公路隧道学位论文

深埋隧道工程的灾害地质问题论文

摘要 ：在进行深埋隧道工程施工过程中，由于洞程较长，洞深埋设较大，地质条件较复杂，在施工时，如果处理措施不当会出现高地温、岩爆、高压涌水等问题。鉴于此，以实际工程为例，对深埋隧道工程主要存在的灾害地质问题进行了分析和探讨，保证了施工的顺利进行，以期为类似工程提供参考与借鉴。

关键词 ：深埋隧道工程；灾害地质；高压涌水

1工程概况

太行山高速公路邯郸东坡隧道位于武安市岭底村南、七水岭村东、涉县东坡村东北处。隧道为分离式特长隧道，隧道工程总施工长度为3134m。左幅为ZK38+624~ZK41+740，长3116；右幅为K38+642~K41+776。最大埋深为176m。本文以此工程为例，对深埋隧道工程主要灾害地质问题进行分析和探讨。

2深埋隧道中的高地温难题

深埋地下隧道的工程中，地质问题是需要进行探索和研究的关键领域，最先要通过预测天然地温，一旦地温超过30℃一般将其称之为高地温。高地温不仅会恶化深埋隧道作业的环境，还会严重降低工人的劳动生产率，甚至会对现场施工人员的生命造成极大危害。此外，对深埋隧道施工材料选取的难度也相应增加[1]。然而，地温值是随着地下工程埋深在不断变化的，但地下工程的最大埋深和地温值的增加关系不是呈线性的，因为造成这种深埋隧道中的高地温问题的原因主要是地下水活动以及近期岩浆活动中放射性生热元素含量较高等。

3深埋隧道与岩爆的高地应力问题

在深埋地下隧道的工程中，其中一个突出的地质难题就是岩爆问题。地下隧道工程埋得越深，其地应力就会越高。深埋隧道工程和近地表工程的不同之处除了具有较高的水平构造应力外，最主要取决于围岩出现的高地应力。它不仅在硐侧壁引起高压应力，还导致硐顶部出现高拉应力，这样会导致硐室围岩不稳定，埋下隐患。由于高地应力的存在，一些黏性土含量较高，而硬岩含量较低的围岩就会产生被塑性挤出的可能。高地应力不断释放，地下隧洞就会发生变形，往往会出现隧洞短时间内突然变小的异常现象。就好比从掌子面距离正洞30m开始，洞身变形的长度有40m，起初的支架保护结构破坏就会非常严重，通过测量计算，隧洞拱顶的下沉在10~20cm之间，隧洞的拱脚和边墙也出现不同程度的挤压和移位，甚至还有混凝土开裂的情况[2]。这时就需设计一套科学有效、刚柔结合、综合治理的施工方案。为克制高地应力，考虑使用约1万根超长锚杆，要求总长超过11×104m，把地下隧洞中的断面改成环形成拱，做到先柔后刚、先放后抗的设计要求。岩爆受影响的原因有地震爆破，也有相邻岩爆或机械等外因动力的振动，但其中影响岩爆的最基本原因是岩石的结构特征。经过大量的数据分析发现，岩石颗粒排列呈定向排列还是随机排列，岩石是胶结连接还是结晶连接，是钙质胶结还是硅质胶结，这最终关系着岩爆烈度的强弱。例如：（1）随机排列的花岗岩、闪长岩等岩石的岩爆烈度，会比片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩等具有定向排列的围岩颗粒更强一些；（2）结晶连接的深层岩浆岩石中的岩爆烈度比胶结连接的沉积岩强；（3）具有硅质胶结岩石的天生桥二级水电站引水隧洞比关村坝的隧道中钙质胶结岩石的爆烈度强。

4深埋隧道中的高压涌水难题

深埋地下隧道的施工过程中，除了高地温以外，涌水问题也成为隧道运营中亟待解决的又一难题。由于地质条件复杂，隧道通过的地段会挖掘出很多水流量大的地质单元，一般就会出现涌水量大或水头压力高的情况。地下水水压在深部岩体中极高时，就会导致岩体水力劈裂。这就说明在高水头压力的作用下，在岩体的突水点附近，岩体断续裂隙、裂缝是朝着某个方向的，受网状交织的构造裂隙影响，经过融合后发生扩展的裂隙、空隙最终张裂开来。随着隧道深部岩体涌水量越来越大，地下水水压越来越高，会导致深埋隧道工程围岩水力劈裂。一旦出现水力劈裂的情况，就会迅速连通裂隙，空隙的张裂程度就会越来越大，涌水的渗透力会越来越强。再加上动水压力的影响，裂隙会再扩展，而使在裂隙面上的充填物发生剪切变形和位移。不论是在深埋隧道工程中还是在浅埋隧道中，容易发生的地质灾害主要表现为断层破碎带，岩体不整合接触面和结构不利组合段造成的塌方、地震，还有瓦斯爆炸、有害气体以及溶岩塌陷、泥屑流等[3]。其中，瓦斯爆炸主要指甲烷CH4在相对封闭的煤系构造地层中，由冲击波的产生、剧烈的氧化作用而导致的爆破，其灾害性极强。

5基岩裂隙水

基岩裂隙水的含义

只有储存在坚硬岩石裂隙中的非可溶性地下水，才被统一归纳在基岩裂隙水的`传统范畴中，根据含水介质的基础特征，可以将地下水分为空隙、裂隙、岩溶3种，但并非在地下水、岩石以及岩石中的空隙这3者之中产生对应关系。贮水空隙系统具有双重空隙介质，在地下水勘探中，关于贮水空隙类型还探索到了新的领域。基岩裂隙水主要存在于受符合地质构造条件的属坚硬或半坚硬的岩石所控制的以裂隙为主的贮水空间，是具有运动、富集规律的地下水。不管是溶蚀裂隙地下水在可溶性岩石中的部分，还是孔隙裂隙水中的半坚硬岩石，都属于基岩裂隙水，而它与其他类型地下水的基本区别，关键在于是不是受地质构造因素的严格控制。岩石含水的裂隙有成岩裂、构造裂和风化裂，主要是依照它的成因来划分的。如果非要与风化裂隙水和成岩裂隙水作比较，那么水源集中、水量较大的必定是构造裂隙。

基岩裂隙水的特点

由于主控因素作用，不同的蓄水构造中分布、富集基岩裂隙水的基本规律和决定主控的因素也基本相同，具有独特的分布和运动规律。我国基岩裂隙水富集的基本特色理论就是蓄水构造系统，其主要特点如下。（1）基岩裂隙水具有复杂多样的埋藏和分布形态。将储存、运移基岩裂隙水的空间和通道，叫做岩石裂隙。基岩裂隙的大小和基岩裂隙的形状，以及控制埋藏和分布裂隙发育带的产状，都是受地质构造、地层岩性、地貌条件等影响的。埋藏、分布不均匀的基岩裂隙水，大多具有不规则的含水层、多种多样形态、分布呈带状的特点[4]。比如用脆性和塑性这两种地层做比较，会产生较强的赋水性。若裂隙发育在褶皱构造中，像褶皱轴、转折、背斜倾伏等处，富水段的形成就会比较容易，而压性断裂破碎带中的赋水性是比较差的。（2）复杂的基岩裂隙水中，由于储存空间中不均匀的介质，埋深程度不同的同一含水层，其地下水的运动状态也各有不同。对于岩石中所要形成和分布的空隙，最基础的因素是地质构造，主要表现在：岩石裂隙的发育和裂隙水的储存都是受地质构造和地层岩性所影响，其中，基岩裂隙水的运动规律也被地质构造所牵制。由于地下水面的不同，即便是在基岩相同的裂缝水中，也是有时而出现无压水，时而出现承压水的情况[5]。层流、管道流、紊流、明渠流水是在岩石裂隙、溶洞的特殊形态作用下形成水运动的不同状态，因此，基岩裂隙水的不均一性以及强烈的方向感，是导致裂隙岩体的透水复杂多样、不具有规律性的根本原因。

6结论

在深埋地下隧道的工程中，比较突出的几大地质难题包括高地应力及岩爆问题、高压涌水突水问题、高地温问题等。此外，还有像地震震害、瓦斯有害气体爆炸以及涌水突泥、围岩塌方、岩溶塌陷、泥屑流等。于是，在这个复杂的、系统的深埋隧道工程中，关于灾害地质的研究，对隧道工程能否顺利开展是关键的一步，在隧道工程施工前应按照隧道工程的各方面具体情况，采取有效、有针对性的防御措施。

参考文献：

[1]重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范：JTGD70—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]上海市隧道工程轨道交通设计研究院，清华大学.隧道工程防水技术规范：CECS370—2014[S].北京：中国计划出版社，2014

[3]孙赤.锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究[D].成都：成都理工大学，2014.

[4]王洪新.土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究[J].土木工程学报，2010（3）：88-92．

[5]武力，屈福政，孙伟，等.基于离散元的土压平衡盾构密封舱压力分析[J].岩土工程学报，2010，32（1）：18-23．

浅谈高速公路隧道防排水施工技术论文

【摘要】针对高速公路隧道常见的防排水处理方法，介绍了隧道防排水处理中各工序施工技术及施工注意要点。

关键词隧道;防排水;施工技术

随着目前国家高速公路网逐步的建成通车，在已建成的高速公路隧道中，隧道的施工缝处及二衬接缝处，时有渗漏水现象发生，严重影响着运营行车安全。如何在施工中做好隧道防排水工作显得越来越重要。

1进洞前的防排水处理

1)在隧道进洞前，根据设计图纸提供的水文地质资料，对隧道隧址地形进行踏勘，检查是否有地表水，如有地表水，应尽量使地表水流经线路不经过或少流经隧址，以减少开挖隧道后地表水对隧道的影响。

2)按照设计图纸要求，进洞前做好洞顶截水沟防止地表水进入开挖后的隧道，亦可减少在雨季雨水冲刷开挖后的边仰坡。

3)进洞前必须按照设计图纸要求对边仰坡处理完成。

2开挖过程中的防排水

1)隧道开挖后，隧道围岩内裂隙水、地下水原有的流经改变，大量地下水、裂隙水：在隧道地表处理不好的情况下甚至还有很多地表水流人隧道，因此隧道开挖后的仿排水处理是否及时、方案是否正确，直接影响到隧道的稳定性。隧道在开挖后防排水处理的方针是：以排为主，防、堵、截、引相结合的原则。在隧道开挖后，立即对开挖后的掌子面进行初喷砼，喷射砼厚度一般为3—5cm。初喷砼的目的主要有以下几点：

(1)封闭掌子面，减少裂隙水、地下水等流人洞内;

(2)减小开挖后的围岩变形速率，为初期支护提供一个较为安全的'施工环境;

(3)隧道在开挖后，尤其在围岩条件比较差的情况下，围岩的超欠挖往往超出规范允许值，造成开挖后围岩表面及不平顺，初喷后要求围岩表面基本平顺，为排水半管铺设后达到排水效果提供保障。

2)在初喷砼完成后，根据围岩的渗水情况，对渗水处进行凿眼排水，使渗水从凿眼处流出，排水半管按照凿眼情况树枝状布置，根据渗水情况每隔3~5m -道汇聚于纵向排水管。

目前的高速公路隧道施工过程，部分单位对开挖后及时初喷这道工序不够重视，施工中敷衍了事，造成排水半管铺设不够平顺。凿眼排水不认真、排水半管铺设不规范、排水半管质量参差不齐，有的排水半管在铺设后喷射砼时喷射料将排水半管包裹层击穿，造成排水半管堵塞，大大影响了排水半管的排水效果。

3土工布防水板施工

如果说开挖后排水半管的施工是隧道防排水处理的第一道防线，那么土工布防水板施工则是第二道防线。对于大面积漏水或有股水的地段必须先用油布、薄膜、塑料布等材料，将水引离施工工作面，待防水板铺设到适当位置时，再行拆除，用排水半管引水顺土工布后流下。在施工防水板前，应做好一下几点工作：

1)必须对喷射砼表面的尖锐、突出物进行凿除或者抹平，防止防水板铺设后刺破防水板，并且喷射砼表面达到大面平顺。

2)如发现喷射砼表面仍有渗水，应凿眼布设排水半管，布设方法与前面所述方法相同。

3)在上述工作完成后，开始铺设土工布，土工布悬挂点为拱部3N4个，边墙2—3个，土工布应有一定的松弛度，一般检查方式为用手压土工布至喷射砼面，手感不紧为宜。土工布一般采用射钉加热熔垫片固定，土工布铺设完成后，开始铺设防水板，防水板熔焊在热熔垫板上，要求热熔垫板的熔点应与防水板的熔点相适应，防止在焊接过程中因两者熔点不匹配焊穿防水板。防水板环向搭接不小于10cm，采用特制的趴焊机焊接，对焊接效果进行气密性检查，检查方式：充气压力为，并保持恒压时间不小于2min。防水板铺设时亦应有一定的松弛度，防止因松弛度不足，二衬砼压破防水板。

4)防水板施工完成后，在施工二衬钢筋时应注意对防水板采取保护措施，防止焊接钢筋时烧穿防水板。采取的措施有在防水板与钢筋之间放置铁皮或木板等。

4纵向、横向排水管施工

隧道围岩内渗水由排水半管引至纵向排水管后经纵向排水管引至横向排水管，再由横向排水管引至中央排水管或排水沟，由中央排水管或排水沟引出洞外，形成隧道内排水系统。纵向排水管在设计时有的设计图纸要求上半部打眼，有的要求全部打眼。为了保证纵向排水管外隧道侧壁的积水能够全部流人纵向排水管，建议纵向排水管最好全部打眼。纵向排水管施工时应注意一下几点：

1)纵向排水管的基座砼面标高必须与隧道纵坡坡度一致，避免纵向排水管安装后管内积水。在实际施工过程中，施工人员在浇筑纵向排水管基座时，往往疏忽对基座顶面标高的控制，容易造成实际基座顶面标高与设计基座标高超规范允许值。在隧道纵向坡度较小的情况下，容易在纵向排水管内形成积水。

2)纵向排水管进行包裹时，包裹层里面的反滤碎石使用前应冲洗干净。土工布应全部包裹总行排水管，避免杂物堵塞纵向排水管的排水孔。纵向排水管的包裹方式如图1所示：

5二衬的防排水处理

二次衬砌的防排水处理，是作为隧道洞内防排水处理的最后一道防线，施工时在每板二衬与下一板二衬之间，沿隧道环向加入止水条或者水带，止水条或止水带设计要求位于二衬厚度中央。

6结论

要做好隧道的防排水处理，其实并不需要复杂的工艺，关键在于施工时要认真对待每一道工序，必须从隧道施工过程的每一道工序做起，初期支护、防水板铺设、二次防水衬砌、排水设施等每道工序的施工质量都对隧道防排水效果产生很大的影响，施工中的一点疏忽可能造成渗漏水隐患。因此，每道工序的施工质量都要达到设计预期的效果，才能使隧道防排水工程质量有保证。