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
5.1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。
5.2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．
在交通建设中，隧道占据着十分重要的地位。下面是我整理的关于隧道施工技术论文，希望你能从中得到感悟!
隧道施工技术
摘要： 在交通建设中，隧道占据着十分重要的地位。隧道施工是一件十分复杂的工程，掌握好隧道施工技术，就能够很好的把握住隧道施工的质量，这对于交通工程的安全及质量来说意义重大。
Abstract： In traffic construction， tunnel occupies a very important position. Tunnel construction is a very complex project， master well the quality of tunnel construction technology can have a good grasp of the tunnel construction， which has great significance for the safety and quality of traffic construction.
关键词： 隧道施工;问题;施工;技术;方法
Key words： tunnel construction;problems;construction;technology;method
中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2014)14-0098-02
0 引言
随着公路隧道建筑规模的逐渐扩大，两车隧道已经远远不能满足日渐增长的行车需要，三车隧道在实践中得到大规模的运用。但是隧道规模越大技术也相应复杂，因此，与过去一般的公路隧道相比，在设计、施工以及运营管理方面均有质的不同，这就给公路隧道建设者带来挑战。本文就公路隧道施工技术结合自身工作经验进行了探析。
1 我国隧道工程常用施工技术及存在的问题
我国目前主要的施工技术有：深海底抗压建设技术;深层钻爆施工技术;超浅埋、浅埋暗造技术;辅助工程建造技术;盾构法建造技术;开敞式新型挖掘技术;保护环境施工技术;深管道埋藏技术等许多其它新技术。
在施工修建的过程中存在的问题也很多，就目前隧道工程发展而言，其主要问题有：①对土质结构了解不深，致使确定施工方案存有不合理之处，造成出现豆腐渣工程现状;②高原冷冻铁路的质量难以保证，耐用性能较弱;③海底隧道抗压效果达不到实际要求，常出现变形问题;④新技术开发速度较慢，满足不了社会建设的需求，亟待提高;⑤环保隧道技术做的不够到位，造成环境被破坏的现象时有发生;⑥隧道工程建设系统缺乏统一的施工标准要求，常出现施工不科学问题。
2 施工准备期的技术准备
2.1 施工环境的勘测 ①我们根据地质钻探资料的审查对围岩进行分类，不难看出在对地质工程特点进行分析的时候，如果对岩层走向、褶曲、断层以及地下水和特殊土等分析有误，对施工就会造成十分严重的影响。②有针对性的对施工现场进行核查，核查的方面主要就是包括：地质、供水、气象、排水、原材料、动力供应、运输条件、弃渣、场地等。对于风化堆积较为严重的洞口及浅埋段等，我们要有健全的方案进行治理或补偿。
2.2 施工材料设备和方案的准备 ①要想工地实验室期限达到质监站临时资质审批要求，就需要我们有健全的试验设备、技术人员以及完善的管理制度。当承包商与业主签订合同后，监理工程师就可以根据合同规定的时间，要求承包商按照合同承诺进行各项筹备工作了。②开工前监理工程对两端反外控制点近反复检查。③承包商及时按合同规定的日期上报总体性计划和具体实施计划，这样才能保证监理工程师对工程进行整体调查、分析，然后根据出现的问题与承包商进行讨论、澄清、修改。
3 施工方法
隧道施工方法主要有：全断面法、台阶法、台阶分部法、上(下)导坑法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等六种。
目前，我国隧道施工主要是以新奥法为主的，新奥法施工的精髓就是将围岩作为支护的一部分，共同承受上覆荷载的压力。利用新奥法进行隧道施工，无论在进度上还是质量上以及工程费用上都会存在明显的优越性。然而，随着设计的支护形式和施工工艺存在的差异，在施工过程中要想根据围岩性质及地质变化适时对施工工艺以及支护形式进行调整。我们在进行大跨度隧道施工的时候，主要选择的方法就是：上半断面台阶法，中隔壁法和双侧臂导坑法(眼镜法)等。
4 隧道施工的主要技术分析
4.1 软弱破碎围岩段施工技术 针对软弱的围岩可能发生的大变形，采用增大预留变形量和喷射混凝土、锚杆、钢筋网和可缩性的U型钢拱架复合式衬砌手段，采用分部开挖的方法，初期支护及时封闭，喷射混凝土可以分2～3次施工，然后加强监控量测，利用反馈的信息进行施工指导。通过软弱破碎带段富水段时，先治水，采用排堵结合等治理措施。开挖过程中配备有经验的地质工程师24小时轮流值班，及时监控地质变化情况，指导现场施工。
加强监控量测，当初期支护变形异常且无收敛趋势的时候，就是需要我们调整支护参数，必要时可以实施二次衬砌。因此，二次衬砌就是为了增设钢筋和提高混凝土强度的一种措施。
4.2 隧道防渗漏、防坍塌技术 ①防渗漏技术。隧道的二次衬砌主要是提高混凝土的抗渗性能，也是避免膨胀的一道工序，主要作用就是防止复合防水板局部因为破裂等原因造成的渗水。因此，我们要根据水量的增加情况，对盲沟布设进行设计，以更佳有利于排水。在进行防水板施工的时候，我们除了要严格检查焊缝焊接情况，还要确保施工缝、变形缝等不渗不漏。②防坍塌技术措施。采用减震爆破，尽量减少对围岩的扰动。开挖成型后及时施作喷砼等初期支护，使围岩尽早达到稳定状态。对围岩自稳能力较差地段，采用超前支护或超前加固前方围岩，坚持先护顶后开挖的原则组织施工。当初期支护变形出现异常现象且无收敛趋势时，采取初期支护加强措施，并提前施做二次衬砌。在二次衬砌中，采取增设钢筋和提高混凝土强度等措施。根据地质勘察资料，岩层与隧道轴线夹角较小，为此，采取减小循环进尺，加强超前支护，加固围岩的措施进行预防。在围岩含水地段先治水：当有渗水流时设置橡胶带盲沟引排：渗水面积较大时橡胶带盲沟可并排设置。当有集中股水流时设置弹簧盲沟引排，将水压力对初期支护的影响降至最小。为了加强对施工过程的控制：开挖过程中配备有经验的地质工程师24小时轮流值班，及时监控地质变化情况，指导现场施工。软弱不稳定围岩地段，主要领导轮流值班，强管理，严要求，及时处理紧急问题。
4.3 防排水施工技术 ①施工缝、变形缝防水。施工缝主要是隧道衬砌混凝土在施工时候所产生的冷接造成的，也是防水的薄弱环节，是整个隧道中最容易发生渗漏的地方。因此，我们在对隧道进行衬砌施工处理的时候，要避免因为处理不好而造成隧道的正常使用和行车安全，严重的还会降低结构的强度和耐久性。为了防止衬砌不均匀引起的裂损，我们就需要对沉降缝进行设置，避免因为温度的剧烈变化而导致混凝土收缩引起衬砌开裂。②防水混凝土。隧道二次衬砌混凝土既是外力的承载结构，也是最后一道防水线。而防水混凝土大多数都是通过规定的级进行配比，并掺入少量外加剂，通过调整配合比配置成具有一定抗渗能力的防水混凝土。我国的铁路隧道工程技术指南要求的二次混凝土的抗渗等级不得低于P8。
4.4 隧道二衬施工技术 ①钢筋加工及安装。钢筋采用加工专用设备进行加工，主要采用的就是单面焊接形式对钢筋接头进行焊接，焊接的长度一般不得低于10d。钢筋焊接主要就是保证焊缝饱满度，并凿除焊渣。采用自制台车进行安装，安装时应根据设计尺寸及保护层进行施工。②灌注砼。台车就位后，可以采用松木板将端头封牢。砼输送泵管道通过台车上部的天窗接入模内，同时砼输送车将砼倒入输送泵内，由输送泵将砼通过管道压入模内。
5 结束语
在进行隧道施工时，要在安全、有序、优质、高效的指导思想下，努力控制隧道施工质量达到最优化。不断的更新隧道的施工技术，针对各个控制点，有针对性的采取合适的施工技术，确保隧道施工的质量。
参考文献：
[1]陈小雄主编.隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社， 2011，6.
[2]王浩楠，隧道施工技术质量控制概述[J].公路施工与管理，2012.
[3]冯旭.雪峰山特长隧道施工管理技术[J].科技创新导报，2009.
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本学科的主要研究方向为：（1）地下工程减灾防灾，利用工程学的方法研究解决和防治自然灾害、人为灾害、施工灾害的破坏效应，开展地下结构减震、隔震理论与方法，地下工程火灾特征及损伤评估方法，地下工程施工灾害的防御技术，动态可靠度与耐久性设计理论，高应力场与高温度场耦合分析等理论研究。本方向近几年来，主持国家级科研项目4项，省部级科研项目20项，获国家级科技进步三等奖1项、省部级科技进步奖一等奖一项，二等奖一项，三等奖4项，特等奖1项，其中“南昆线”高烈度地震区隧道抗震加固与计算方法研究，将长大隧道抗震设计理论与方法提高到国内领先水平。“广大线”九度地震区隧道洞口段隔震研究，为世界首例，其研究成果已应用到工程中。长大隧道火灾分析与评估加固技术、瓦斯隧道封闭结构形式及降压措施研究、电力牵引瓦斯隧道运营通风设计研究等，均达到国内领先水平，填补了国内空白。在“隧道及地下工程结构物剩余寿命评估方法的研究”中，首次在地下工程结构物变异程度的分级及其评定中引入健全度的概念并与结构动态可靠度相联系，研究工作处于国内领先、达到国际先进水平。此外，长大隧道岩爆、大变形机理研究成果，在秦岭隧道（铁）、夹竹箐隧道（铁）、二郎山隧道（公）、华蓥山隧道（公）、太平驿输水导洞、锦屏电站18km导洞等工程中的应用，使这些工程的技术水平达到了国际先进水平。主要研究人员有：高波、何川、漆泰岳等教授。（2）线路系统防灾减灾工程与防护工程。该方向的研究内容以高山峡谷区重力作用为主的滑坡、崩塌、泥石流等山地灾害的铁路、公路工程防治技术为主线，同时覆盖了特殊岩土地质条件的路基病害整治及公路路面病害处理技术、轮轨和车路系统本身的运行安全技术以及工务安全管理保障系统等领域。泥石流及其灾害防治工程领域是本方向的一个亮点，有关泥石流预测预报及信息开发系统研究居于国际先进水平。一共承担国家自然科学基金重点项目2项、面上项目5项，铁道部及其它省部级项目十余项。获省部级二等奖两项。尤其是通过成昆、宝成、南昆等铁路干线和川藏公路、西攀高速等公路干线灾害防治的生产科研实践，在铁路、公路工程灾害防治技术与研究领域已形成了自己的特色，在国内处于领先地位。主要研究人员有：姚令侃、胡卸文、程谦恭等教授。（3）岩土工程灾害预测和防治，利用现代科学理论和技术，进行岩土工程学、地学、环境学、灾害学等多学科交叉解决岩土工程灾害理论研究中的前沿问题和岩土工程灾害防治中的重大难点问题，着重进行岩土工程环境地质评价及地质灾害防治研究、岩土工程中水环境效应及其工程危害研究、岩土工程环境地质问题风险分析与防灾决策可靠性研究，渗流场、应力场、温度场耦合分析及其在工程灾害防治中的应用等。 本项目方向是一个新兴的方向。本方向主持和负责了国家科研项目3项，省、部重点和普通科研项目11项，对外合作科研项目1项。出版了专著5部，在国内外发表了论文80余篇。其中一些研究报告和学术论文得到国内外专家的高度评价，认为整体研究水平处于国内领先，部分达到国际先进水平，已获两项部科技进步二等奖。本方向正以中青年博士和博士后为主体，以对外合作科研项目为契机，不断提高研究的学术水平。主要研究人员有：杨立中、黄涛、郑黎明等教授。（4）大型结构物抗风与抗震，针对工程实践中急需解决的大型结构物抗风、抗震的关键技术问题，利用现代科学理论与实验技术，研究造成风害和震害的机理，寻求大型结构物抗风、抗震能力的有效措施，着重进行大型结构物风致响应与地震反应的预测及评估、大型结构物环境振动抑制技术、大型结构物抗风抗震设计等理论及应用研究。 桥梁风工程作为本研究方向的重要内容，已有10年研究工作积累。我校作为国内公认的桥梁风工程的权威研究学位，迄今共主持省部级项目6项，国家重点工程委托研究项目近20项，其中除大跨挢梁之外，还包括三峡工程升船机、首都机场新航站大楼等大型结构的风工程研究，获部级科技进步二等奖1项。在风工程应用基础研究方面，我校在结构风振理论，钝体非定常气力辨识，大气边界层模拟等方面处于国内先进水平。在大型结构物抗震方面，本方向已主持完成国家级项目2项，省部级项目2项。主要研究人员有：廖海黎、郑史雄、任宝良等教授。
