浅谈黄土覆盖地区隐伏古冲沟的隧道施工

浅谈黄土覆盖地区隐伏古冲沟的隧道施工
摘要:黄土覆盖地区工程地质情况复杂，影响隧道施工安全因素繁多，结合鄂尔多斯地区某地方运煤专线隧道工程施工实例，本文介绍了黄土覆盖地区隐伏古冲沟对隧道施工的不良影响以及实际施工过程中的施工措施和一些成功经验，仅供同行参考。

关键词：黄土覆盖地区;鄂尔多斯;土石分界线;隐伏古冲沟;超前地质预报;塌方处理措施
引言
我国西北地区广泛分布黄土地层，由于黄土地层本身的工程地质特性，黄土覆盖地区隧道存在许多工程地质问题。

勘察设计阶段通过常规的地质钻探和地表地层分界调查等获得工程地质资料，而隐伏古冲沟通常使得设计土石分界线与实际揭露出来的地层情况可能有较大的出入，难以确保隧道施工安全。

1、工程概况
某地方运煤专线全线共11座隧道，线路经过区地貌隶属鄂尔多斯高原台地、丘陵沟壑区。

沿线冲沟发育，沟谷深切。

线路大致走向为自东向西稍偏北，按铁路里程拟定惯例，靠近北京方向的东端为线路小里程方向。

全线工程地质复杂困难，沿线地表广泛分布砂质黄土，下伏砂岩夹泥岩属软质岩，冲沟发育速度极快，纵横交错，地表支离破碎。

隧道洞身通过区地下水主要为砂岩地层中赋存的孔隙水及少量基岩裂隙水。

地下水的补给方式主要为大气降水补给；其排泄方式主要为一部分沿岩层面或风化带渗流，排泄到周围的冲沟中，在冲沟中的第四系地层中呈潜流状流向下游，另外一部分则通过蒸发排泄。

2、施工案例
案例一：Ⅱ标段Z隧道全长2330m，进口所在山体坡面平缓，根据进口两处钻孔资料结合地质专业调查周边地层情况，设计地质填图显示土石分界线平稳上升，若进口段掘进洞身进入基岩后拱顶基岩厚度持续增加，隧道掌子面围岩基岩渐好，隧道施工安全隐患较黄土地层施工较少。

根据施工揭露掌子面地层实际情况洞身纵断面地质填图发现，洞口段土石分界线呈波浪起伏状反复穿越隧道洞身，依此推断进口段至少有两处隐伏古冲沟。

掌子面施工爆破掘进至第一处隐伏古冲沟土石分界临近拱顶里程时，隧道发生坍塌。

图1为该隧道进口段地层示意图。

案例二：Ⅲ标段X隧道全长584m，现场调查发现，隧道穿越一道完整的山岭，山顶地形平缓，无明显的冲蚀痕迹，隧道最大埋深约55m，黄土覆盖层
厚20～25m。

根据进出口及洞顶共计四处钻孔资料结合地质专业调查周边地层情况，设计地质填图显示土石分界线自洞口起往洞身段平稳上升。

隧道进口单口掘进，距洞口188m处隧道洞顶埋深约50m，根据设计地质填图显示拱顶砂岩夹泥岩覆盖层厚约25m，施工也揭露该处掌子面围岩全断面均为砂岩夹泥岩。

施工爆破该掌子面时纵向塌方约5m，拱顶坍塌涌出约300m3泥沙，正上方山顶直径约10m范围下陷约4m。

从该处涌出泥沙成份分析以及后续洞身段施工揭露掌子面围岩全断面均为砂岩夹泥岩，依此推断该处隐伏古冲沟，且古冲沟底土石分界线略高于拱顶。

图2为该隧道洞身塌方段地层示意图。

全线11座隧道均有如上述隐伏古冲沟现象，黄土覆盖地区水流冲刷后沟壑纵横，背风面山坡古冲沟被风积黄土覆盖又使得沟谷隐伏，鄂尔多斯地区风向多为西、北风，故该线进口山坡处于背风面。

经现场调查统计分析，洞身浅埋段以及位于背风坡面的进口段多隐伏古冲沟。

3、安全施工措施
隧道施工期间如上述所示案例情况导致数次大小塌方及冒顶涌泥涌水等，施工过程中总结前期经验教训，采取超前地质预报与合理的塌方处理措施相结合，有效控制了隐伏古冲沟对隧道施工安全的不良影响，以此确保了隧道施工中的生命和财产安全。

3.1 超前地质预报
隧道设计与施工之前，对拟建隧道工程地段的工程地质条件均进行了详细勘察，但由于黄土覆盖地区隐伏古冲沟的复杂性，使得勘察所获得的资料与隧道开挖后实际揭露出来的情况可能有较大的出入，如上述两个案例所述情况。

由于对掌子面前方地质条件了解不清，隧道施工就带有很大盲目性，施工中可能出现预料不到的塌方、冒顶、涌泥涌水等事故。

这些事故一旦发生，轻则影响工期，增加工程投资，重则砸毁机械设备，甚至造成人员伤亡，而且事故发生后的处理工作难度较大。

隧道施工地质超前预报正是解决这一难题的有效方法，适用于该线黄土覆盖地区隐伏古冲沟的地质超前预报方法有地质分析法、超前钻探预报法和地震波反射法（TSP）等。

地质分析法：该法主要是根据隧道已有勘察资料、地面补充地质调查资料，洞内地质调查资料，隧道掌子面地质素描，通过地层对比，地层分界线及构造线地下和地表相关性分析，地质作图等，推断掌子面前方可能揭示的隐伏古冲沟情况，如果发现掌子面砂泥岩等风化越来越严重或者渗水越来越大等情况均有可能前方洞身段隐伏古冲沟。

该法不干扰施工，设备简单，成果快，预报效果好，具有综合和指导其它预报方法的作用。

超前水平钻探法：在开挖面安放水平钻机或风钻进行水平钻探，以获得工作面前方的地质情况。

该法是施工预报最有效方法之一，钻出的岩芯直接有效
的反映掌子面前方真实的地层情况，对预报如案例一所示隐伏古冲沟情况十分有效。

水平钻机钻探占用施工时间长，费用较高，风钻钻孔长度短，其费用低。

地震波反射法（TSP）：利用地震波在地层中传播、反射，通过信号采集系统接收轻微震源的反射信号，经过数据处理，将采集的数据资料转换为反应相关地质的影视图像。

判断隧道掌子面前方反射界面（隐伏古冲沟）距掌子面的距离进行距离的超前预报。

3.2 塌方处理措施
在该线隧道施工早期，由于隐伏古冲沟导致了塌方、冒顶、涌泥涌水等事故的发生，造成了许多经济损失，而采取科学合理的塌方处理方法，往往可以避免塌方处理时出现更大的损失。

塌方处理方法很多，鉴于塌方地段的地质、跨度、覆盖厚度等情况，可以考虑清方、排架、管棚及护拱等方案，进行全面的技术、经济比较，尤其对施工的难度和技术的可靠性，应进行全面的分析。

从该线隐伏古冲沟导致的各种塌方现象分析，多采用管棚预支护结合注浆、回填加固等方法处理塌方，该方案满足安全可靠、快速有效、不留隐患和节约费用等塌方处理的基本原则。

塌方处理需把握好塌方规律，充分利用塌方后围岩处于相对暂时稳定状态，施工那些关键而又有危险性的工序，洞内先期施做临时加固措施，防止塌方的进一步恶化要点，再行施做管棚等拱部预支护措施，最后施做塌方段的开挖以及支护措施。

为确保塌方处理过程的施工安全，需采取有效的监控措施：在塌方区需加强照明设施，方便施工人员操作以及观察塌方区出现异常情况；安排责任心强的技术人员专职负责观察险情；现场设专人统一指挥，操作人员必须听从指挥，相互配合，行动迅速；严格遵守塌方处理方案操作程序，不得盲目行动，操作原则是由安全处向危险处步步推进，稳扎稳打；在塌方区顶部地表埋设观测点，定时测量地表下沉量；在衬砌段与塌方段交界处的内拱顶、拱脚处埋设观测标志，定时测量拱顶下沉量、拱脚收敛值，做好观察记录分析，及时反馈信息。

塌方段需埋设观测标志，经过定期观测塌方段处理完成后没有任何变形、下沉、开裂等现象，方可说明塌方处理达到了确保隧道施工及运营安全的目的。

4、结语
随着我国经济的高速发展，黄土覆盖地区的隧道建设越来越多，有必要对黄土覆盖地区隐伏古冲沟的隧道施工安全引起重视，施工过程中我们应采取超前地质预报与合理的塌方处理措施相结合，以确保隧道的施工及运营安全。