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摘要：

通過(guò)收集、整理與分析相關(guān)資料，對(duì)禮讓隧道工程地質(zhì)中的地形地貌、地區(qū)巖性、地質(zhì)構(gòu)造、各種不良地質(zhì)條件以及禮讓隧道的水文地質(zhì)條件等進(jìn)行了分析。基于上述分析，提出了禮讓隧道的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)及針對(duì)巖溶、石膏巖膨脹性、石膏巖腐蝕性的施工設(shè)計(jì)建議。對(duì)同類穿越石膏巖地層的隧道具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：

禮讓隧道；石膏巖；膨脹性；腐蝕性；施工設(shè)計(jì)

重慶市梁平至忠縣高速公路LZ2合同段（K8+740~K23+715）是梁平至忠縣高速公路中的一段，對(duì)于加快重慶市規(guī)劃公路網(wǎng)建設(shè)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)放射狀高速公路快速通道，帶動(dòng)沿線區(qū)縣經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展具有極其重要的作用。而禮讓隧道則是梁平至忠縣高速公路主要的控制工程之一,為使工程的施工方案更加科學(xué)、對(duì)各種地質(zhì)問(wèn)題的防治措施更加完善，本文特針對(duì)該段在工程地質(zhì)及水文地質(zhì)方面存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究。

1.隧道工程地質(zhì)條件

1.1地理位置、地形地貌禮讓隧道區(qū)為構(gòu)造剝蝕、溶蝕形成的背斜山，山體呈北東南西向延伸。隧道進(jìn)、出口段地形為單向自然斜坡。明月山中部為北西南東向發(fā)育的溶蝕槽谷，寬約500m～1500m，槽谷靠南東側(cè)分布溶蝕殘丘，呈線狀分布，槽谷中地形標(biāo)高581.0m～768.30m，地形總體北西低南東高。隧道穿越段發(fā)育的溶蝕槽谷分為前槽、后槽，前槽地形標(biāo)高627.40m～689.20m，坡度5°～10°；后槽為狹窄的深切槽谷，寬10m～30m，地形標(biāo)高574.10m～590.30m，槽谷兩側(cè)地形坡度較大，一般為30°～56°。

1.2地區(qū)巖性隧址區(qū)出露地層為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）、中統(tǒng)雷口坡組（T2l）、上統(tǒng)須家河組（T3xj）、侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組（J1z）、中下統(tǒng)自流井組（J1-2z）、中統(tǒng)新田溝組（J2x）、第四系（Q4）。

1.3地質(zhì)構(gòu)造禮讓隧道穿越的地質(zhì)構(gòu)造為明月峽背斜，構(gòu)造行跡呈北北東~北東向，無(wú)大的區(qū)域性斷裂隙構(gòu)造分布。明月峽背斜位于華鎣山隆褶帶南東邊緣，該背斜軸線平直，向北30°東延伸，無(wú)大彎曲，背斜兩翼不對(duì)稱，南東翼陡，傾角57°～80°,北西翼緩，傾角30°～44°，為線形斜歪背斜。

1.4不良地質(zhì)現(xiàn)象隧道區(qū)存在的主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為巖溶、煤層采空區(qū)以及石膏巖膨脹性和腐蝕性。其中膏巖的膨脹性和腐蝕性對(duì)本工程的影響尤為明顯。（1）巖溶巖溶是可溶巖與具有侵蝕性的地下水相互作用的產(chǎn)物，巖溶發(fā)育強(qiáng)度及巖溶地下水具有典型的不均勻性[1]，在近年的工程實(shí)踐中也遇到很多諸如此類的問(wèn)題。隧道區(qū)分布的可溶巖類呈條帶狀分布，地下巖溶的發(fā)育走向與可溶巖的分布是一致的,地下巖溶洞隙的發(fā)育寬度受可溶巖的厚度控制，延伸方向與巖層走向相同。地下水不斷地對(duì)可溶巖進(jìn)行化學(xué)的、物理的破壞作用，造成地下溶洞的不斷擴(kuò)大。（2）煤層采空區(qū)隧道范圍分布的采空區(qū)對(duì)隧道的主要影響為穿越煤層采空區(qū)段時(shí)巖體的完整性差，采空區(qū)內(nèi)的集水及有毒有害氣體對(duì)隧道施工的影響。隧道穿越的須家河組T3xj1、T3xj3、T3xj5煤系地層含低瓦斯，煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅰ級(jí)，煤層屬容易自燃煤層，有煤塵爆炸危險(xiǎn)。（3）石膏的膨脹性、腐蝕性石膏主要分布于背斜軸部分布的三疊系下統(tǒng)嘉陵江組四段的地層中，具體分布范圍：左線ZK14+582～ZK14+907、右線K14+599～K14+920。地下水進(jìn)入石膏巖層后體積會(huì)發(fā)生膨脹[2]，工程上認(rèn)為這種膨脹是不可逆的。當(dāng)石膏巖受到擾動(dòng)，特別是當(dāng)濕度條件變化時(shí)，石膏巖的性狀常發(fā)生巨大變化，產(chǎn)生體積膨脹，對(duì)臨近構(gòu)筑物產(chǎn)生膨脹壓力，影響工程的穩(wěn)定性。石膏地層對(duì)隧道的腐蝕作用主要分為物理腐蝕作用和化學(xué)腐蝕作用。物理腐蝕主要表現(xiàn)為地下水中的CaSO4溶液隨混凝土的孔隙滲入其中，在環(huán)境濕度較低時(shí)結(jié)晶析出，對(duì)混凝土孔壁造成極大的結(jié)晶壓力，從而引起混凝土的膨脹開(kāi)裂；化學(xué)腐蝕主要為地下水中硫酸鹽對(duì)混凝土材料的侵蝕。石膏為弱透水層，在隧道中不存在干濕和凍融交替作用，判定為Ⅱ類環(huán)境，石膏對(duì)砼具有強(qiáng)腐蝕（對(duì)應(yīng)腐蝕作用等級(jí)為D級(jí)），對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)有微腐蝕性[3]。

2.隧道水文地質(zhì)條件

隧址區(qū)三疊系中下統(tǒng)碳酸鹽巖類分布于背斜軸部，因受兩側(cè)碎屑巖所構(gòu)成的中、低山嶺的夾持，具備有利的巖溶發(fā)育條件，形成了特有的隆脊型巖溶槽谷，巖溶的發(fā)育與巖性、地貌條件關(guān)系密切；巖溶水運(yùn)動(dòng)和富集則受地質(zhì)構(gòu)造的控制。隧道進(jìn)口前部為兩溝相交部分，由東向西發(fā)育的沖溝為主溝，雨后流量可達(dá)到2.5L/s；南東向北西方向的沖溝為次級(jí)沖溝，雨后流量為0.5L/s。隧道洞口施工前須進(jìn)行改溝施工。煤礦礦井水及嘉陵江組四段石膏鹽層地段的地下水SO42-含量較高，對(duì)砼物具弱腐蝕性，化學(xué)腐蝕環(huán)境分類及作用等級(jí)劃分為C級(jí)，地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。隧道穿越石膏層時(shí)，分布的石膏對(duì)砼物具強(qiáng)腐蝕性，腐蝕性等級(jí)為D級(jí)，為嚴(yán)重；對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具弱腐蝕性。隧道區(qū)其余正常區(qū)段地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。

3.工程地質(zhì)評(píng)價(jià)及施工、設(shè)計(jì)建議

3.1區(qū)域穩(wěn)定些評(píng)價(jià)根據(jù)地質(zhì)勘探資料，隧道進(jìn)、出口段地形為單向自然斜坡。進(jìn)口側(cè)自然斜坡坡向北西，地形坡度25°～30°；出口側(cè)自然斜坡坡向南東，地形坡度35°～50°，局部大于60°。各層巖性由新至老可分為第四系全新統(tǒng)（Q4）、侏羅系（J）、三疊系（T）其中第四系全新統(tǒng)殘坡積土主要分布于隧道進(jìn)、出口段及洞身段地形坡度較小的地段地表。地下水可分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、砂泥巖風(fēng)化裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水（巖溶裂隙、溶洞水）。

3.2設(shè)計(jì)、施工建議綜合以上分析，針對(duì)區(qū)域內(nèi)不良地質(zhì)情況對(duì)設(shè)計(jì)、施工提出相應(yīng)建議。（1）巖溶巖溶發(fā)育，可能產(chǎn)生冒頂、突水和突泥，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，預(yù)防產(chǎn)生巖溶突水，應(yīng)采取以堵為主的防治方案[4]。隧道巖溶的治理應(yīng)以安全、質(zhì)量為重點(diǎn)，因此制定方案時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵從“保證施工安全、確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、保障安全運(yùn)營(yíng)”的基本原則，還應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用恰當(dāng)、不同的方法進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，采集精確數(shù)據(jù)、認(rèn)真分析得出結(jié)論，指導(dǎo)施工。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)注意以下幾個(gè)原則：（1）堅(jiān)持綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的原則，做到有疑必探、有水必治、強(qiáng)化探測(cè)，先探后掘。（2）堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)施工的原則。（3）堅(jiān)持“光面爆破、支護(hù)緊跟、監(jiān)控量測(cè)、及時(shí)反饋和修正、適時(shí)襯砌施工”的原則。（4）堅(jiān)持“釬探深、預(yù)注漿、管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測(cè)”的原則[5]。（5）堅(jiān)持巖溶水地段先止水結(jié)合排水，再開(kāi)挖的原則。（2）石膏巖的膨脹性膏巖是一種軟巖，在地下水的作用下會(huì)有膨脹性。而且水是膨脹性圍巖隧道病害的主要根源，對(duì)隧道危害較大，因此必須采取加強(qiáng)隧道的防排水措施[6]。防排水措施的好壞直接影響到膨脹巖隧道工程質(zhì)量[7]，所以，膨脹巖隧道開(kāi)挖后，應(yīng)及時(shí)錨噴，封閉暴露圍巖，并重視地表水和地下水的防、排水措施。本隧道圍巖可分為Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅲ級(jí),其中石膏巖為V級(jí)。Ⅴ級(jí)圍巖分布于隧道進(jìn)、出口及部分洞身段，其主要巖性為粉砂質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、煤層、石膏質(zhì)巖層及鹽溶角礫巖；巖體受地質(zhì)構(gòu)造及風(fēng)化作用影響較重，裂隙較發(fā)育，呈碎裂狀松散結(jié)構(gòu)，易坍塌，圍巖無(wú)自穩(wěn)能力，跨度5m或更小時(shí)，可穩(wěn)定數(shù)日。根據(jù)石膏質(zhì)圍巖的此種情況，要求在施工過(guò)程中加強(qiáng)圍巖支護(hù)，并時(shí)刻注意隧道中的排水情況，盡量降低石膏質(zhì)圍巖發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的可能性。尤其對(duì)于V類圍巖，可進(jìn)行超前布設(shè)稀疏錨桿以單側(cè)壁導(dǎo)坑法，開(kāi)挖第一次錨噴聯(lián)合初期支護(hù)。膨脹巖層對(duì)隧道施工危害具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：隧道下沉、圍巖膨脹、坍塌、襯砌變形和破壞等。為了盡量避免如上幾個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)，建議在隧道施工過(guò)程中，應(yīng)堅(jiān)持短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)、襯砌跟的原則，選擇合理的施工方法和開(kāi)挖方法，并制定有效防排水方案[8~9]；在隧道開(kāi)挖斷面時(shí)要預(yù)留較大的變形量，防止圍巖膨脹導(dǎo)致的襯砌侵入建筑限界；襯砌設(shè)計(jì)方面宜采用復(fù)合式襯砌，初期采用錨噴支護(hù)，具有即時(shí)、柔性、密閉的優(yōu)點(diǎn)；仰拱應(yīng)及時(shí)施作，使支護(hù)襯砌盡早形成閉合結(jié)構(gòu)，以增加襯砌整體剛度，同時(shí)防止水流浸泡基底，以控制邊墻變形和底鼓；當(dāng)膨脹變形大、膨脹力大或者圍巖難以支護(hù)時(shí)，應(yīng)對(duì)拱部和邊墻進(jìn)行進(jìn)一步處理。如采用超前注漿小導(dǎo)管、自進(jìn)式錨桿等方法。（3）石膏巖的腐蝕性石膏對(duì)隧道混凝土的腐蝕機(jī)理主要分為物理腐蝕和化學(xué)腐蝕兩種，前者簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是由于混凝土內(nèi)的某些成分在環(huán)境因素的影響下，進(jìn)行溶解或膨脹；后者是由于化學(xué)環(huán)境介質(zhì)（CO2、Mg2+、Cl-、pH、SO42-）與混凝土成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[10]。隧道施工中穿越石膏層建議對(duì)隧道襯砌層采用抗硫酸鹽水泥，并需作抗溶出型腐蝕處理措施。特別的，針對(duì)石膏質(zhì)圍巖性質(zhì)及對(duì)于混凝土的腐蝕破壞性，結(jié)合相關(guān)施工防腐措施提出以下整改建議：（1）必須嚴(yán)格控制施工工序，建立完善施工流程，對(duì)于石膏段圍巖具有的軟化性和腐蝕性，需要快速施工形成較穩(wěn)定的支護(hù)狀態(tài)以減輕隧道施工過(guò)程中這些因素造成的塌方事故。建議建立鉆爆作業(yè)線、防排水作業(yè)線、裝碴運(yùn)輸作業(yè)線、噴錨作業(yè)線、二次模筑混凝土襯砌作業(yè)線、通風(fēng)作業(yè)線等六條獨(dú)立、相互配合的作業(yè)線，是全面完成隧道快速施工的關(guān)鍵，尤其加強(qiáng)錨噴作業(yè)和防排水作業(yè)的力量是提高進(jìn)度的重要手段。（2）完善現(xiàn)場(chǎng)防排水措施，應(yīng)遵循“以排為主，防排結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則。（3）提高混凝土噴射和二襯混凝土施工工藝。（4）設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中必須考慮各種極端情況。（5）采取準(zhǔn)確的超前探測(cè)，有效的反饋信息，采取針對(duì)性措施。

4.結(jié)語(yǔ)

（1）由于隧道中出現(xiàn)石膏巖，具有膨脹性、腐蝕性等性質(zhì)，在施工過(guò)程中必須隨時(shí)注意隧道中的排水情況以及混凝土的防腐蝕問(wèn)題，且進(jìn)行必要的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作對(duì)隧道施工具有重要的意義。同時(shí)，在施工過(guò)程中加強(qiáng)施工管理并及時(shí)進(jìn)行防護(hù)作業(yè)，防止因石膏巖力學(xué)性質(zhì)的不穩(wěn)定而造成工程事故。（2）因隧道所處地段巖石風(fēng)化程度不一，工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，不良地質(zhì)情況中出現(xiàn)巖溶和采空區(qū)等情況，嚴(yán)重影響施工過(guò)程中的安全性，要求在施工的整個(gè)過(guò)程中應(yīng)注意做好邊坡防護(hù)及變形觀測(cè)，同時(shí)應(yīng)在隧道施工關(guān)鍵部位及時(shí)施作支護(hù)并保證施工質(zhì)量以保證隧道周邊的安全。（3）在施工過(guò)程中加強(qiáng)施工管理，并及時(shí)進(jìn)行防護(hù)作業(yè)可有效地杜絕因涌水及地下水位異常變化對(duì)施工和當(dāng)?shù)鼐用裨斐奢^大的影響和經(jīng)濟(jì)損失。（4）要求在今后的施工過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)隧道不同地段的富水情況,合理安排隧道施工涌水處理的設(shè)計(jì)和施工,防止隧道施工過(guò)程中發(fā)生突水事故,并確保隧道的施工不會(huì)嚴(yán)重影響周邊的地下水環(huán)境。（5）詳盡的工程地質(zhì)資料是指導(dǎo)施工和制定合理、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的施工技術(shù)方案的一個(gè)重要前提。隨著現(xiàn)代隧道施工技術(shù)的不斷探索與創(chuàng)新，挪威法、掘進(jìn)機(jī)法、盾構(gòu)法、沉管法等在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工應(yīng)用，對(duì)于隧道建設(shè)的施工安全、縮短建設(shè)工期、降低工程成本及提高工程質(zhì)量具有顯著的作用和意義。

作者：沈亮 曲福友 周閩江 趙國(guó)軍 王永慶 王超 單位：中電建路橋集團(tuán)有限公司重慶梁忠高速公路總承包部 重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室