淺議隧道工程基礎(chǔ)地質(zhì)工作的重要性

吳 勇

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)第十五工程局有限公司，陜西西安 710065）

淺議隧道工程基礎(chǔ)地質(zhì)工作的重要性

吳 勇

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)第十五工程局有限公司，陜西西安 710065）

從隧道基礎(chǔ)地質(zhì)工作內(nèi)容出發(fā)，結(jié)合典型案例說(shuō)明基礎(chǔ)地質(zhì)工作對(duì)隧道施工安全、質(zhì)量管理的重大意義。

隧道地質(zhì)；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；圍巖分級(jí)

1　不良地質(zhì)條件對(duì)隧道工程的影響

通過(guò)長(zhǎng)期隧道施工實(shí)踐，結(jié)合我國(guó)不同地區(qū)主要地層中經(jīng)常遇到的不良地質(zhì)體來(lái)分析，主要引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的不良地質(zhì)類(lèi)型包括：斷層及破碎帶；節(jié)理裂隙集中發(fā)育；巖溶地下水及其填充物；軟巖及軟硬巖夾層；含煤及下步油氣地層；褶皺構(gòu)造等。極端惡劣地質(zhì)條件一般在隧道選線、勘查、設(shè)計(jì)等階段會(huì)考慮規(guī)避，但個(gè)別隧道又難免會(huì)遇到，特別是西南及川西等地區(qū)。隧道施工過(guò)程中大部分總會(huì)遇到不良地質(zhì)體，如果施工項(xiàng)目部沒(méi)有予以足夠重視，極大可能給隧道施工帶來(lái)困難，甚至引發(fā)重大安全、質(zhì)量事故，造成不可彌補(bǔ)的損失。本文通過(guò)幾個(gè)典型隧道施工過(guò)程中遇到地質(zhì)條件變化的情況采取不同應(yīng)對(duì)措施，導(dǎo)致不同結(jié)果來(lái)說(shuō)明施工項(xiàng)目部加強(qiáng)地質(zhì)工作的重要性。

案例1成洛大道（東延線）項(xiàng)目位于龍泉山北麓，為分離式雙洞結(jié)構(gòu)，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)和V級(jí)。因本隧道穿越龍泉山箱形背斜，屬油氣構(gòu)造。依據(jù)施工設(shè)計(jì)圖說(shuō)明以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查結(jié)果，洛帶古鎮(zhèn)隧道于左線ZK2+271.654和右線K2+ 303.534下穿蘭成渝輸油管線，管道與左右線隧道交角分別約44°和61°，凈巖柱距離27～34 m（垂距），洞頂覆蓋層自上到下依次為崩坡積粉質(zhì)粘土（厚約20～22 m）、強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾砂巖（厚約3 m）、弱風(fēng)化泥巖夾砂巖（厚約7～10 m）；該段管道材質(zhì)為X52鋼，直徑323.9 mm，壁厚7.1 mm，埋深0.8～1.6 m，輸油壓力8～10 MPa。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，左洞ZK2+170～ZK2+320、右洞K2+207～K2+340段隧道采用非爆破開(kāi)挖，嚴(yán)禁鉆爆施工；左洞ZK2 +320～ZK2+360、右洞K2+340～K2+407段隧道采用控制爆破開(kāi)挖，其左右洞鉆爆施工時(shí)最大一段裝藥量分別不得大于6 kg和10 kg。如果完全按照設(shè)計(jì)圖紙施工，施工難度大，進(jìn)度慢。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)地質(zhì)條件的確認(rèn)和分析，該段地質(zhì)屬于砂巖中風(fēng)化（J3p），灰黑灰綠色，肉紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀，中風(fēng)化帶巖體相對(duì)完整，屬Ⅳ級(jí)軟石。通過(guò)地質(zhì)工作，前期利用爆破振動(dòng)速度測(cè)試，對(duì)此段隧道調(diào)整爆破施工工藝。同時(shí)減小進(jìn)尺及提高支護(hù)頻率，加強(qiáng)隧道洞身拱頂下沉、周邊位移、輸油管線的沉降變形監(jiān)測(cè)。最后既加快工期又確保施工此段隧道時(shí)輸油管道的安全。

案例2同樣該隧道，出口工區(qū)施工到K4+032處，根據(jù)掌子面開(kāi)挖揭示情況，該段隧道拱部范圍主要為中風(fēng)化泥巖夾砂巖，巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層層間結(jié)合力差，巖體整體穩(wěn)定性較差、自承能力低。根據(jù)四方施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議紀(jì)要、K4+032掌子面施工情況，采取了針對(duì)性措施：K4+030～K4+010段隧道拱部超前支護(hù)措施由Φ25砂漿錨桿變更為Φ42超前注漿小導(dǎo)管，隧道初期支護(hù)、二次襯砌等按施工圖設(shè)計(jì)辦理，施工至K4+010后視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況再行確定施工方案。嚴(yán)格控制隧道爆破裝藥量及光面爆破參數(shù)，優(yōu)化施工工藝，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)及超欠挖量，加強(qiáng)洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)工作，施工中做好地質(zhì)素描及核查工作，如地質(zhì)條件有變，須及時(shí)通知參建各方以便及時(shí)調(diào)整施工方案，確保施工安全。

案例3渝懷鐵路圓梁山隧道9·10災(zāi)害，該隧道在2002年9月10日時(shí)候發(fā)生重大涌泥事故，圓梁山隧道全長(zhǎng)11.068 km，是渝懷線上最長(zhǎng)的隧道。從構(gòu)造地質(zhì)來(lái)看，隧道穿越毛壩向斜、桐麻嶺背斜和冷水河淺埋段，穿過(guò)三疊系、二疊系、泥盆系、志留系、奧陶系和寒武系等多種地層。設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)水壓力為4.42～4.6 MPa，全隧正常涌水量98 000 m3／d，最大涌水量145 000 m3／d。

前期的地質(zhì)工作揭示可能存在不良地質(zhì)體，但是預(yù)報(bào)的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，沒(méi)有在構(gòu)造地質(zhì)惡劣的情況下降低預(yù)報(bào)深度，提高預(yù)報(bào)頻率的措施。同時(shí)超前鉆孔也沒(méi)有增加其搭接長(zhǎng)度，還是和原來(lái)預(yù)報(bào)方式一樣，搭接長(zhǎng)度沒(méi)超過(guò)5 m。結(jié)果下午14∶30掌子面突然爆開(kāi)，隨之，大規(guī)模硬塑～可塑狀粘土噴出，約30 s時(shí)間，涌泥向外噴出244 m，從而塞滿(mǎn)下導(dǎo)坑4 200 m3空間，導(dǎo)致9名施工人員遇難。

可以很清楚看到毛壩向斜形成盆狀儲(chǔ)水構(gòu)造，這個(gè)在勘查、設(shè)計(jì)過(guò)程中肯定是不會(huì)回避的，但最后還是發(fā)生事故，主要是對(duì)于地質(zhì)基礎(chǔ)工作的忽略和預(yù)判，沒(méi)有及時(shí)采取有效措施，隧道施工到該段時(shí)候，對(duì)于構(gòu)造地質(zhì)的危險(xiǎn)因素沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)，雖然各種工作正常開(kāi)展，可是沒(méi)有特別調(diào)整，預(yù)報(bào)頻次沒(méi)有跟上，超前鉆孔搭接長(zhǎng)度沒(méi)有增加，施工工藝沒(méi)有調(diào)整，這些足以給我們施工主體思考和總結(jié)。

案例4都汶高速公路董家山隧道。雙洞結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度4 111 m。該隧道多次通過(guò)煤層，但煤層都很薄，瓦斯壓力0.172～0.67 MPa，勘測(cè)資料認(rèn)定為低瓦斯隧道，因此施工中允許使用非防爆設(shè)備，采用汽車(chē)進(jìn)洞出碴、進(jìn)料。2005年12月上旬，隧道右洞進(jìn)口掌子面發(fā)生坍方。由于該處位于背斜核部、裂隙發(fā)育、裂隙中含有煤層瓦斯，坍方又促使瓦斯大量涌出。12月22日，襯砌臺(tái)車(chē)上的不防爆插座打火，引起瓦斯爆炸。

通過(guò)示意圖我們可以清楚掌子面的地質(zhì)構(gòu)造為背斜，前面我們舉的例子為背斜，雖然事故表現(xiàn)形式不同，但引發(fā)事故原因卻是基本一致的，就是地質(zhì)構(gòu)造變化，施工過(guò)程中相關(guān)措施及施工工藝等調(diào)整步驟沒(méi)有跟上?，F(xiàn)在重新分析董家山隧道事故，掌子面遇到背斜的時(shí)候，基礎(chǔ)地質(zhì)工作沒(méi)有跟上，沒(méi)能就施工工藝及時(shí)調(diào)整，支護(hù)能力沒(méi)有跟上，造成前期塌方，另外背斜地質(zhì)構(gòu)造容易夾有薄煤層，背斜結(jié)構(gòu)剛好和向斜相反，一個(gè)易存水，一個(gè)易存煤氣，塌方腔體加劇了煤氣瓦斯聚集，加上其它不利因素共同引發(fā)了事故發(fā)生。

2　結(jié)論及建議

基礎(chǔ)地質(zhì)工作是一項(xiàng)重要工作，影響整個(gè)隧道工程施工期間的安全、質(zhì)量、進(jìn)度等，成為隧道工程能否圓滿(mǎn)完成的主要因素。作為施工項(xiàng)目部，在隧道施工期間，基礎(chǔ)地質(zhì)工作絕對(duì)不能忽視，要配備足夠的技術(shù)力量，采用多種技術(shù)手段和方法，如地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、超前水平鉆孔法、超前導(dǎo)坑法、波反射法（包括HSP等）、聲波投射法及CT層析成像法、地震波反射層析成像法等，扎扎實(shí)實(shí)做好基礎(chǔ)地質(zhì)工作，確保隧道施工期間的安全和質(zhì)量。

［1］ 何發(fā)亮，李蒼松，陳成宗.隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)［M］.西南交通大學(xué)出版社，2006.

［2］ 中鐵隧道集團(tuán)有限公司.渝懷線圓梁山隧道關(guān)鍵技術(shù)研究-B（研究報(bào)告），2008.

［3］ 蔣舜光.隧道工程地質(zhì)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1991.

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1008-3383（2016）10-0140-02

2016-04-11