围岩的类别或强度，水的影响已成为最主要的因素。

在整个施工过程中，水的问题始终是一个困扰施工安全、质量和进度的`关键性问题，工程质量在某种程度上就决定于对水的处理上是否成功。

3、对地下水的处理措施对地下水的处理，其总体思路是：堵、疏、防相结合综合治理的原则。

3.1 对碳质板岩区域裂隙水的处理碳质板岩片理化程度高，片理面之间充填物主要是有机质、滑石、蛇纹石，较宽的片理面之间还有泥沙质充填物，方解石岩脉顺着横切片理面的节理缝侵入，所以开挖后很可能沿着片面滑塌，也可能沿向深层贯通的节理缝产生大型塌方。在这样的围岩条件下，裂隙水也最容易富集，大型塌方也就最易发生，所以在这种围岩条件下，处理好地下水就显得尤为重要。

3.1.1超前支护通过超前预报的手段提前发现富集水的情况后，加固已开挖好的支护，对掌子面在富水区域增打排水孔，等流水量小于14L/s，打4～8米长的超前孔，插入花孔超前小导管，注C.S浆液，C.S浆液的配比为水泥：水玻璃=1：0.5，水灰比为0.7～0.9，水玻璃模数m=3，波美度Be=35，注浆初压0.5～1Mpa，终压2～2.5Mpa，做超前支护后再进行打孔开挖。

3.1.2初期支护开挖后立即喷钢纤维混凝土封闭，钢纤维用佳密克丝RC6535BN型，参量35Kg/m3，初喷厚度3～5cm，对侧壁富水区增打排水孔，插入φ42的橡皮软管把水从侧壁引出，如果面积较大，排水孔位置最好采用梅花形布置，架设16#工字钢，间距0.8米，采用WTD25L=350mm锚杆锁固，锚杆间距为80cm，梅花形布置，再喷混凝土至找平工字钢，喷混凝土后的侧壁除引水区外，其它区域不准有线状漏水现象，否则增打排水孔，重新喷钢纤维混凝土封闭。

3.1.3二次支护把初期支护的橡皮软管贴洞壁加长引至下部排水沟，按初期支护后侧壁的滴水情况布置弹簧排水管，弹簧排水管紧贴洞壁从隧道顶部沿同一桩号向两侧下引至下部排水沟，弹簧排水管一般情况下可以15米设置一道排水管，但在滴水严重的部位可以3～5米增设一道排水管，顺次铺设350g/m2土工布和防水板，铺设要求紧贴岩面。浇筑二衬混凝土，为了避免在浇筑混凝土的过程中橡皮管受挤压而堵塞，顺着橡皮管的走向外面包一层3mm厚的铁皮，因弹簧排水管自身有一定的强度，所以不必采用特殊的保护措施。

3.2 对石灰岩区域的岩溶水的处理岩溶水的最大特点：集中、量大，相对来说流水面不是很宽，因为石灰岩的节理没有板岩和砂岩发育，孔隙水和裂隙水相对来说较小，但地下水从溶洞排出，水头压力几乎不受外阻力折减，外水压力全加到直接阻挡水头的岩面上，如果挡水岩面失去支承力后，就很难在自重、围岩压力和水压力作用下保持自稳。

3.2.1超前支护在石灰岩区域，这种溶洞会经常出现，溶洞出现后，要么有高压力的岩溶水，要么有大量泥沙流，液体压力都很高，破坏性很大，所以超前支护就显得尤为重要，在探明前方地质情况后，打孔排水、排沙，因为岩溶水具有量大、集中的特点，所钻排水孔孔径稍大且集中，这样有利于水的快速排出，石灰岩区域如果岩石条件好，围岩能达到Ⅲ～Ⅳ级，就可以不用注浆固结，但必须等到流水量减至14L/s以下，才可以进行开挖，以免因水压力过大，开挖后支撑薄而产生塌方。

3.2.2初期支护开挖后如果溶洞洞径小于0.8米，用16#工字钢顶死五分钢板封堵洞口，五分钢板上钻φ42孔，引φ42橡皮管排水，橡皮管的里口用土工布包好，然后用泵送混凝土填实空腔，如果溶洞洞径达到1米或大于1米，洞口需埋间距0.8～1米的工字钢，工字钢上先铺一部分五分钢板，用厚1米的浆砌片石封口，洞径小于0.8米，再用前面的方法封堵，外喷钢纤维混凝土封闭，找平工字钢。

3.2.3二次支护出现溶洞的位置最少要安置一道弹簧排水管，其它方面同前面的二衬方法。

3.3 对砂岩区域的孔隙水、裂隙水的处理砂岩一般呈块状、层状。块状砂岩为砂状结构，粒径2～0.5mm，受水浸泡后结构变得疏松，强度降低。层状砂岩为粉砂结构，粒径0.05～0.005mm，层理发育，更为发育者为片状，三维抗压强度差别很大，δc>60 Mpa，而δa、δb在5～20 Mpa之间，有很明显的方向异性，且节理发育，受水的影响很大，层理面、节理面之间饱和水时面与面之间粘结力大大减弱，这种情况下很容易导致塌方。片理化程度很高的砂岩一般产生于两种岩石的接触面之间，由于受到强烈地质改造而产生蚀变，蚀变后的砂岩，地下水在这种部位往往很发育。

富水地质条件对隧道施工的影响及对策工学论文 篇2

1 岩土工程地质状况

1.1 地层分布。

灰岩地区地层大致分布有:a.人工填土层;b.冲洪积层:分布有粉质粘土、粉土、砂、砾等。呈软塑至可塑状态, 孔隙潜水量大, 渗透性能好;c.残积层, 由灰岩风化残积而成、一般为湿、饱和, 流塑至可塑状态, 与基岩的接触带部分由于潜水影响呈流塑状态;d.岩层:为灰岩 (大理岩) 、断层、裂隙、岩溶发育, 基岩面溶沟、溶槽等溶蚀现象严重。

1.2 岩溶发育特征

灰岩地区的岩溶发育具有一定的特点, 普遍表现为:1.2.1自上而下, 由强变弱;基岩面上分布着溶沟、溶槽, 浅部基岩岩溶发育较强, 有的甚至呈串珠状自上而下分布, 深部为古老溶洞, 分布较少、暗河为古老溶洞连通而成。1.2.2浅部溶洞充填物多, 深部充填物少:充填物呈全充填、半充填、无充填, 一般呈流塑、软塑状态。

1.2.3 构造裂隙发育, 地下水活动频繁地方溶洞较发育。

1.3 地下水特征

灰岩地区地下水按其赋存介质可分为三种类型, 即a.赋存于冲洪积及残积层的孔隙水, 渗透性强;b.赋存于下伏溶洞、溶蚀裂隙及暗河中的岩溶裂隙水, 连通性好, 水量丰富;c.赋存于构造断裂带中的裂隙水, 连通性强。

2 地质条件对基础的影响及应采取的措施

2.1 对持力层的影响及措施

由于灰岩地区冲洪积、残积层渗透性能好, 在孔隙水丰富的情况下, 土层的强度和深基坑的支护将大受影响, 降水措施也易影响周边建筑的安全, 同时土洞发育也会严重影响土层的稳定性, 因此, 在地下潜水丰富、土洞较发育的灰岩地区, 不易采用天然基础。由于岩溶的发育, 若桩基础落在溶洞顶部、当顶板厚度达不到设计要求时, 就容易造成严重的质量隐患。因此, 在灰岩地区, 必须要在详细的地质、水文、物探资料的基础上, 选择合理的基础形式。对于桩基础, 要进行一桩一孔的超前钻探措施, 以查明桩底以上的岩溶发育情况, 选择合理安全的桩底标高;至于深基础降水措施, 则必须先充分了解其水文地质条件, 并论证降水方案的可行性。

2.2 对桩基础施工的影响及措施

2.2.1 人工挖孔桩基础。该基础形式由于具

有易于进行持力层鉴别和孔底沉渣控制, 桩底易做扩大头以增加单桩承载力, 施工工期短, 造价低等优点, 一直被广泛采用, 但在灰岩地区施工则存在以下困难:

a.第四系的冲洪积层及残积层在富含孔隙水的情况下易形成流砂、流泥、涌水, 严重影响开挖和护壁, 盲目开工易造成质量隐患和影响施工安全。b.岩溶水、裂隙水易形成涌水。c.岩溶内呈流塑-软塑状态的泥质、沙质充填物严重影响护壁的稳定性和开挖施工的安全。d.由于地下水流通性能好, 在混凝土浇捣过程中孔内水量大易引致水灰比变化或砂浆流失, 造成桩身松散、离析等。e.施工单位缺少技术力量并且为了降低造价雇用一些低素质工人挖孔, 有些人员经验少, 当挖至风化层时常取消钢筋混凝土护壁, 到流塑态时将无法进行, 导致废孔。

若采用人工挖孔桩, 可采取以下措施:

a.进行详细的地质和水文勘察, 充分了解施工区的岩溶分布情况及地下水的分布情况如流向、流量、水位等。b.采取有效的降水措施。降水成功与否是灰岩地区能否采用人工挖孔桩的先决条件, 因在地下水丰富的灰岩地区, 降水非常困难, 不易采用人工挖孔桩。c.采用钢套管护壁用于防止流砂、流泥和涌水:d.在孔内地下水大的情况下, 采用水下灌注等措施:e.雇用有资质企业和人员施工。f.对于一些废孔采取回填后重挖, 或机械钻孔等。

2.2.2 钻孔灌注桩

大直径钻孔灌注桩有工程进度快、不受地下水、施工安全可靠等优点。但在灰岩地区施工存在以下困难:a.软弱地层 (流塑-软塑状态的凝泥层及富含地下水的残积层) 易引起塌孔。b岩溶内施工易卡钻、掉钻, 同时岩溶内护壁困难易造成混凝土流失;c.灰岩 (大理岩) 问硬度入嵌岩以及穿透岩容顶板较困难;d.钻进施工时钻孔易沿路沟、溶槽的基岩面倾斜。e.孔底沉渣难于控制。

因此, 在灰岩地区进行钻孔灌注桩施工。应采取以下措施:a.在软弱层以及溶洞内施工, 可采用跟进套管护壁成孔。b.钻进岩石时, 采用预钻孔跟进钻进法, 或直接改用冲孔法成孔。c.溶洞、溶槽、溶沟中施工时, 可采用预埋块石, 保证钻头作业面强度均匀, 减少成孔烦斜。d.加强管理, 保证清渣的彻底。

2.2.3 冲孔灌注桩

冲孔桩因冲击能力大, 穿透力强, 较易穿过岩溶顶板, 不受地下水影响, 桩长、桩径灵活性较大等优点, 成为灰岩地区一种较理想的成桩形式, 但施工也存在以下困难:a.软弱层泥浆护壁困难, 尤其在岩溶内护壁易塌孔。b.溶沟、溶槽内施工时易卡冲斗, 沿岩面易发生倾斜。c.冲斗的冲击易使桩尖处持力层松动。d.沉渣清理较困难, 易降低端承力。e.泥浆护壁洗孔后遇见大雨不能及时浇注引起塌孔。f.泥浆排除费时费工。

因此, 可采取下列必要措施:a.软弱层以及溶洞内施工时, 可采用套管护壁成孔。b.溶沟、溶槽内施工时, 可采用预埋块石, 保持冲斗的作业面强度均匀, 以减少孔斜和卡冲斗。c.终孔处采用轻冲, 清渣可采用跟进探头, 用电脑检查沉渣情况。

3 工程实例

2003年5月开工的某公寓工程, 该工程为地下一层, 地上18层公建式公寓, 建筑面积为21120m2, 基础为挖孔桩基础, 桩孔直径为800, 900, 1000, 1300, 1400, 单桩承载力3600KN, 4570KN, 5650KN, 6840KN, 9550KN, 11080KN, 场地岩土工程条件场地属于冰则龙岗地貌单元, 地层由上至下划分为杂填土, 淤泥质粉质粘土, 粉质粘土, 次生红粘土, 中风化灰岩, 桩端持力层为中风化灰岩, 大开挖深度在5m, 该工程共90根挖孔桩, 有86根均与地质报告相符, 有4根挖至26m还未见灰岩, 最后采取冲转成孔, 泥浆护壁, 取样为灰岩, 钻心取样满足要求, 该工程其他桩底都做了物探符合要求, 桩身做了动测满足要求, 桩静载检测满足要求。桩只有90根但施工却用了3个月, 主要就是没有及时采取机械成孔, 采用钢护筒未果, 导致4根桩拖延工期, 措施采取较晚, 设备进场难, 泥浆无处存放, 又赶上雨季给施工带来很大难度, 并且施工者对地质认识不足, 缺少经验, 对灰岩与粘性土间流溯态土质认识不够轻易取消护壁, 导致到流溯土质时无法进人开挖和塌孔, 采用钢护筒刚度不够护筒侧弯 (受地下水的影响) 所以施工时能及时果断采取措施是关键。

4 结论

富水地质条件对隧道施工的影响及对策工学论文 篇3

【关键词】地下水；岩土工程；影响；勘察要点

1.引言

本文中的地下水是指存在于地表以下松散堆积物和基岩空隙中的潜水或承压水，也指施工工程中由于管道渗漏、破损带来的水。由于岩土具有崩解性、胀缩性、软化性和透水性等明显的水理性质[1]，因此对基坑工程、基础工程和边坡工程等常见的岩土工程进行设计和施工时必须考虑地下水的存在对其的不利影响。

2.地下水对基坑工程的影响

地下水对基坑工程的影响主要体现在对基坑侧壁和基坑底上。对基坑侧壁的支护结构进行土压力分析，可知地下水位上升时，对于按水土分算的砂土类的基坑外向主动土压力[2]并与无地下水的状态进行计算比较如下：

对于按水土合算的粘土类

由上述分析可知，单考虑静水压力的影响，地下水的存在使得主动土压力增加，从而增加了支护结构的荷载，影响到其倾覆和整体稳定性，使得嵌固深度比无水时要长。如果有水从坑外向坑内渗流时，则坑外向下渗透力使得主动土压力增加，而坑内向上渗透力使得被动土压力减少，对基坑稳定更加不利。另一方面，对坑底而言，承压水的存在将会引起坑底突涌和流砂。第三，软化基坑周围的土质，降低坑壁、坑底岩土体的强度，产生侧壁变形和、底鼓等。所以基坑施工时，应及时采取以下措施防止出现基坑事故：（1）明沟排水，在基坑内设置排、截水沟和集水井，用抽水设备将地下水排走；（2）井点降水，利用井孔在基坑周围同时抽水，把地下水降低到基坑底面以下的降水方法；（3）隔渗，包括侧向隔渗和封底隔渗即侧向隔渗有截水墙、截水帷幕和冻结法。

3.地下水对基础工程的影响

地下水对基础工程的影响主要集中在对地基土的承载力和沉降及对基础腐蚀的影响上。当地下水位上升时，土中水的增加使得非饱和土的粘聚力减少，达到饱和时，土的抗剪强度降低由下式可知，土的承载力也将下降。

同时，土中水将使岩土矿物软化，土的结构也遭到破坏，土的承载力降低，从而导致地基土容易出现剪切破坏。另一方面，当地下水渗入到基础内部时，将会腐蚀混凝土与钢筋，使基础本身的强度下降，地下水甚至进入建筑物内部，引起受潮等问题。

地下水的突然下降将会产生附加沉降，如图2所示当地下水位降深为h1，仅考虑地下水的降低影响时，a点附加应力增加值为0，b点增加值为：

c 点增加值为：

绘成附加应力曲线图后可知，可用应力面积法计算基底中心的沉降值，当地下水水位急剧下降时，产生的沉降值不容忽视。

在基础工程中，采取以下措施可有效减少地下水对基础工程的影响：（1）选择不受地下水影响的地段作为地下工程的位置；（2）控制地表水的补给；（3）基底设置垫层；（4）采取超前探水、放水、修防水墙和防水等措施。

4.地下水对边坡工程的影响

边坡工程主要含两类问题，一是边坡本身的稳定问题，如果失稳，即发生滑坡；而是对经计算或勘察后易发生滑坡失稳的地段采取的边坡支护问题。无论哪一类，地下水都将是重要的影响因素。地下水是滑坡的显要触发因素；由于边坡中存在大量的张开裂隙，当地下水位上升时，裂隙中将充满水，则充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用，如发生渗流，还将受到动水压力的作用，如图3所示F1为静水压力，F2为静水压力，显然F1和F2都对边坡的稳定起不利作用。同时地下水对边坡岩体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低。

5.岩土工程水文地质条件评价

5.1地下水力学作用评价

地下水的力学作用是可以进行定量计算的，通过参数的测定和力学模型的简陋，可以使用数值法或者是解析法进行合理的评价。担忧由于地下水的作用较为复杂多变，即使在水质和赋存条件不变的基础下，地下水对结构基础和岩土体的影响也是一个变化的过程，在最初时的影响并不明显，但是一旦发现问题，则处理起来较为困难，因此西药要防范于未然，进行必要的水文地质评价。

（1）降水和周围环境评价。降水和基坑挖掘必须要对周围的建筑物安全进行考虑，尤其是在细颗粒的软弱土层中，必须要进行认真的评价分析。降水对周围环境的影响要按照抽水试验资料对含水地层的富水性和渗透性进行评价，对因为工程施工降水，在地下水位下降影响的范围中，是否会发生影响周围建筑物的稳定性、地面边坡失稳或者是沉降、土体沉降等问题进行评价。

（2）地下水渗流作用评价。为了防止地下水对基坑产生破坏影响，要对区域的水文资料进行调查，对有关的水文地质参数进行监测，对于基坑的岩土工程地质条件进行分析，做出综合的评价分析。从土质条件角度出发，如岩土层的不均匀系数Cu>10时，会发生潜蚀的现象，所以在工程的勘察中，要对基坑范围内的隔水层重度、岩性、厚度和承压含水层的承压水头高度、顶板埋深以及含水层的岩性、类型等进行调查，要按照基坑挖掘的深度，对是否会出现突涌现象进行判断，同时对突涌的形式和危害进行预测。

（3）抗浮评价。地下水对基础的浮力作用是较为显著的一种力学影响。通常在节理发育的岩石地层或者是透水性较好的图层中，浮力可以适应阿基米德原来进行计算，但是对渗透系数较低的粘性土而言，因为渗透的过程较为复杂，基础受到的浮力较水柱的高度较低。当地下水为潜水类型时，丙炔没有长期的水位观测资料，只根据勘察期间所测得的水位对抗浮设防水位进行确定是不足够的，需要和场地的含水层顶板标高、排泄条件、地下水补给、地貌、地形等因素进行结合，做出综合评价。

5.2地下水化学、物理作用评价

如建筑地基的基础需要埋藏在地下水位以下，需要按照地下水质对资料和地基基础所在的地下水环境进行分析，对地下水对混凝土的腐蚀性进行评价。如建筑场地选择使用膨胀土、残积土、强风化石、软质岩石等岩土体作为地基的基本持力层，需要按照地下水的动态变化和埋藏深度资料对地下水活动对岩土体会产生的胀缩、崩解、软化等不良影响进行评价。

地下水的影响在岩土工程中是较为重要的因素，对地下水进行准确合理的勘察，可以使资料的可靠程度提高，更好的对岩土体的潜在能力进行利用。所以为了使岩土工程的施工质量得到提高，在施工前要对地下水对岩土的影响和与岩土工程有关的水文地质问题进行评价，减少或者是防止地下水对岩土工程的影响。

6.结语

岩土工程质量常受到地下水的影响，因此在当前的岩土工程设计与施工中加入了地下水的勘探察。参照严格的地下水勘察要求能够就地下水对土体的影响制定方案，降低地下水的危害，进而增加工程的稳固性。

参考文献：

[1]滕玉奎.地下水对岩土工程的影响及勘察现场需要注意事项[J].中华民居，2012（12）.

富水地质条件对隧道施工的影响及对策工学论文 篇4

随着我国经济的迅速发展, 铁路、公路, 包括高速铁路和高速公路路网进一步密集, 为实现祖国更好的发展提供基础保障。铁路、公路工程在线路经过山区、丘陵地段时不再像过去一样为了节省投资, 降低施工难度, 进行傍山绕行, 而采用见山进洞, 遇山谷、河流架桥的方式通过, 这样很大程度减小了线路长度, 同时降低了线路纵坡和缩小了平面曲线半径, 但无形中增加了隧道的数量。因此, 全国各地在公路隧道、铁路隧道建设中经常出现各类事故及施工人员伤亡、机具和大型设备被损害的情况, 隧道施工之前, 对可能存在的风险进行分析排查, 并对其制定一套合理的对策尤为重要。

2 关山隧道工程概况及地质资料

关山特长隧道是新建天平线最为重要的工程之一, 全长15634m, 该工程位于甘肃省天水市与平凉市交界地带的关山山区, 隧道进口位于天水市张家川县恭门镇十字村, 隧道出口位于平凉市华亭县麻庵乡麻庵河河谷中。

2.1 地层岩性

隧道经过地区属于关山褶皱带, 以大面积侵入岩体为主。隧道通过地层主要有第四系 (Q) 、上第三系 (N) 、白垩系下统 (K1) 和华力西期闪长岩 (δ4) 等, 主要岩性有:砂质黄土、坡积碎石土、泥岩夹砂岩、砂岩夹砾岩、闪长岩和花岗岩。

2.2 地质构造

隧道大地构造单元上地处六盘山褶皱带之次级构造单元关山褶皱带。关山褶皱带位于通渭—清水断层 (F3) 和庄浪—固关断层 (F4) 之间, 包括张家川县境内线路所经地段, 为一地槽构造隆起带。受构造影响, 带内地貌切割剧烈, 沟谷发育, 地形崎岖, 构造复杂。关山岭脊一带有大面积的华里西期闪长岩岩体侵入。隧道洞身地段经地质调查未见有明显断裂构造通过。隧道穿越的上第三系、白垩系下统和华力西期侵入岩, 均为不整合接触。上第三系与华力西期闪长岩不整合接触带, 物探资料及钻探资料显示, 地表上位于十字村附近, 南侧为上第三系泥岩, 北侧为华力西期闪长岩, 推测洞身在DIK68+170~DIK68+210通过不整合接触带;华力西期闪长岩与白垩系下统不整合接触带, 物探资料及地表调查显示, 洞身在DIK79+780~DIK79+820通过不整合接触带, 南侧为华力西期闪长岩, 北侧为白垩系下统砂岩夹泥岩。根据地应力测试和岩石抗压试验成果隧道洞身处于高地应力与极高地应力的范围。根据隧道轴线部位的岩石力学性质, 结合实测的地应力结果, 利用切向应力准则对隧道工程中可能的岩爆问题进行初步的分析隧道存在发生岩爆的可能性, 但以轻微岩爆为主。

2.3 不良地质与特殊地质

隧道所通过的华力西期闪长岩进行了放射性伽玛的测量。经过对四个点的测量, 其放射性伽玛在1.4436~2.406γ, 远小于64γ的判定标准, 因此, 确定该隧道闪长岩内不存在放射。隧道通过大面积的闪长岩, 且最大埋深约831m, 经地应力测试结果分析, 以及结合岩爆等级划分准则, 隧道存在发生岩爆的可能性, 但以轻微岩爆为主。隧道出口位于白垩系下统砂岩夹泥岩中, 该处沟谷切割较深, 基岩面产状为15°~20°, 倾向麻庵河方向, 存在顺层, 对隧道洞口影响较大。

隧道进口位于张家川县恭门镇十字村黄土梁峁区, 其表层分布有风积黄土, 土层厚度约20m, 具Ⅲ~Ⅳ级自重湿陷性, 湿陷性土层厚约15m, 对隧道围岩有一定的影响。隧道进口段部分处于上第三系泥岩中, 通过段落长度约300m, 经膨胀性化验, 具膨胀性。

隧道洞身通过Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级四种围岩分级, 其中Ⅱ级围岩长5250m, 约占隧道全长的33.7%, Ⅲ级围岩长4350m, 约占隧道全长的27.9%, Ⅳ级围岩长5320m, 约占隧道全长的34%, Ⅴ级围岩长739m, 约占隧道全长的4.4% (隧道围岩分级及工程地质条件详细划分见表1) 。

3 根据地质资料进行风险预判、并对其进行排险和对策研究

通过对关山隧道的地层岩性、工程性质、地质构造、水文地质及特殊地质进行详细分析、研究, 进口段 (DIK67+825~DIK68+000) 洞身位于第四系砂质黄土, 因接触面附近暗挖易塌, 明挖应采取适当的支护措施, 应加强支护, 防止发生边坡溜坍。由于土体具有Ⅲ~Ⅳ级自重湿陷性, 施工中应考虑其湿陷性, 进行地基处理和做好排水设计, 进口段300m左右具有膨胀性, 应做好相应的工程处理措施;出口端出口位于白垩系下统砂岩夹泥岩中, 该处沟谷切割较深, 基岩面产状为15°~20°, 倾向麻庵河方向, 存在顺层现象, 对隧道洞口影响较大, 设计施工中应做好相应处理措施。而且隧道通过大面积的闪长岩, 且最大埋深约831m, 可能存在高地应力现象, 因此也易产生闪长岩的脆性破坏, 而发生岩爆。

以上是影响该隧道施工安全的地质因素, 根据这些因素和《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》, 针对本隧道可能发生的安全隐患或问题, 提出以下相应的安全应急预案以及对应和减小风险的有效措施, 以保证施工安全。

3.1 洞口边仰坡失稳

隧道洞口边仰坡易产生滑坍失稳, 对洞内或洞口施工安全造成重大威胁。

风险对策:洞口工程应与洞口相邻工程统筹安排, 及早完成, 施工宜避开雨季和严寒季节。洞口施工前, 应先检查边、仰坡以上的山坡稳定情况, 并进行不断检测。结合现场地形, 洞口边、仰坡应及早做好坡面防护, 确保洞口稳定。洞顶边、仰坡周围的排水系统宜在雨季开始前开挖完成。洞口土石方工程施工应自上而下分层开挖、分层防护, 当地质条件不良时, 应采取稳定边坡和仰坡措施;洞口石方严禁采用洞室爆破开挖, 宜采用浅孔小台阶爆破, 边、仰坡开挖应采用预留光爆层法或预裂爆破法。

3.2 浅埋段易发生坍塌、冒顶

隧道进、出口及浅埋地段, 施工时易产生坍塌冒顶, 引起地表沉陷或边坡滑坍, 危机施工人员及设备安全。

风险对策:隧道开挖前, 应采取超前大管棚或小导管支护措施, 并对围岩进行注浆加固处理, 应严格按照设计的施工方法、施工工序施工。隧道开挖后, 应及时架立钢架, 施作锚杆及喷混凝土支护措施, 并遵循“管超前、勤量测、及封闭、强支护”的施工程序。进口段黄土地基采用挤密桩处理, 其伸入黄土2.5m, 梅花型布置。施工前应建立完善的监控量测系统, 施工中对拱顶下沉、周边位移及地表沉降量测, 及时掌握围岩变化情况, 根据围岩条件及监控量测资料, 合理确定开挖进尺, 以确保开挖、支护质量及施工安全。

3.3 隧道洞内围岩变形失稳

洞身位于土石交界面, 由于土石交界面土体含水较高, 土质较软, 尤其在雨季丰水期地下水量突然增加, 土体易产生软化、泥化现象, 容易产生围岩变形失稳。

风险对策:隧道拱顶位于土层中, 边墙和仰拱位于基岩中, 拱部超前支护应及时施作, 防止掉拱。上部施工应采用机械或人工开挖, 严禁放炮, 隧道开挖应在保证土体相对稳定的前提下进行, 一般应尽量工序, 缩短工序时间, 减少开挖面暴露时间和施工对土体的扰动。下部施工中应采用控制爆破, 多打孔, 少装药, 采取草袋覆盖等减震措施, 确保施工安全。

3.4 隧道洞内有毒有害气体造成的危害

瓦斯等有毒有害气体, 如果施工通风不当会产生爆炸, 并且有害有毒气体危机及施工人员安全。

风险对策:衬砌施工缝严密封填;采用全断面外贴式防瓦斯层, 加强封闭;隧道开挖过程中要加强通风和监测。穿越煤层时还要注意开挖的湿度, 防止瓦斯和煤尘爆炸及有害气体对人身健康和安全的危害。

3.5 泥岩、泥岩夹砂岩膨胀性对结构的破坏

隧道进口300m左右范围内洞身穿过底层分布有上第三系泥岩, 为膨胀岩, 遇水易软化、变形, 容易产生围岩变形失稳。

风险对策:针对洞身泥岩膨胀性, 开挖时加强监控量测, 增大预留变形量, 注意施工用水, 避免浸泡基底及拱脚, 及时排出洞内积水。开挖后应尽快进行初期支护, 以减少围岩裸露的时间, 避免洞内用水及水蒸气对围岩的影响, 初支加强采用超前注浆、钢架加密的措施, 初期支护后尽快完成二衬, 使其衬砌成环。开挖后膨胀性过大时, 可适当采用让压措施, 及时反馈现场情况, 及时与设计单位沟通, 合理调整支护参数。

3.6 地应力对隧道结构的破坏并对作业人员安全造成严重威胁

深埋隧道围岩岩石新鲜完整、质地坚硬、性脆, 隧道开挖时地应力释放较为强烈, 使围岩由静态向动态失稳发展, 易产生岩爆, 危及施工人员安全。

风险对策:施工时宜采用加强临时支护、佩戴安全帽及防护服, 对掌子面增加洒水工序, 软化岩石, 对大型岩爆应停止工作面施工, 撤离人员及设备, 待应力释放完成后, 再进行施工掘进, 或可对掌子面布设大直径的钻孔。

4 结束语

随着我国公路、铁路建设的快速发展, 特别是高速铁路及客运专线的大量修建, 隧道所占的比例迅速加大, 而地质条件却更加复杂, 工作面塌方、密封漏损、岩爆、瓦斯爆炸、有毒气体释放、岩溶、突涌水、洞外危崖落石、危石、洞口滑坡、施工用电事故、通讯不畅以及安全措施不力等隐患也很大, 这就要求采用更加先进的隧道施工技术, 配备先进的防灾减灾紧急救援预案。在施工中对每一座隧道根据自身地质条件和特点, 开展隧道施工风险评估及排查, 制定一套完善、成熟的对策, 将大大减小可能发生的意外事故, 最小程度的减小施工人员的伤亡, 以及降低对作业设备的破坏, 更大程度的保护人民的生命财产, 并减小不必要的资金浪费, 结合我国的实际情况, 不断改进、创新, 逐步提高施工方法和优化风险对策, 以最大可能性减小伤亡和损失。

摘要：在隧道施工建设工程中, 对可能发生的各类风险根据超前地质预报结合已掌握资料提前预防, 强化风险源头的控制、施工人员全员参与风险管理等办法将风险降低至合理、可接受的水平, 为实现公路、铁路建设工程的安全、稳定、质量、环境、工期、投资等目标提供技术保障。根据参与设计的特长铁路隧道关山隧道为例, 全面阐述、分析隧道施工中可能存在的风险及其排险对策。

关键词：隧道工程,施工风险,风险对策

参考文献

[1]Q/CR 9006-2014.铁路建设工程风险管理技术规范[S].北京:中国铁道出版社, 2014.

[2]TB10120-2002.铁路瓦斯隧道技术规范[S].北京:中国铁道出版社, 2002.

[3]康佐.西安地铁2号线区间隧道风险剖析与规避对策[J].施工技术, 2009 (10) .

[4]崔玖江.盾构隧道施工风险与规避对策[J].隧道建设, 2009 (04) .