公路隧道防塌方技術(shù)研究

魏平寬

(山西省公路局，山西太原 030006)

近年來(lái)，伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迎來(lái)了一輪建設(shè)高潮，全國(guó)各地公路建設(shè)項(xiàng)目遍地開(kāi)花。和前幾年相比，公路建設(shè)已經(jīng)從平原微丘地區(qū)轉(zhuǎn)向了大山深處，公路隧道的數(shù)量、規(guī)模也日趨龐大，地形、地質(zhì)等建設(shè)條件也越來(lái)越復(fù)雜。各大媒體和門(mén)戶(hù)網(wǎng)站的頭版頭條經(jīng)常會(huì)有隧道事故的報(bào)道，從而引起全社會(huì)的關(guān)注。而這些報(bào)道中，有關(guān)隧道塌方事故的報(bào)道數(shù)量最多。作為一名公路建設(shè)者，如何避免隧道事故發(fā)生、防止塌方，確保隧道施工和人員安全，成為擺在我們面前首要解決的問(wèn)題。

1 隧道塌方的主要原因

隧道出現(xiàn)塌方的原因很多，歸納起來(lái)，一方面是設(shè)計(jì)原因，具體來(lái)講，在施工圖設(shè)計(jì)階段，本來(lái)要在初步設(shè)計(jì)外業(yè)資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加物探、鉆探等手段，進(jìn)一步補(bǔ)充、完善隧道的水文、地質(zhì)調(diào)查，掌握圍巖的強(qiáng)度、完整性等，從而達(dá)到細(xì)化隧道圍巖分級(jí)的目的。但實(shí)際上，設(shè)計(jì)單位在施工圖設(shè)計(jì)階段，有時(shí)會(huì)因?yàn)闃I(yè)主著急項(xiàng)目上馬、催促提交設(shè)計(jì)文件而省略或者簡(jiǎn)化了這一步，使施工圖設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)勘查流于形式，勘察深度不足，對(duì)隧道穿過(guò)的斷層、破碎帶等不良地質(zhì)地段的圍巖情況掌握有限，圍巖級(jí)別劃分過(guò)粗，設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)選取偏小，無(wú)法保證圍巖從開(kāi)挖到系統(tǒng)支護(hù)期間的穩(wěn)定;同時(shí)，由于缺乏較為詳細(xì)的地質(zhì)和水文資料，使施工單位的施工方案出現(xiàn)偏差，隧道開(kāi)挖后出現(xiàn)塌方將會(huì)不可避免。另一方面是施工及管理方面的原因。施工人員選擇的開(kāi)挖方案和支護(hù)參數(shù)不適應(yīng)地質(zhì)條件，工序間距安排不當(dāng)，施工支護(hù)不及時(shí)，使開(kāi)挖后的巖體過(guò)長(zhǎng)時(shí)間暴露在外，未能及時(shí)進(jìn)行封閉，圍巖變形過(guò)大，造成塌方。初期支護(hù)施工不規(guī)范，偷工減料，支護(hù)后又未能按規(guī)定進(jìn)行量測(cè)，或信息反饋不及時(shí)，導(dǎo)致決策失誤，造成塌方。在隧道的施工過(guò)程中，未能?chē)?yán)格按照設(shè)計(jì)文件、施工組織設(shè)計(jì)、施工技術(shù)規(guī)范等相關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工，達(dá)不到均衡生產(chǎn)、有序施工的要求，由于不合理的工期、造價(jià)等宏觀決策，引起施工過(guò)程中因追求進(jìn)度和工期，造成支護(hù)強(qiáng)度達(dá)不到應(yīng)有的要求，從而引起塌方。

2 易發(fā)生塌方的地段

隧道發(fā)生塌方，與隧道所處的地質(zhì)條件有著直接的關(guān)系。塌方是圍巖變形由小到大，直至破壞、失穩(wěn)的過(guò)程，是從量變到質(zhì)變的過(guò)程，在這個(gè)量變的過(guò)程中，必然會(huì)在圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征上有一些征兆。斷層及其破碎帶，因其特殊的地質(zhì)構(gòu)造，巖層一般都受到強(qiáng)烈破壞，致使巖體裂隙增多、巖石破碎、地下水發(fā)育，巖體完整性差，從而降低了巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，本身對(duì)工程建筑造成了種種不利的影響。隧道線位無(wú)法調(diào)整，需要穿越這一地層時(shí)，松散地層的圍巖條件為隧道施工帶來(lái)了很大的困難，通常成為隧道發(fā)生塌方的多發(fā)地段。軟質(zhì)圍巖隧道，巖石強(qiáng)度低、巖體破碎、孔隙大，膠結(jié)程度差，隧道開(kāi)挖能產(chǎn)生顯著的塑性變形，一旦施工方法和工程措施不當(dāng)，將極易發(fā)生隧道塌方等工程災(zāi)害。對(duì)于埋深較淺的隧道，由于覆蓋層比較薄，隧道開(kāi)挖后引起的松動(dòng)范圍內(nèi)的圍巖外側(cè)巖體，經(jīng)常受到地表水的侵蝕和外界自然環(huán)境的影響，巖石風(fēng)化程度一般較高，圍巖破碎，而緊靠洞體的圍巖也會(huì)受到地表水的侵蝕和外界氣溫等自然環(huán)境的影響，長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，巖體破碎程度進(jìn)一步加劇，如果設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)，也是隧道塌方發(fā)生的高發(fā)地段。在隧道施工中，對(duì)進(jìn)洞、出洞往往比較重視，洞口處埋深淺、石質(zhì)差、受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種不利因素集中在一起，成為施工的難點(diǎn)，處理不當(dāng)極易發(fā)生塌方。對(duì)于設(shè)置人行橫洞或者車(chē)行橫洞的隧道，主洞與支洞交叉的部位，也就是通常所說(shuō)的交叉三角區(qū)，這既是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，也是施工的特殊地段，如果工程處理不當(dāng)，支護(hù)不足，也極易發(fā)生塌方。

3 預(yù)防塌方的措施

隧道塌方不僅延誤工期、大幅度地提高工程費(fèi)用，給施工帶來(lái)很大的困難和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)對(duì)人身造成傷害，同時(shí)如果處理不當(dāng)，也會(huì)遺留工程質(zhì)量隱患，給維修養(yǎng)護(hù)工作造成極大困難。導(dǎo)致塌方的原因雖然多種多樣，但是只要采取有效的工程措施和對(duì)策，不僅可以有效減少經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害，還可以使塌方事故得到有效控制。

1)加強(qiáng)隧道地質(zhì)工作。塌方發(fā)生在施工階段，似乎與設(shè)計(jì)關(guān)系不是很密切，因而人們往往忽視設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)塌方的預(yù)防，導(dǎo)致在施工過(guò)程中塌方的發(fā)生。實(shí)際上，在勘測(cè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，隧道地質(zhì)工作，直接影響著設(shè)計(jì)人員對(duì)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的掌握情況，更進(jìn)一步講，是判斷圍巖破碎程度、完整性、巖石強(qiáng)度的重要手段，也是選擇設(shè)計(jì)參數(shù)的依據(jù)，地質(zhì)勘察的科學(xué)性、準(zhǔn)確性對(duì)預(yù)防隧道的塌方起著至關(guān)重要的作用。因此在施工前的設(shè)計(jì)階段，尤其是施工圖設(shè)計(jì)的地質(zhì)勘察，進(jìn)行詳盡合理的地質(zhì)勘察是非常有必要的，不能因?yàn)楦鞣N各樣的理由省略這一步。在進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)選線時(shí)，要盡可能避開(kāi)圍巖破碎的不良地質(zhì)地段;當(dāng)隧道不可避免地要穿越不良地質(zhì)段時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要有詳盡的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也要說(shuō)明具體的施工措施，使施工單位對(duì)隧道穿過(guò)這一地段，提早做好打算，在思想上足夠重視，合理選擇與之相匹配的施工方案，及時(shí)采取有效的支護(hù)，預(yù)防塌方的產(chǎn)生。

雖然設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)工作很重要，但設(shè)計(jì)階段不可能每米一個(gè)斷面進(jìn)行勘察，也會(huì)有勘察不到的地方，而施工階段是一米一米的往前推進(jìn)，圍巖變化往往一目了然。因此，在施工過(guò)程中，派地質(zhì)人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)檢查隧道圍巖，并與設(shè)計(jì)文件進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)圍巖級(jí)別突變時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)單位，調(diào)整開(kāi)挖方法和支護(hù)參數(shù)，避免發(fā)生坍塌，造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)于沒(méi)有專(zhuān)門(mén)地質(zhì)人員的施工單位，可積極開(kāi)展地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，通過(guò)開(kāi)展此項(xiàng)工作，能夠?qū)λ淼乐車(chē)罢谱用媲胺降牡刭|(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)，識(shí)別和預(yù)測(cè)隧道掌子面前方及周?chē)墓こ痰刭|(zhì)、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，提供準(zhǔn)確的斷裂帶、含水帶及巖體工程類(lèi)別等地質(zhì)參數(shù)，能有效地避免塌方的發(fā)生，確保施工安全。

2)重視施工技術(shù)研究。隧道施工中，開(kāi)挖是最關(guān)鍵的步驟，開(kāi)挖對(duì)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)有著直接而重要的影響，各種不同的開(kāi)挖方法，有著各自的適用范圍，開(kāi)挖方法選擇不當(dāng)，就很容易導(dǎo)致隧道塌方。在地質(zhì)特別差的地段，優(yōu)先考慮先拱后墻以及導(dǎo)洞掘進(jìn)、合理分塊的施工方法，并嚴(yán)格遵循“強(qiáng)支護(hù)、后開(kāi)挖、短進(jìn)尺、弱爆破、快襯砌”的施工原則。在開(kāi)挖前，按設(shè)計(jì)要求完成超前支護(hù)和注漿，這樣就加固了掌子面前方的圍巖，保證了隧道工程開(kāi)挖工作面的穩(wěn)定。開(kāi)挖中，不能為了搶進(jìn)度，而隨意加大掘進(jìn)進(jìn)尺。爆破時(shí)，要嚴(yán)格控制炸藥用量，不得修改爆破參數(shù)，使施工爆破對(duì)隧道圍巖的影響降到最低，最大限度保護(hù)周邊巖體的穩(wěn)定性，發(fā)揮圍巖的自身承載能力，當(dāng)開(kāi)挖出工作面后，應(yīng)及時(shí)有效地完成噴錨支護(hù)或噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，并考慮采用早強(qiáng)噴射混凝土、早強(qiáng)錨桿和鋼支撐支護(hù)措施等，這對(duì)防止局部坍塌，提高隧道整體穩(wěn)定性具有重要的作用。對(duì)于暫時(shí)不能襯砌的部分，開(kāi)挖臨時(shí)斷面后，要做好臨時(shí)支撐。對(duì)于地下水豐富地段，還必須制定完善的排水、堵水措施。

3)嚴(yán)格施工質(zhì)量控制。隧道塌方大多數(shù)都與施工質(zhì)量缺陷有關(guān)，因此，應(yīng)加強(qiáng)和改善施工管理，克服重開(kāi)挖、輕支護(hù)的指導(dǎo)思想，隧道參建人員要牢固樹(shù)立安全質(zhì)量意識(shí)，嚴(yán)格遵守施工規(guī)范和有關(guān)制度。初期支護(hù)在隧道施工中占據(jù)著極為重要的地位，隧道受力極大一部分都由初期支護(hù)承擔(dān)，施工期間穩(wěn)定安全與否，初期支護(hù)質(zhì)量好壞起著決定性作用，因此施工中必須加強(qiáng)對(duì)初期支護(hù)的質(zhì)量控制。格柵、鋼拱架間距、落底、上下榀焊接情況，系統(tǒng)錨桿和鎖腳錨桿數(shù)量和長(zhǎng)度等，這些都是初期支護(hù)最關(guān)鍵的組成部分，也是施工過(guò)程中質(zhì)量控制的重點(diǎn)，更是預(yù)防隧道塌方的重要手段。超前支護(hù)、外部注漿，是借助外部手段穩(wěn)定隧道前方的工作面，加固圍巖，其質(zhì)量影響著圍巖加固的密實(shí)性，也是預(yù)防塌方險(xiǎn)情的重要工程措施。

4)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行施工監(jiān)控量測(cè)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量獲得圍巖力學(xué)動(dòng)態(tài)和支護(hù)工作狀態(tài)的有關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，來(lái)判斷圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和工作狀態(tài)，及時(shí)提供圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性的安全信息，預(yù)見(jiàn)事故和險(xiǎn)情，修正設(shè)計(jì)參數(shù)，約束圍巖發(fā)生大的變形，并在復(fù)合式襯砌中，依據(jù)量測(cè)結(jié)果確定二次襯砌施作的時(shí)間，為隧道提供一定的安全儲(chǔ)備。

4 結(jié)語(yǔ)

隧道塌方事故不僅會(huì)對(duì)施工企業(yè)的聲譽(yù)產(chǎn)生不好的影響，使企業(yè)蒙受巨大的損失，而且會(huì)危害人的生命，必須引起高度重視。隧道塌方的原因是多種多樣的，但只要從設(shè)計(jì)階段入手，加強(qiáng)隧道地質(zhì)工作，施工中，選擇合理的施工方案，加強(qiáng)爆破控制，采取科學(xué)合理的支護(hù)手段，嚴(yán)把施工質(zhì)量，加強(qiáng)組織管理，嚴(yán)格遵循“強(qiáng)支護(hù)、后開(kāi)挖、短進(jìn)尺、弱爆破、快襯砌、勤量測(cè)”的方針組織施工，隧道塌方是完全可以避免的。

［1］ 關(guān)寶樹(shù).隧道工程施工要點(diǎn)集［M］.北京:人民交通出版社，2003:39-51.

［2］ JTG/T F60-2009，公路隧道施工技術(shù)細(xì)則［S］.