隧道工程课程论文-隧道工程中的常见的地质问题与防治.docx

西南大学地下结构与隧道工程课程论文 论文题目：隧道工程中的常见的地质问题与防治 学 院： 工程技术学院 专 业： 土木工程 年 级： 2013 级 姓 名： 孙志鸿 2016年 6月 15日目录摘要：1前言1一、隧道工程主要灾害地质问题1 1、塌方1 2、滑坡2 3、涌水和突水2 4、岩爆2 5、其它地质灾害3二、隧道工程主要灾害地质问题的防治3 1、塌方的防治措施3 2、滑坡的防治措施4 3、突水与涌水的防治措施4 4、岩爆的防治措施5 5、有害气体的防治措施5结语6主要参考文献6隧道工程中常见的地质问题与防治孙志鸿西南大学 工程技术学院 土木工程01班 学号：222013322220149摘要：隧道工程在施工过程中，随时都受到地质灾害问题的影响。如何防治这些问题，是隧道工程设计和施工的重要课题。本文介绍了隧道工程中常见的地质灾害问题及其防治对策。关键词：隧道工程；地质问题；防治；前言为了提高线路质量满足环保和城市用地要求，国内外隧道工程的数量及规模发展十分迅速。但隧道工程受到长度和深度等多方面的影响，施工的地质环境越来越复杂，施工时遇到地质灾害问题愈加严重。而隧道施工中的地质灾害问题常常是影响隧道施工的关键问题。结合工程实践,本文讨论了隧道工程施工中常见地质灾害问题,并提出了具体的防治措施。一、隧道工程主要灾害地质问题 1、塌方塌方是隧道施工中最常见的灾害现象之一,由于围岩失稳所造成的突发性坍塌、堆塌和崩塌,常会造成严重的安全事故。塌方产生的原因最主要是地质条件。地质条件直接影响隧道塌方发生的概率。设计的不足和人为施工的失误也会引起塌方。塌方往往发生在如下的情况中：地壳在构造运动的作用下，薄层岩体形成小褶曲，错动发育地段，隧道施工从此处通过，常发生塌方。隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，承压快，围岩失稳而塌方。通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起塌方。隧道穿过浅埋或隧道进出口附近，围岩自稳能力差或受偏压影响，开挖中引起坍塌。岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生塌方。地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用，加剧岩体的失稳和塌方。围岩比较差、断层或节理面呈楔型状态，构成不利组合，在内应力或地下水的作用下，产生突然塌方，这种塌方是最不易观察和发现的，也是比较危险的。 2、滑坡滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的地质灾害问题。产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面。从斜坡的物质组成来看，具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土层的斜坡抗剪强度低，容易产生变形面下滑；坚硬岩石中由于岩石的抗剪强度较大，能够经受较大的剪切力而不变形滑动。但是如果岩体中存在着滑动面，特别是在暴雨之后，由于水在滑动面上的浸泡，使其抗剪强度大幅度下降而易滑动。降雨对滑坡的影响很大。降雨对滑坡的作用主要表现在，雨水的大量下渗，导致斜坡上的土石层饱和，甚至在斜坡下部的隔水层上积水，从而增加了滑体的重量，降低土石层的抗剪强度，导致滑坡产生。不少滑坡具有“大雨大滑、小雨小滑、无雨不滑”的特点。地震对滑坡的影响很大。究其原因，首先是地震的强烈作用使斜坡土石的内部结构发生破坏和变化，原有的结构面张裂、松弛，加上地下水也有较大变化，特别是地下水位的突然升高或降低对斜坡稳定是很不利的。另外，一次强烈地震的发生往往伴随着许多余震，在地震力的反复振动冲击下，斜坡土石体就更容易发生变形，最后就会发展成滑坡。 3、涌水和突水涌水和突水问题是隧道工程中的又一常见地质灾害,其中尤以突水和携带大量碎屑物质的涌水危害性最大。矿体信围岩空隙中的地下水、地表水水源，在压力作用下涌出，称为涌水。量大、势猛，突发的涌水，称为突水。涌水和突水多发于节理裂隙密集带、构造形成的风化破碎带;突水灾害多发于岩溶洞穴、溶隙发育地段、含水层与隔水层交界面。隧道岩体的突水、涌水是影响施工进度和安全的一个重要因素，适时处理涌水对施工是非常重要的。目前国内外对岩体裂隙涌水预测预报的研究有一定发展，但准确性有待进一步提高。 4、岩爆岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种动力失稳地质灾害。岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。其直接威胁人员、设备安全，影响工程进度，已成为地下工程世界性难题之一。岩爆一般岩石砂岩为主，岩石坚硬干燥，在未发生前，无明显的征兆。岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可达数吨重。小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的鱼鳞片状脱落，脱落面多与岩壁平行。岩爆围岩的破坏过程，一般新鲜坚硬岩体均先产生声响，伴随片状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆。由于爆破振动影响，造成开挖洞段应力重新分布，造成碛头较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。 5、其它地质灾害对于隧道工程而言，除了岩爆，塌方以及涌水突水等地质灾害问题外，在施工中还可能存在地面沉陷和塌陷，有害气体的存在引发的瓦斯爆炸等不同类型的灾害问题,对隧道的施工和人员设备的安全造成严重的威胁。二、隧道工程主要灾害地质问题的防治 1、塌方的防治措施对松散、破碎围岩体隧道的塌方，一般情况下，可采用提高围岩的整体强度和自稳性的措施加以处理。施工中常见的处理方法有：超前长管棚和超前锚杆等措施，这些措施都可以使围岩进行稳定与强度的加固处理，使隧道塌方机率降低。而断面大隧道在开挖中，一定要对软弱围岩的部分采取逐步开挖的施工方法，这样既可以使围岩大大缩短暴露的时间，在开挖后，也可以立刻进行支护处理，使隧道围岩稳定性大大增加。避免了因隧道跨度大、结构受力复杂、施工难度大、围岩松散破碎、自稳能力差的特点而易发生的塌方事故。对于开挖断面较大的隧道,通过软弱围岩区域可采取分步开挖,为了减少围岩的暴露时间,开挖后应立即支护,从而可提高隧道围岩体的自稳性。 2、滑坡的防治措施滑坡的防治要贯彻“及早发现，预防为主；查明情况，综合治理；力求根治，不留后患”的原则结合边坡失稳的因素和滑坡形成的内外部条件，治理滑坡可以从消除和减轻水的危害和改善边坡岩土力学强度这两个大的方面着手。减轻水的危害方面：滑坡的发生常和水的作用有密切的关系，水的作用，往往是引起滑坡的主要因素，因此，消除和减轻水对边坡的危害尤其重要，其目的是：降低孔隙水压力和动水压力，防止岩土体的软化及溶蚀分解，消除或减小水的冲刷和浪击作用。具体做法有：防止外围地表水进入滑坡区，可在滑坡边界修截水沟；在滑坡区内，可在坡面修筑排水沟。在覆盖层上可用浆砌片石或人造植被铺盖，防止地表水下渗。对于岩质边坡还可用喷混凝土护面或挂钢筋网喷混凝土。排除地下水的措施很多，应根据边坡的地质结构特征和水文地质条件加以选择。改善边坡岩土力学强度方面：通过一定的工程技术措施，改善边坡岩土体的力学强度，提高其抗滑力，减小滑动力。常用的措施有：削坡减载；用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。削坡设计应尽量削减不稳定岩土体的高度，而阻滑部分岩土体不应削减。此法并不总是最经济、最有效的措施，要在施工前作经济技术比较。边坡人工加固；常用的方法有：修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定岩体；钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩作为阻滑支撑工程；预应力锚杆或锚索，适用于加固有裂隙或软弱结构面的岩质边坡；固结灌浆或电化学加固法加强边坡岩体或土体的强度；SNS边坡柔性防护技术等；镶补沟缝。对坡体中的裂隙、缝、空洞，可用片石填补空洞，水泥沙浆沟缝等以防止裂隙、缝、洞的进一步发展。 3、突水与涌水的防治措施隧道施工出现的突水与涌水等地质灾害问可以通过排、堵的措施，或者排堵结合使用的措施进行相应的处理。在对突水与涌水治理的同时，也要加强对施工工程附近暗河及溶洞的突水部位做好监测与预控。通过监测与预控实现对施工阶段地质的预报。监测与预控工作既要准确的分析出溶洞与暗河和隧道的交汇位置，在隧道施工出现突水与涌水后，对非岩溶深埋的隧道要进行排水导坑及钻孔疏干的治理措施。岩溶隧道和浅埋隧道的治理要以堵为主，在最大程度上阻止地下水位下降，防止地面出现塌陷及井泉干涸等现象，这些问题会直接破坏周围的生态环境。为了防止突水灾害,施工组织应尽量采用先隔水层后含水层的掘进工序,或采用超前引排、超前预注浆以减弱突水灾害的程度。施工中还可以使用先隔水层然后再进行含水层的开挖，可以有效防止发生突水的地质灾害，有时也可以使用超前引排和超前预注浆等施工方式，都可以有效减少突水的地质灾害程度。 4、岩爆的防治措施采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。在高应力地段施工中可采用以下技术措施。在施工前，针对已有勘测资料，首先进行概念模型建模及数学模型建模工作，通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道不同开挖工序的模拟，初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现岩爆现象，优化施工开挖和支护顺序，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据。在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性及地应力的大小。采用上述超前钻探、声反射、地温探测方法，同时利用隧道内地质编录观察岩石特性，将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围。在施工中应加强监测工作，通过对围岩和支护结构的现场观察、通过对辅助洞拱顶下沉、两维收敛以及锚杆测力计、多点位移计读数的变化，可以定量化地预测滞后发生的深部冲击型岩爆，用于指导开挖和支护的施工，以确保安全。加强施工支护工作。在岩爆地段施工对人员和设备进行必要的防护，以保证施工安全。 5、有害气体的防治措施通风是隧道施工中不可缺少的一部分，在隧道施工过程中会产生各种有害气体如CO，瓦斯等，所以必须源源不断地将外界空气输送到隧道内部的各个工作面，保证人员正常呼吸，稀释并排除有害气体和灰尘，保证隧道中的空气质量。而在高海拔、高寒区冻土隧道施工中，为了开挖的安全，保护冻土，又能在冬季进行混凝土工程作业，通风系统的功能除排烟降尘外，还必须具有控制施工环境的功能。目前，在国内外，隧道施工通风的自动控制水平还不够高，人们还要投入大量的人力物力去解决隧道施工通风问题。通风要保证两方面的施工要求：一是施工中有害物浓度的控制，二是温度符合施工要求。施工工作面的温度受初始条件、围岩温度、通风量、风流温度等影响，而人为可以改变的就是通风量和风流温度；在实际情况不变的条件下，施工工作面的有害物浓度的变化只受通风量的影响。利用钻爆进行施工时，凿岩、爆破、装运石渣、喷射混凝土（等作业及运输机械的开动，会产生大量的粉尘和有害气体，如CO和NO2等，煤系地层中的隧道，还存在瓦斯，致使洞内空气质量严重恶化。浑浊的空气不仅损伤施工人员的身体健康，降低工作效率，影响洞内照明，而且会因洞内缺氧，使内燃设备效率降低，废气排放量增多，使空气质量进一步恶化。因此，除长度不足300m的短隧道可以依靠自然通风外，所有隧道施工都必须进行人工通风。结语综上所述,对于隧道施工中出现的地质灾害及其治理措施,我们应该加强重视以下几个方面：加强隧道选线和施工中的基础地质工作,这是预测地质灾害和采取治理措施的基础。近年来,各种各样的方法和手段在隧道工程超前预测预报中的采用,为长大隧道、深埋和浅埋隧道、复杂地质条件下的隧道施工提供了可靠的资料。针对不同的地质灾害问题应采取相应的防治方法和手段,注重新技术和方法的采用。同时应加强隧道施工信息和经验的交流,减少类似条件下地质灾害事故的发生频度。注重施工过程中的施工管理,使施工队伍从领导到职工对隧道施工中的地质灾害问题高度重视,提高施工队伍的职工素质和风险意识,严格工程操作规程,使工程中的风险在管理环节上降到最低。主要参考文献：1石文慧.当代铁路隧道发展趋势及地质灾害防治J.铁道工程学报,1996,(3).2王石春,陈光宗,何发亮.中国铁路隧道工程地质的发展J.铁道工程学报,1996,(3).3赵永生. 隧道施工过程中的地质灾害问题研究J. 山西建筑. 2011（17）4杨文学. 浅谈公路工程中常见地质灾害问题及防治J. 黑龙江交通科技. 2013（10）7