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时间:2022-05-09 来源: 作者:赵珊珊

中国交通报:精准防治 平安守隧——访北京交通大学土木建筑工程学院教授谭忠盛

近年来,随着我国交通基础设施的蓬勃发展,隧道工程数量快速增长。截至2020年,我国公路、铁路隧道已突破3.8万座,总长度超过4.1万公里。

隧道施工中,掌子面前方及洞身周边的工程地质和水文地质情况关乎施工质量和安全。不良地质条件隧道施工极易引起坍方、突泥涌水等灾害,不仅给隧道施工灾害防控及治理带来极大困难以及延误工期,也会威胁到人身及设备安全,从而造成巨大的经济损失。

北京交通大学土木建筑工程学院教授谭忠盛告诉记者,加强隧道建设时的灾害预防及治理,可以有效防止灾害发生,确保隧道施工安全和按时竣工,对于隧道建设意义重大。

不良地质条件是影响隧道施工的关键

无论是铁路隧道还是公路隧道,其支护结构体系及施工方法是相同的,只是断面形式有差别;地铁隧道也和铁路隧道、公路隧道相似。

对于运营的交通隧道,主要灾害是火灾,而且一旦发生,危害极大,这是由于隧道空间狭窄、逃生救援困难导致的。相较于其他地面建构筑物,隧道抵抗地震的能力更强,这是由于隧道和山体已形成一个整体,一旦发生地震,隧道同山体一起晃动,一般情况只有洞口、浅埋段及活动断裂带附近破坏较严重。

而对于在建的隧道工程,不良地质条件就成为影响施工的关键。由于山岭隧道埋深大、地形地质复杂,勘察设计阶段不可能将地质情况完全查清,不良地质条件会增加隧道施工灾害发生的概率。事实上,即便再深入的地面地质调查及勘探工作,在隧道开挖后也会发现实际地质情况与勘查结果不尽相同,甚至会有很大差异。

断层破碎带及岩溶等是隧道施工中最常见的不良地质,特别是高压富水断层及大型充填溶腔,隧道施工时极易引发突泥突水灾害,隧道穿越煤系地层等不良地质体时,极易诱发瓦斯爆炸灾害,危及生命财产安全。

因地施策 有效防控

不同的不良地质条件会产生不同的地质灾害,须制定有针对性的防治措施。

突泥突水是隧道施工中较为普遍且严重的灾害。对于隧道前方大型富水充填溶腔,可采用释能降压技术处理,通过主动释放溶腔内高势能填充物,消除突泥突水风险,实现低压或无压条件安全施工;对于高压富水断层破碎带,通过上堵下排或分水降压,减少隧道水压,采用信息化注浆技术提高注浆效率及质量,实现安全施工。

岩爆是高地应力硬岩地层隧道施工中可能出现的一种地质灾害。可采用围岩微震监测进行预报,通过超前钻孔释放地应力、开挖面洒水降温、加强支护和人员设备防护等措施,实现安全施工。

当隧道穿越高地应力软弱围岩时,常会引发大变形问题。尽管软岩大变形不是突发性灾害,不像突泥突水、岩爆等灾害对人员及设备安全造成瞬间伤害,但由于地应力高、变形大,支护结构容易侵限、掉块,甚至整体失稳,需要反复拆换,极大增加了工程造价。可通过优化隧道断面、围岩主动支护、地应力超前释放、设置缓冲层、加强支护结构等措施,有效控制变形,做到支护结构不拆换或少拆换。

据了解,除上述三种较为严重的地质灾害外,还有高地温、有毒有害气体等,应采取加强通风、封堵引排等措施。

总而言之,做好地质调查,找准防治目标,优化防治方案,科学选择施工方法,加强施工过程的管控,才能有效控制隧道施工灾害形成的因素,减少隧道施工灾害的发生频率。

研发新技术 提高预报准确性

受隧道长度、埋深等各方面因素影响,隧址处地质条件越来越复杂。要保证隧道施工顺利进行,预防地质灾害就成为关键。而超前地质预报正是预防地质灾害的重要手段。通过超前地质预报,预测隧道前方的地质状况,提早、及时地使用有效的开挖与支护方法及灾害防控措施,避免发生人身及设备等安全事故。

超前地质预报有隧道地质调查、掌子面地质素描、超前钻探及物探等多种方法,不同的地质预报方法具有不同的适用范围及条件。

隧道地质调查及掌子面地质素描一直是隧道施工超前地质预报应用最广泛的方法,适用于各种地质条件下的隧道施工。

超前钻探则是采用各种钻机或三臂凿岩台车等设备,在掌子面进行超前钻孔,配合地质调查相互验证,准确探明前方地质情况,将风险提前暴露。尤其是富水断层破碎带、富水岩溶发育区、煤层瓦斯发育区、重大物探异常区等地质条件复杂地段,必须采用超前钻探进行验证。

物探属于一种间接勘探方法,我们常用的红外探测、TSP、TST、地质雷达等均属于物探法,探测范围比较大,预报速度快,在隧道施工中普遍采用。

目前,隧道施工中各种不良地质预测预报技术得到快速发展,预报的准确度日益提升。我国在激发极化法探测地下水、微震预测岩爆等物探领域取得了较为领先的技术成果,钻探方面也研发出了千米级钻机。对于复杂的地质情况,采用单一的预报手段往往很难取得满意的结果,隧道施工一般都是综合运用几种预报手段,取长补短,相互补充和印证。因此,仍需要不断开拓新领域,发展新技术,持续提高隧道施工不良地质预报的可靠性和准确性。


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