談隧道施工中塌方的預(yù)防與處治措施

湯 萍

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司,山西 大同 037006)

談隧道施工中塌方的預(yù)防與處治措施

湯 萍

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司,山西 大同 037006)

論述了隧道塌方的危害性，從水文地質(zhì)條件、隧道設(shè)計(jì)、施工方法等方面，分析了隧道施工中發(fā)生塌方的主要原因，并探討了預(yù)防和治理隧道塌方的措施，旨在保障隧道施工的安全進(jìn)行。

隧道，塌方事故，斷裂帶，預(yù)防措施

0 引言

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于隧道施工質(zhì)量的要求不斷提高，而隧道施工難度越來越大，地質(zhì)條件日趨復(fù)雜。隧道施工的規(guī)模和地質(zhì)條件的復(fù)雜性對(duì)隧道施工技術(shù)以及安全性的要求越來越高，例如在隧道施工中由于地質(zhì)應(yīng)力過大而導(dǎo)致地質(zhì)不穩(wěn)，地溫過高影響隧道施工強(qiáng)度，隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定問題等都是引發(fā)隧道塌方的主要因素，也是隧道施工中常見的問題。為此在隧道施工各個(gè)階段進(jìn)行塌方監(jiān)測(cè)，及時(shí)采取預(yù)防措施，施工中一旦發(fā)現(xiàn)有可能塌方第一時(shí)間保證人員安全，及時(shí)分析塌方可能產(chǎn)生的原因，有針對(duì)性的采用合理的施工方案。

1 隧道塌方的主要危害

隧道在實(shí)施或操作過程中由于外部環(huán)境或施工技術(shù)的影響，出現(xiàn)頂部和側(cè)面或隧道末端的部分巖石、外觀石、土巖、混凝土層有一定面積的塌陷或剝落下降的現(xiàn)象。引發(fā)隧道塌方的因素眾多，隧道塌方在時(shí)間上也存在較大的不確定性，導(dǎo)致隧道塌方事故的危害性也非常大，一旦發(fā)生隧道塌方事故將引起嚴(yán)重的事故。在隧道建設(shè)期間，除了給建筑工人帶來生命安全威脅，也導(dǎo)致施工周期延長(zhǎng)，造成施工成本的增加。另外在后期實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，隧道塌方事故在給人們帶來生命財(cái)產(chǎn)威脅的同時(shí)也會(huì)給社會(huì)造成不良后果，影響社會(huì)的穩(wěn)定性。事故頻發(fā)主要是由于隧道施工塌方監(jiān)測(cè)技術(shù)尚不成熟，理論研究還缺乏實(shí)踐檢驗(yàn)，項(xiàng)目施工企業(yè)對(duì)隧道施工中塌方監(jiān)測(cè)技術(shù)的重視程度不高等。

2 發(fā)生塌方的主要原因

隧道開挖時(shí)可能由于自然因素或人為因素導(dǎo)致塌方。其中自然因素包括巖層類型及強(qiáng)度、巖體受力狀態(tài)、地下水的情況；人為因素則體現(xiàn)在不符合地質(zhì)條件的設(shè)計(jì)，以及不適當(dāng)?shù)氖┕し椒ㄉ稀?/p>

2.1 不良的水文及地質(zhì)條件

1)隧道穿過斷裂帶地層結(jié)構(gòu)，或處于斷層錯(cuò)動(dòng)地段，機(jī)械開挖造成地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力不均，導(dǎo)致巖層結(jié)構(gòu)遭受破壞，易引發(fā)塌方事故。如果地層結(jié)構(gòu)過于松散，巖層顆粒的膠結(jié)強(qiáng)度低，機(jī)械設(shè)備開挖過程中松軟地質(zhì)很容易出現(xiàn)大面積的塌方。

2)隧道穿越地層厚度不足的地區(qū)，如丘陵淺層、沿河傍山、溝谷地帶等，由于地層厚度難以吸收應(yīng)力，極易出現(xiàn)大范圍的塌方。

3)地下水作用也是造成隧道塌方的重要因素。地下水降低了巖層軟弱夾層的強(qiáng)度，稍加外力極易導(dǎo)致滑塌事故。

2.2 隧道設(shè)計(jì)不恰當(dāng)

1)隧道施工選址時(shí)對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)的分析存在漏洞，未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)松散地段。

2)對(duì)施工當(dāng)?shù)厮臈l件探測(cè)不到位，導(dǎo)致施工設(shè)計(jì)忽視地下水作用。

2.3 施工方法和措施不當(dāng)

1)隧道施工方法與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件不相適應(yīng)；出現(xiàn)頂部和側(cè)面或隧道末端的部分巖石、外觀石、土巖、混凝土層有一定面積的塌陷或剝落下降的現(xiàn)象。施工支護(hù)不恰當(dāng)，或“先拆后支”的方法，導(dǎo)致地質(zhì)層暴露時(shí)間過長(zhǎng)，都可能導(dǎo)致周圍巖土結(jié)構(gòu)的變化，造成塌方事故。

2)施工前測(cè)量并未嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不全面，影響施工決策的準(zhǔn)確性。

3)爆破炸藥量計(jì)算不準(zhǔn)確，導(dǎo)致地質(zhì)震動(dòng)過大，對(duì)塌方危險(xiǎn)的檢測(cè)不到位，危石處理不當(dāng)，造成巖層塌方事故。爆破用藥量過多，震動(dòng)過大。對(duì)危石檢查不及時(shí)、不重視，處理危石措施不當(dāng)，引起巖層坍塌。

4)噴錨支護(hù)方法錯(cuò)誤或不及時(shí)，降低支護(hù)質(zhì)量。

3 隧道施工中塌方的預(yù)防措施

3.1 斷裂帶塌陷

斷裂崩塌是最常見的隧道塌方事故，而當(dāng)前針對(duì)斷裂崩塌事故檢測(cè)的技術(shù)多以斷層破碎帶檢測(cè)為主，通過檢測(cè)斷層關(guān)鍵參數(shù)來確定斷層出現(xiàn)的位置，這是因?yàn)閿鄬悠扑閹У膽?yīng)力較為集中，而受到地質(zhì)條件的影響，很容易出現(xiàn)斷層破碎現(xiàn)象，給施工安全帶來較大的隱患。

在地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的區(qū)域應(yīng)采取“先排水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤量測(cè)”的施工流程，加強(qiáng)對(duì)不穩(wěn)巖層的支護(hù)，強(qiáng)化安全防護(hù)措施。

3.2 隧道隧洞內(nèi)的斷層破碎帶識(shí)別與辨認(rèn)

隧道的斷層和斷層破裂帶標(biāo)識(shí)和識(shí)別,與地面地質(zhì)調(diào)查和審查故障對(duì)斷層的辨認(rèn)基本類似，如果根據(jù)故障的識(shí)別，除了地貌標(biāo)志,在地上地質(zhì)調(diào)查在斷層形成的識(shí)別標(biāo)志、如隧道巖石構(gòu)造、礦物質(zhì)分布特征等都可以作為判斷隧道應(yīng)力斷層的依據(jù)。有些地段甚至清楚表現(xiàn)在地面上,非常明顯，容易觀察。斷層破裂帶滑坡的判斷和預(yù)警,主要包括故障斷裂帶滑坡影響因素分析,巖體斷層破裂帶破碎的前兆，準(zhǔn)確識(shí)別斷層的早期檢測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)問題。

3.3 塌方的預(yù)測(cè)

在做好隧道安全施工的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)隧道塌方征兆的監(jiān)測(cè)也是非常重要的，需要在隧道施工的全過程進(jìn)行塌方預(yù)測(cè)，目前常用的方法包括以下幾種：

1)觀察法。在隧道施工過程中實(shí)施探孔技術(shù)對(duì)巖層結(jié)構(gòu)及水文狀況進(jìn)行檢測(cè)與分析，同時(shí)根據(jù)隧道掘進(jìn)程度進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)素描，用于判斷有無塌方的可能性。

在隧道塌方預(yù)測(cè)中對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)十分關(guān)鍵，通過測(cè)量圍巖應(yīng)力變化，檢測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)固，可以對(duì)圍巖的節(jié)理裂隙情況進(jìn)行判斷，并從洞壁松動(dòng)、噴射混凝土的掉落情況來判斷地表結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)下沉問題。

2)一般量測(cè)法。指對(duì)參考點(diǎn)的應(yīng)力變化、位移情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變化異常特征，并對(duì)是否存在塌方可能進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3)微地震學(xué)測(cè)量法。微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是觀察和分析小地震事件對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的影響，微地震技術(shù)是基于聲發(fā)傳播原理進(jìn)行檢測(cè)，將微震監(jiān)測(cè)技術(shù)劃分為指標(biāo)數(shù)據(jù)采集、微震源成像和反向演化分析等環(huán)節(jié)。在指標(biāo)數(shù)據(jù)采集過程中搜集的信號(hào)波形特征可以作為分析隧道斷層及附近巖石應(yīng)力狀態(tài)的核心參數(shù)，用于表征隧道應(yīng)力變化的趨勢(shì)及預(yù)測(cè)隧道塌方破壞程度。微地震監(jiān)測(cè)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：首先它可以直接確定巖石斷裂的位置和性質(zhì)，由于它利用地震波信息，其傳感器可分布于遠(yuǎn)離巖體破壞的地區(qū)，從而確保監(jiān)控系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而不被破壞；其次監(jiān)測(cè)覆蓋的面積非常廣。

4)聲學(xué)測(cè)量法。通過檢測(cè)巖層聲波變化來分析巖層應(yīng)力狀態(tài)，預(yù)測(cè)塌方的可能性。

以上針對(duì)塌方的檢測(cè)方法都是從塌方征兆檢測(cè)分析著手，以防患于未然的方法降低塌方事故出現(xiàn)的幾率。

隧道施工初期應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)質(zhì)量，在挖掘過程中根據(jù)操作規(guī)范及時(shí)完成噴錨支護(hù)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需求采取早強(qiáng)錨桿或早強(qiáng)噴射混凝土，以強(qiáng)化支護(hù)效果，提升隧道巖層的穩(wěn)定性。

4 隧道施工中塌方的處治措施

若隧道塌方事故出現(xiàn)，施工人員應(yīng)在第一時(shí)間撤離施工現(xiàn)場(chǎng)。負(fù)責(zé)人員及時(shí)調(diào)查塌方的原因，并制定合理有效的應(yīng)急處置方案。

1)處理塌方應(yīng)先加固未塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展。對(duì)于開洞高度較低，延伸長(zhǎng)度較短的隧道項(xiàng)目，首先應(yīng)對(duì)洞體兩端進(jìn)行加固處理，采取錨噴聯(lián)合支護(hù)對(duì)側(cè)面和頂部巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，穩(wěn)固巖層支架后清理殘?jiān)?，拆除臨時(shí)支架。

對(duì)于開洞高度高，而塌渣數(shù)量較大的隧道項(xiàng)目，塌渣全部封堵洞口時(shí)應(yīng)及時(shí)采取支護(hù)，并探測(cè)塌穴的位置和規(guī)模，采取注漿加固方法封堵渣體，待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再按照先上后下的順序清理渣體，盡快完成洞體的襯砌。

當(dāng)隧道施工地質(zhì)結(jié)構(gòu)不良，導(dǎo)致塌方出現(xiàn)冒頂時(shí)，應(yīng)在陷穴口周圍及時(shí)打設(shè)地表錨桿，并采取鋼架支撐等進(jìn)行加固。

當(dāng)洞口塌方延伸到地表層，應(yīng)采取暗洞明作的策略，避免塌方進(jìn)一步擴(kuò)大。

2)在處理塌方事故時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地下水的防排工作。引截地下水防止對(duì)塌方區(qū)域造成侵蝕，避免出現(xiàn)二次塌方。

a.巖層地表下沉或出現(xiàn)裂縫，應(yīng)采用不透水土壤夯實(shí)結(jié)構(gòu)，并防止地下水滲入塌方區(qū)域。

b.塌方體存在地下水活動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)引流地下水。

c.塌方通頂時(shí)，塌方區(qū)域回調(diào)高度要高于地表，并用不透水黏土封堵回填口，四周開發(fā)排水通道，用防水布遮蓋陷穴口。

3)塌方出現(xiàn)后必須增加檢測(cè)強(qiáng)度，增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整施工方案。

4)根據(jù)塌方地段規(guī)模和地質(zhì)特點(diǎn)加強(qiáng)襯砌。塌方規(guī)模較小，可以用干砌片石及時(shí)封堵塌穴，如果塌方區(qū)域較大，則必須在回填一定量干砌片石后，用鋼支撐加固周圍巖層。對(duì)于特大塌方事故，應(yīng)開展專項(xiàng)應(yīng)急處置方案。

[1] 申志軍.運(yùn)營(yíng)隧道缺陷與病害整治技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2016.

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[5] 楊新安，黃宏偉.隧道病害與防治[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.

Discussion on collapse preventing and processing measures in tunnel construction

Tang Ping

(ShanxiYuanfangHighway&Bridge(Group)Co.,Ltd,Datong037006,China)

The thesis discusses tunnel collapse hazards, analyzes major collapse causes in tunnel construction from aspects of hydrological conditions, tunnel design and construction method, and explores measures of preventing and processing tunnel collapse, with a view to guarantee tunnel construction safety.

tunnel, collapse accident, fault zone, preventive measures

1009-6825(2017)03-0180-02

2016-11-16

湯 萍(1979- )，女，工程師

U458.3

A