摘 要 本文结合湖北省宜长高速公路隧道工程施工中出现的一些不良地质问题，提出了在特殊地质条件下进行隧道设计、施工时应掌握的设计机理，采取相应的施工方法和防范处理措施，以期对将来的公路隧道设计、施工有一定的借鉴．
关键词 公路隧道 不良地质 处理措施
在山区修建高速公路隧道工程过程中，常遇到一些不利于隧道施工的不良地质地段，如隧道进出洞口洞室的浅埋、偏压现象，岩溶、瓦斯等．在开挖、支护以及后期的隧道运营过程中，由于各种因素的影响都可能发生土石坍塌、坑道受压、支撑变形、衬砌结构断裂和各种特殊施工问题，严重影响施工进度、安全和质量，甚至对安全运营造成威胁．本文结合湖北省宜长高速公路隧道工程施工中出现的一些不良地质问题，提出了相应的优化设计处理措施，以期对将来的公路隧道设计、施工有一定的借鉴．
1 偏压地段隧道设计
1.1 偏压地段明洞设计
1.1.1 路堑偏压型
路堑偏压型明洞衬砌适用于两侧山坡高差较大的路堑，高侧边坡有坍塌，落石或泥石流：低侧边坡明洞墙顶下部分为挖方，且能满足外侧边墙嵌入基岩要求的地段．常采取的加强措施是对低边坡侧的明洞边墙做加厚处理．如图l所示．
1.1.2 半路堑偏压型
半路堑偏压型明洞衬砌适用于半路堑靠山侧边坡较高，有坍塌、落石或泥石流等不良地质现象，而外侧地面较宽敞和稳定，上部填土坡面线能与地面相交以平衡山侧压力的地段．常采取的加强措施是对拱肩覆盖层薄的一侧．为防止填土锥体侵入路基而把明洞边墙设置为挡墙结构．如图2所示．
1.1.3 半路堑单压型
半路堑单压型明洞衬砌适用于靠山侧边坡或原山坡有坍塌、落石等情况，外侧地形陡峭，边墙基础座落于松散的软弱岩体而无法璃土地段。常采取的加强措施：加强加深外侧覆盖层薄的边墙基础，要求基础座落在新鲜岩面上。且基底承载力应不小于o.35Mpa：为配合明洞顶回填土，而把明洞外边墙设置为挡土墙．且上部加耳墙的结构形式．为节省圬工量，通常在外墙上每隔3～4m开设孔洞一个。如图3所示。
图3
为防止因地面产生的不均匀沉降而使明洞拱圈衬砌开裂，偏压明洞应设置仰拱．
宜长高速公路第二合同段章家槽隧道进口，左右幅洞室明洞均属于半路堑单压型衬砌结构。故而明洞衬砌采用如图3所示的单压型结构，外侧挡墙基础嵌入基岩深度1.30m～3.80m．由于受软弱地质围岩的影响，该明洞的拱圈、仰拱、外侧挡墙及上部耳墙均采用钢筋混凝土结构．其施工工序：a.挖及加固边仰坡；b．模筑边墙衬砌及耳墙基础；c.开挖洞内核心土；d.浇筑仰拱衬砌; e.模筑拱圈衬砌;f.施做耳墙衬砌；g.明洞顶回填．
1.2 偏压地段暗洞设计
a.地形高陡不均引起的隧道偏压
对山体地面坡度陡于1：2.5的N类及其以下围岩，线路外侧拱肩覆盖层较薄，在施工过程中。由于外侧土体的支撑力不够，不能形成土拱效应，则极可能引起洞身上部围岩下沉，而隧道两边土抗力不等而产生偏压．(参见《公路隧道勘测规程》JTJ063—85 3.1.2)。
b.地质构造造成的偏压
隧道设计线位平行或以小角度穿越构造变动在岩层和岩体中遗留下来的单斜构造时，在隧道洞室开挖后，由于岩层产状原因导致两侧岩体压力不等产生的偏压。
为解决不对称围岩给隧道衬砌带来的倔心压力，需加强衬砌．但是，我们通常采取的措施是等截面地加强加厚隧道拱圈及边墙衬砌，显然这种做法从结构合理受力及材料的节俭方面是不可取的。所以，笔者在宜长路的隧道设计中，采用了一种新型的偏压暗洞衬砌结构型式，即隧道的开挖轮廓线采用三心圆，而内轮廓仍然采用单心圆结构形式．如图4所示。
图4
2 浅埋地段隧道设计
浅埋隧道是指在洞室开挖后对地层的影响能波及到地表的一种特定条件下的隧道工程。
为了安全地穿越隧道浅埋松散地层，设计中常采取的措施有：地表砂浆锚杆预加固，隧道拱肩覆盖层及洞口边仰坡封闭，洞内小导管(或大管棚)注浆预加固等。
2.1 地表砂浆锚杆预加固
浅埋隧遭洞室开挖后，其上方岩体因原有平衡被破坏和临空面的形成，大多会产生向洞室内的竖向下沉和向洞口端的纵向滑坍。如果仅仅依靠开挖后洞室内的支护，往往难以使这两种位移得到及时控制，即使以最快的速度进行支护，也需要一定时间才能形成支护的强度和刚度。而洞口段埋深一般只有几米，其岩性大多数比较软弱破碎，有的甚至就是松散体，按照公路隧道地质围岩的分类法．属I～III类围岩，固此在洞室开挖前将山体用锚杆进行预加固，能有效地减少地表沉陷和沉陷体的体积；减少地表最大沉陷值与洞内收敛值之比；减少地表的纵向滑移；减少洞室顶部的压力，即加大了山体的自承能力。
地表锚杆一般采用全长砂浆锚杆，锚杆与砂浆共同组成锚固体，即它的锚固作用是通过锚杆与砂浆之间的握裹力以及砂浆与周围孔壁之间的粘结力共同实现的。这可以从加固时的施工过程和施工完成后锚杆与砂浆共同发挥作用两个阶段宋认识，其中前者的主要功能在于提高岩土体的整体强度和刚度，后者的主要功能则在于增强岩土体的摩阻力和抑制岩土体的沉陷滑移，进而达到减少山体压力的效果．
地表预加固砂浆锚杆参数设计：锚杆宜采用20锰硅螺纹钢．直径为18~8gmm；地面砂浆锚杆的长度应根据洞室覆盖层厚度和实际施工能力确定；地表横向加固范围可根据地形和推樱，的破裂面确定；锚杆间距一般为1.o～1.5m，并按梅花形布置：安置地面锚杆的钻孔直径一般为60~100mm；锚固孔注浆砂浆宜采用C15水泥单浆液．当岩体节理裂隙发育时．可用水泥—水玻璃双浆液注浆峦实。
宜长高速公路第四合同段女娘山隧道左洞，进口端屑浅埋、偏压．且有两条小裂隙发育地段(侧向覆盖层最薄处厚2.8m，洞顶埋深4.5m)．预设计方案为：再接长明洞15m．但明洞右侧边坡将高达30余米．在隧道进口方向的左侧和隧道洞口段上方采用地表预加固，主要设计参数为；锚杆直径22mm，长度4.5—10m，锚固孔径80mm，采用C15水泥砂浆作为锚田材料，锚固间距1.0mXl.Om，同时对裂隙处采用35Be水泥—水玻璃双浆液进行灌浆填堵．地表预加固锚杆打没后，对风化破碎地表层进行喷射混凝土封闭．这种采取地表预加固处理的措施无论是在环保、高边坡的稳定安全、工程造价经济上都较接明洞方案占有大的优势。
2.2 地表风化破碎层及时封闭
为防止地表水渗入圈岩体，雨水对松散覆盖层的冲刷及地表层的继续风化，必须对隧道外侧拱肩覆盖层、洞口边仰坡及时进行喷射混凝土封闭并锚杆挂网加固。
2.3 洞内导管或譬棚超前支护
浅埋松散岩土体的自身承载能力非常有限，为保证施工安全。在受力最为复杂的洞口采用小导管进洞，视地质围岩情况并通过监控量测的反馈信息，可酌情采用双排小导管或大管棚超前预支护进洞，在受到施工工期等条件限制的情况下，可利用钢拱架及联结钢筋组成的套向架取代钢筋混凝土结构护拱。
3 岩溶地段隧道设计
岩溶是指石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等可溶性岩层，受水的化学和机械作用产生沟槽、裂隙和空洞．以及由于空洞的顶部塌蓓使地表产生陷穴，洼地等现象和作用。
岩溶对隧道的危害主要可分为四种类型：
a，洞穴的存在使建筑物全部或部分悬空，将极大地降低隧道的使用可靠度：
b．岩潜水特别是当CO,等可溶性物质含量增高时，水的流通将给隧道结构带来极大的侵蚀作用，影响隧道的使用寿命；
c. 洞穴堆砌物松散易坍塌下沉，改变洞穴周边的应力分布状态，影响隧道的稳定：
d，隧道中地下水流失，使隧道顶部地面岩溶塌陷，导致环境地质破坏．也是造成隧道结构不稳定的厄固。
岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法，有’引、堵、越、绕”等．同时加强衬砌支护．
a、引：遇到暗河或有水溶洞时，宜排不宜堵．采用暗管、涵洞、小桥等设施宣泄水流或开凿泄水洞将水排出洞外．当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应在适当距离处开凿引水斜洞，将水位降低到隧底标高以下，再行引排．
b、堵；对已停止发育、跨径较小、无水溶洞．可根据其与隧遭相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭；或加深边墙基础，加固隧道底部．当隧道拱顶部有空溶洞时，可视溶洞的岩石破碎程度，在溶洞顶部采用锚杆或锚喷网加固，必要时可考虑注浆加固井加设隧道护拱及拱顶回填进行处理．
c、越：当隧遭底部遇有较大的溶洞并有水流时，可在底部砌筑圬工支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水．
d、绕：在岩溶区施工时，个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道前方施工，并同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度．
4 瓦斯地段隧道设计
瓦斯是地下坑道内有害气体的总称．其成分以沼气(甲烷CH4)为主，习惯称沼气为瓦斯。在煤系地层中，隧道开挖常常伴有瓦斯的存在，它对隧道施工机械设备和人员是一个巨大的威胁．目前瓦斯防止措施主要包括；测定瓦斯浓度以判断能否发生瓦斯爆炸；通风稀释瓦斯：超前钻孔抽放瓦斯；安装瓦斯报警装置，同时隧道内坚决杜绝使瓦斯爆炸的热源．
5 结语
上述不良地质问题对隧道施工、运营构成极大的威胁，既延误工期，又要耗费大量的人力、物力来治理，如处理不当，会造成人身、设备安全事故及工程的报废．准确的地质资料、施工中地质超前预报和合理的防治措施，将最大限度地防止隧道地质灾害的发生，使灾害造成的损失降到最低，使施工安全和施工质量得以保证．
参考文献
1 中华人民共和田行业标准．公路隧道设计规范(JTJ026—90)．北京：人民文通出版杜，1990
2 中华人民共和国行业标准．公路隧道施工技术规范(JTJO42—94)，北京：人民交通出版社，1995
3 王毅才．隧道工程．北京：人民交通出版社，1993
4 于书翰，杜漠远．隧道施工 北京：人民交通出版杜，2000
(程久胜 刘柏林)
