随着我国的公路建设不断的发展,公路隧道建设也进入了快速的发展时期。但是,由于隧道周围的地质情况具有复杂性和多变性,在施工的过程中,出现了大量由于不良地质引起的工程事故,所以对不良地质隧道进行科学有效的设计与施工是当前所需要解决的首要问题。特殊地质中主要包含了软弱黄土地层、膨胀性地层、含水未固结围岩、断层、溶洞、岩爆、流沙等地质和含有瓦斯以及其他有害气体溢出地层等。这些问题的出现直接影响到了公路隧道的正常设计施工。本文则对这些问题的现象、特点做出一个详细的阐述,以方便在施工中及时的辨别出地质灾害,减少损失,同时对这些问题也提出了具体的防治、处理措施,为公路隧道的设计施工打下一个良好的基础。
一、特殊地质条件下公路隧道地质灾害的主要现象和特点 (一)膨胀性围岩
膨胀性围岩本身具有潜在应力以及湿胀干缩、往复变形的特征,干燥土质的膨胀性岩层,岩质相对较硬,容易开裂,具备明显的水平、垂直的裂缝,当受到水的浸湿之后,裂缝会产生变窄或是闭合活动,强度出现明显的减低。软质膨胀性围岩受到断裂以及褶皱的作用会产生明显的破碎带,隧道在进行开挖以后,破碎带受到风化与水的影响,体积会发生膨胀,隧道的衬砌与支撑就会受到相当大的膨胀压力。所以,在进行围岩施工的过程中,经常会出现初期围岩变形过大,发展的速度过快等多种不良现象,导致围岩的压力增加,进而造成围岩出现普通开裂、围岩膨胀、坍塌、坑道下沉、衬砌变形、隧道底部隆起以及破坏等多种形式的地质危害。
(二)岩爆
岩爆是在进行高地应力环境下的地下工程洞室开挖的过程中,由于开挖卸荷所产生的周边脆性围岩发生巨大的应力分异现象,围岩中原本储存的弹性应变能被快速的释放,同时出现爆裂松脱、弹射、剥离以及抛掷等强烈的破坏现象,这是一种由于动力失稳造成的地质灾害。岩爆对施工人员以及机械设备的安全有着巨大的威胁,对工程的进度有直接的影响,所以必须要对容易出现岩爆现象的部位做好预测活动,对已经确认会出现岩爆的部位做好防治措施。
(三)流沙
流沙是由砂土或是粉质的粘土在受到水的作用后,丧失了内在的聚力而形成的,主要表现为浆糊状。流沙本身具有多样性,主要的原因就是地质受到河水的冲击后,随着地质的变化而形成的一种砂层,在受到水流的侵袭后,砂层会进行整体的流动,导致了流沙层的形成。
(四)瓦斯
地下坑道内部的有害气体总称为瓦斯,主要的成分就是沼气(甲烷CH4),人们也习惯性的称沼气为瓦斯。在煤系地层之中,在进行隧道开挖的过程中,经常会出现瓦斯,瓦斯对在隧道内部施工的工作人员以及机械设备的安全都有直接的威胁。
二、特殊地质环境下的地质灾害施工对策 (一)膨胀性围岩的施工对策
在膨胀性底层中进行隧道开挖的过程中,尽量采取短台阶法或者是中央导坑法,开挖的部分不能太多。在开挖的过程中需要及时的对围岩进行约束,可以采用锚喷构筑法进行施工,运用钢拱架式隔栅进行支护,当膨胀的压力较大的时候,可以在隧道的底部加设锚杆,在隧道的顶部也可以加设斜向的超前锚杆或者是小型导管,以此来形成闭合环。斜向锚杆的间距、范围、杆长和外斜的角度都需要按照隧道的设计规范来进行设定。在开挖的过程中应该避免扰动围岩,防止围岩遭到水的浸湿,所以最好可以采用无爆破掘进法进行施工。
(二)岩爆的施工对策
岩爆产生的主要原因就是围岩的应力远远超过了围岩的强度,而且围岩又是坚硬、脆弱的岩石。可以根据发生岩爆的具体环境进行分析,对岩爆进行防止的主要办法就是改善围岩的应力条件以及对围岩进行加固。以下就是岩爆的施工对策。
1、改善围岩的应力
必须要对隧道的位置进行科学、合理的布置,使隧道的轴线方向尽可能的与主应力方向形成平行线,选择合理、科学的洞形,可以采用高压注水法、钻孔泄压法、岩面喷水以及分布开挖使岩体逐渐的软化。
2、对围岩进行加固
对已经开挖的洞壁进行加固,对掌子面的前方进行超前加固,进行加固的主要方法是钢丝网锚喷、锚喷、钢支撑、锚杆锚固以及钢纤维喷混凝土等。
3、采取防护措施
在隧道中安置钢丝保护网,用来保护施工人员和机械设备的安全。 (三)流沙的施工对策
当在进行隧道施工的过程中,一旦遇到流沙的时候,一般情况下都需要及时的进行排除,尽快的将流沙通道封闭,特别是流沙出现在开挖面附近的时候,更是需要采用有效的措施进行排除,不然就会遭受流沙的影响,导致封洞处理,强制停止施工。必须要对形成流沙的原因以及流沙带来的危害有所了解,对隧道周围的砂层、地下水位等地质情况都要有充分的了解,在进行实际施工的时候,采用科学、合理、有效的措施来进行处理。
(四)瓦斯的施工对策
当前,防止瓦斯的主要措施有通风稀释瓦斯,安装瓦斯报警器,进行超前钻孔排放瓦斯,对瓦斯的浓度进行测试,来判断是否会出现瓦斯爆炸的情况,在隧道内部严禁使用会令瓦斯发生爆炸的热源。在进行隧道掘进的过程中,避免瓦斯出现燃烧或爆炸的主要办法就是加强通风的效果,减少瓦斯的浓度。在条件允许的情况下,可以采用以下的措施。
1、瓦斯排放
如果瓦斯的含量較小时,可以进行自然排放,如果瓦斯的含量较大,喷发强度较大,而且持续的时间过长的时候,可以进行插管排放,如果开挖面的瓦斯含量大、裂缝较多、分布范围广的时候,就需要将坑道封闭,进行瓦斯排放。
2、水力冲孔
在挖开进行之前,可以采用高压水枪,进行高压水射流冲孔,使瓦斯得以解析、排放。
3、煤层注水
在进行开挖的过程中,可以对煤层进行注水活动,让煤层逐渐湿润,以此来改变煤体的物理性质,降低、消除原本非常突出的威胁。
4、深孔松动爆破
可以在开挖的过程中,运用炸药将煤体前部的应力集中部位进行破坏,以免出现瓦斯突出的危害。
结语:
由于隧道地质本身就具有复杂、多变的特性,在对特殊地质下的公路隧道进行施工的过程中,除了要按照常规的施工办法进行施工之外,还必须要采取一些特殊的措施进行加固和施工。本文列举了几种在隧道施工的过程中经常出现的地质灾害的特点和防治方法,希望能够尽量减少地质灾害的出现,降低灾害所造成的损失,保证施工的质量和安全。
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