近年來，隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的蓬勃發(fā)展，隧道工程數(shù)量快速增長。截至2020年，我國公路、鐵路隧道已突破3.8萬座，總長度超過4.1萬公里。

隧道施工中，掌子面前方及洞身周邊的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況關(guān)乎施工質(zhì)量和安全。不良地質(zhì)條件隧道施工極易引起坍方、突泥涌水等災(zāi)害，不僅給隧道施工災(zāi)害防控及治理帶來極大困難以及延誤工期，也會威脅到人身及設(shè)備安全，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院教授譚忠盛告訴記者，加強(qiáng)隧道建設(shè)時的災(zāi)害預(yù)防及治理，可以有效防止災(zāi)害發(fā)生，確保隧道施工安全和按時竣工，對于隧道建設(shè)意義重大。

不良地質(zhì)條件是影響隧道施工的關(guān)鍵

無論是鐵路隧道還是公路隧道，其支護(hù)結(jié)構(gòu)體系及施工方法是相同的，只是斷面形式有差別；地鐵隧道也和鐵路隧道、公路隧道相似。

對于運(yùn)營的交通隧道，主要災(zāi)害是火災(zāi)，而且一旦發(fā)生，危害極大，這是由于隧道空間狹窄、逃生救援困難導(dǎo)致的。相較于其他地面建構(gòu)筑物，隧道抵抗地震的能力更強(qiáng)，這是由于隧道和山體已形成一個整體，一旦發(fā)生地震，隧道同山體一起晃動，一般情況只有洞口、淺埋段及活動斷裂帶附近破壞較嚴(yán)重。

而對于在建的隧道工程，不良地質(zhì)條件就成為影響施工的關(guān)鍵。由于山嶺隧道埋深大、地形地質(zhì)復(fù)雜，勘察設(shè)計(jì)階段不可能將地質(zhì)情況完全查清，不良地質(zhì)條件會增加隧道施工災(zāi)害發(fā)生的概率。事實(shí)上，即便再深入的地面地質(zhì)調(diào)查及勘探工作，在隧道開挖后也會發(fā)現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)情況與勘查結(jié)果不盡相同，甚至?xí)泻艽蟛町悺?/p>

斷層破碎帶及巖溶等是隧道施工中最常見的不良地質(zhì)，特別是高壓富水?dāng)鄬蛹按笮统涮钊芮唬淼朗┕r極易引發(fā)突泥突水災(zāi)害，隧道穿越煤系地層等不良地質(zhì)體時，極易誘發(fā)瓦斯爆炸災(zāi)害，危及生命財(cái)產(chǎn)安全。

中鐵十六局集團(tuán)承建的青海曼大公路祁連山2號公路隧道，是國內(nèi)首條高瓦斯、高硫化氫、高海拔、高寒的”四高”隧道。瓦檢員會在施工前探明掌子面前方的瓦斯情況，根據(jù)檢測結(jié)果對瓦斯壓力及濃度較高的部位進(jìn)行鉆孔卸壓，排放后再校驗(yàn)，然后才可掘進(jìn)開挖。

因地施策? 有效防控

不同的不良地質(zhì)條件會產(chǎn)生不同的地質(zhì)災(zāi)害，須制定有針對性的防治措施。

突泥突水是隧道施工中較為普遍且嚴(yán)重的災(zāi)害。對于隧道前方大型富水充填溶腔，可采用釋能降壓技術(shù)處理，通過主動釋放溶腔內(nèi)高勢能填充物，消除突泥突水風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)低壓或無壓條件安全施工；對于高壓富水?dāng)鄬悠扑閹Вㄟ^上堵下排或分水降壓，減少隧道水壓，采用信息化注漿技術(shù)提高注漿效率及質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)安全施工。

巖爆是高地應(yīng)力硬巖地層隧道施工中可能出現(xiàn)的一種地質(zhì)災(zāi)害。可采用圍巖微震監(jiān)測進(jìn)行預(yù)報(bào)，通過超前鉆孔釋放地應(yīng)力、開挖面灑水降溫、加強(qiáng)支護(hù)和人員設(shè)備防護(hù)等措施，實(shí)現(xiàn)安全施工。

當(dāng)隧道穿越高地應(yīng)力軟弱圍巖時，常會引發(fā)大變形問題。盡管軟巖大變形不是突發(fā)性災(zāi)害，不像突泥突水、巖爆等災(zāi)害對人員及設(shè)備安全造成瞬間傷害，但由于地應(yīng)力高、變形大，支護(hù)結(jié)構(gòu)容易侵限、掉塊，甚至整體失穩(wěn)，需要反復(fù)拆換，極大增加了工程造價。可通過優(yōu)化隧道斷面、圍巖主動支護(hù)、地應(yīng)力超前釋放、設(shè)置緩沖層、加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)等措施，有效控制變形，做到支護(hù)結(jié)構(gòu)不拆換或少拆換。據(jù)了解，除上述三種較為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害外，還有高地溫、有毒有害氣體等，應(yīng)采取加強(qiáng)通風(fēng)、封堵引排等措施。

總而言之，做好地質(zhì)調(diào)查，找準(zhǔn)防治目標(biāo)，優(yōu)化防治方案，科學(xué)選擇施工方法，加強(qiáng)施工過程的管控，才能有效控制隧道施工災(zāi)害形成的因素，減少隧道施工災(zāi)害的發(fā)生頻率。

研發(fā)新技術(shù)? 提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性

受隧道長度、埋深等各方面因素影響，隧址處地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。要保證隧道施工順利進(jìn)行，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害就成為關(guān)鍵。而超前地質(zhì)預(yù)報(bào)正是預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的重要手段。通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)測隧道前方的地質(zhì)狀況，提早、及時地使用有效的開挖與支護(hù)方法及災(zāi)害防控措施，避免發(fā)生人身及設(shè)備等安全事故。

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)有隧道地質(zhì)調(diào)查、掌子面地質(zhì)素描、超前鉆探及物探等多種方法，不同的地質(zhì)預(yù)報(bào)方法具有不同的適用范圍及條件。隧道地質(zhì)調(diào)查及掌子面地質(zhì)素描一直是隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)用最廣泛的方法，適用于各種地質(zhì)條件下的隧道施工。

超前鉆探則是采用各種鉆機(jī)或三臂鑿巖臺車等設(shè)備，在掌子面進(jìn)行超前鉆孔，配合地質(zhì)調(diào)查相互驗(yàn)證，準(zhǔn)確探明前方地質(zhì)情況，將風(fēng)險提前暴露。尤其是富水?dāng)鄬悠扑閹А⒏凰畮r溶發(fā)育區(qū)、煤層瓦斯發(fā)育區(qū)、重大物探異常區(qū)等地質(zhì)條件復(fù)雜地段，必須采用超前鉆探進(jìn)行驗(yàn)證。

物探屬于一種間接勘探方法，我們常用的紅外探測、TSP、TST、地質(zhì)雷達(dá)等均屬于物探法，探測范圍比較大，預(yù)報(bào)速度快，在隧道施工中普遍采用。

目前，隧道施工中各種不良地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)得到快速發(fā)展，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度日益提升。我國在激發(fā)極化法探測地下水、微震預(yù)測巖爆等物探領(lǐng)域取得了較為領(lǐng)先的技術(shù)成果，鉆探方面也研發(fā)出了千米級鉆機(jī)。對于復(fù)雜的地質(zhì)情況，采用單一的預(yù)報(bào)手段往往很難取得滿意的結(jié)果，隧道施工一般都是綜合運(yùn)用幾種預(yù)報(bào)手段，取長補(bǔ)短，相互補(bǔ)充和印證。因此，仍需要不斷開拓新領(lǐng)域，發(fā)展新技術(shù)，持續(xù)提高隧道施工不良地質(zhì)預(yù)報(bào)的可靠性和準(zhǔn)確性。