摘要:针对地质灾害的危害性,对深埋长隧道工程开挖的主要地质灾害问题进行了研究,进行了斜坡坡面地质灾害分析及防治措施评价,探讨了广东公路地质灾害的特点,指出在进行地质灾害评价时,应从成因、特点、防治措施及措施效果等多方面考虑。
关键词:地质灾害,深埋长隧道,坡面,崩塌,滑坡
地质灾害产生的地质背景和发生机理非常复杂,强度和危害性也大。对地质灾害的发生机理及形成条件应该进行彻底的分析,并应研究其基本类型与特点,同时需要相应的预测评价理论来支承地质灾害评价体系。地质灾害和工程评价紧密相连,是我们土木工程工作人员必备的一门知识[1,2]。
1深埋长隧道工程开挖的主要地质灾害问题研究
1.1高地温问题
大部分深埋长隧道都修建在比较坚硬的岩石中,如花岗岩、片麻岩、混合岩、石英岩、板岩、灰岩等。对于各类坚硬、致密岩石,由于热导率较低,传热性能差,在岩体中易于聚集热能,因此随着隧道工程埋深的增加,地温一般也逐渐增加,但这种增加的趋势是非线性的。地温值的大小不简单取决于埋深。事实上,地温值与隧道所在地区的地层岩性、地质构造、近期岩浆活动以及地下水的活动等因素均有密切关系。在深埋长隧道工程中,若发生高地温问题,一方面将恶化作业环境,降低劳动生产率,并严重威胁到施工人员的生命安全;另一方面将影响到施工材料的选取(如耐高温炸药)和混凝土的耐久性,而且由于产生的附加温度应力还将引起衬砌开裂,严重影响隧道的稳定性。
1.2高地应力条件下岩爆机理及预测
岩爆是处于高地应力状态下的脆性围岩中的弹性应变能突然释放而发生破坏的现象。岩爆破坏经常表现为片帮劈裂剥落、弹射或引起地震。对于岩爆的研究历史比较长,但过去的研究多侧重于岩爆机理研究。由于岩爆的复杂性,对岩爆类型划分、岩爆机理、岩爆烈度分级等,至今仍未达成共识。基于此,本文仅讨论两点:1)岩石微观结构特征对岩爆的影响;2)用突变理论探讨高地应力条件下岩板弯曲破裂而发生岩爆的机理。
1.3深埋长隧道的涌水问题
在浅埋长隧道中,隧道涌水问题是最常见的地质灾害。如成昆铁路,全线有415座隧道,93.5%的隧道发生了不同程度的水害问题。
1.3.1深埋隧道工程涌水量的预测方法
隧道涌水量的预测方法比较多,如简易水均衡法、水文地质比拟法、水动力学法和数值模拟法等。目前用得较多的是简易水均衡法和数值模拟法。
1.3.2隧道工程围岩水—岩相互作用
由于隧道的开挖,一方面使地下水排泄有了新的通道,加速了径流循环,破坏了原有的补给—运移—排泄系统的平衡;另一方面,造成围岩应力重新分布,部分结构面由于增压闭合,部分岩体卸荷松弛或产生剪切滑移,为地下水的排泄提供了新的通道。地下水的力学效应有静水压力作用和动水压力作用两种,两种作用的机制是不同的。静水压力作用是静止水体对其接触面上所作用的压力,是一种表面力,作用方向指向作用面的法向。静止水压力可使岩体产生水力劈裂,使结构面的空隙度和连通性增加,从而增加岩体的渗透性。动水压力是指具有承压性的地下水在结构面上流动时受到充填物阻力,为克服这种阻力而产生的一种渗透力。
1.4深埋隧道工程的地震灾害问题
隧道地震灾害最严重的首先是地震使断层错开,其次是地震振动产生的灾害,而隧道震害均是由活断层特别是区域性活动断层带的重新活动而导致的。错开型震害与隧道穿过活断层的位置有关,而振动型震害则与围岩性质、结构形式、衬砌形式、埋置深度、洞线位置及地面情况等因素有关。振动型破坏现象有整体扭曲和局部剥落、开裂、掉石等,常见的破坏部位是隧道进、出口地段和浅埋洞段,穿越断裂带、强风化带和破碎软弱岩体地段。对这类问题的分析评价,关键是分析地震动过程中隧洞围岩的地震动力反应。
1.5隧道工程的有害气体问题
隧道工程中的有害气体问题指瓦斯、甲烷等天然气体和氡气等的逸出或爆炸,这种破坏经常是灾难性的。瓦斯爆炸或其他有害气体逸出,经常发生在相对封闭构造的煤系地层中,也可能发生在非煤系地层中。
2斜坡坡面地质灾害分析及防治措施评价
2.1坡面地质灾害分析
随着近年我国高等级公路建设的大力发展,过去在低等级公路建设中常用的绕避、大坡道措施已不允许,线路两侧必然要出现一些人工高边坡或从一些高陡自然山坡下经过。而对新建工程的人工边坡而言,除了绝对安全这一要求是不可缺少之外,有些边坡应设计成允许在控制状态下发生小规模的地质灾害,其存在的潜在危害则由适当的工程防治措施来加以完全阻止,以实现工程建设质量或初期投资、运营质量与运营维护能力或费用间的最佳平衡,即工程开挖程度与灾害设防水平间的最佳平衡,从而在整体上实现工程建设最佳的综合技术、经济、安全和社会效益[4]。
2.2坡面地质灾害防治措施评价
在新建工程特别是道路工程的路堑挖方施工过程中,随着施工方法与施工工艺的不断更新,为加快进度,降低成本,土石方主体工程推行机械化快速施工,但现有常规的边坡防护工程措施难以适应土石方主体工程的施工进度;另外,从施工顺序上讲,边坡挡护工程的施工又不可能或不宜放在土石方主体施工前进行。这种施工进度和顺序上的不相适应,使开挖边坡常在非稳定状态下持续暴露较长时间,常导致边坡在施工过程中发生破坏,或因未能在最佳时间加以处治而给工程建成后的运营留下隐患。以上内容表明,寻求一种施工简单易行、技术先进、安全可靠、经济合理的防治新技术已十分迫切。而作为一项坡面地质灾害防治新技术,它必须尽可能满足以下几个具体要求:一般说来,在坡面地质灾害问题严重的地方,要将建筑材料运到工地是非常困难的,因此,所用建筑材料应尽可能轻便;出于环保和美学考虑,应尽可能不破坏或少破坏原有地貌、植被和植被生长条件,与建筑物周边环境不形成明显反差;由于既有坡面常常是凹凸不平的且前一要求又不允许任意开挖来平整坡面,因此要对各种地形具有极强的灵活适应性;具有非常高的可实施性,即施工要简单易行;具有足够的工作寿命,无需或仅需少量维护,且维护工作简单易行;因防护工程常在既有建筑物附近以后期防护方式实施或与主体工程平行进行,应尽可能不干扰建筑物的正常运营或主体工程施工。
3广东公路地质灾害的特点
3.1崩塌的灾害特点
边坡崩塌变形,在全省各类公路线上屡见不鲜,但因坡形(高度、坡高)的差异,岩土结构与含水量有区别时,崩塌造成的灾害程度差异很大,一般在雨季中期(5月～7月),崩塌灾害较严重。不仅在省道和国道线上造成阻碍交通,而且在高速公路上也会形成灾害,主要是崩塌堵塞路面,甚至砸烂车辆。在一些重要的交通干道上,因边坡崩塌造成间接或直接的经济损失是难以估量的。路基面上承受着汽车的动荷载,而且有压力作用在路基面和地基上。
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3.2滑坡灾害成因分析
工程滑坡灾害由于工程施工过程中忽视了地质构造和岩层结构以及岩土性质对边坡稳定性的影响,盲目开发山坡,护坡工程跟不上或措施不力而引起滑坡。很多研究成果表明,岩土中如果含有大量的片状矿物和黏土矿物(绢云母、海泡石等),而且地下水丰富,均是形成滑坡的重要因素。因为片状矿物组成的片畴迭聚体产生定向排列,矿物的定向排列使得沿该方向的抗剪强度大为降低。松散岩土中的片状矿物遇水时,大大增加片间的滑感,岩土体在重力作用下容易失稳。因此,在开挖边坡时,务必高度重视。
3.3落石
落石是在陡坡上的少量岩石块体,在重力或其他外力作用下,突然向下滚落的现象。落石的原因很多,归纳起来有以下几点:首先,边坡坡度大,在高于25m,坡角30°～65°的情况下;其次,岩体结构不利的组合及结构面倾向与坡向一致;最后,岩体结构面发育,被多组裂隙切割成孤立岩块。落石多发生于灰岩和砂页岩软硬相间的岩体上。
4结语
在进行地质灾害评价时,要注意多种因素的独立作用与相互作用,并应从成因、特点、防治措施及措施效果等多方面综合考虑。要不断总结工程实例中的经验,为日后的地质灾害评价工作提供可靠依据。——论文作者：吴红艳杨丽明
