公路隧道塌方原因分析及其施工處理措施

張澤軍

甘肅順達(dá)路橋建設(shè)有限公司，甘肅蘭州 730050

公路隧道施工過程中，塌方問題是較為常見的事故類型。公路隧道施工過程中的塌方因素是多種多樣的，塌方給公路隧道施工造成極大的安全隱患，對工程進(jìn)度產(chǎn)生直接影響，甚至造成嚴(yán)重的人員、財(cái)產(chǎn)損失，為避免公路隧道工程中出現(xiàn)塌方問題，必須采取有效措施予以處理。

1 公路工程隧道塌方的主要類型及其原因分析

1.1 隧道塌方的主要類型

1.1.1 洞口出現(xiàn)塌方

公路工程隧道中的洞口段一般多為堆積層，其風(fēng)化較為嚴(yán)重，巖體破碎程度高，整體的自穩(wěn)能力和穩(wěn)定性都非常差，而且處于淺埋地段，若在施工過程中，未在進(jìn)洞前對周邊仰坡進(jìn)行技術(shù)處理或處理措施不到位，進(jìn)洞過程中都可能出現(xiàn)洞口頂端圍巖應(yīng)力重分布；在這部分重力作用下，會(huì)造成洞口出現(xiàn)下沉、開裂、變形的現(xiàn)象，當(dāng)這些現(xiàn)象發(fā)展到一定程度，圍巖平衡會(huì)被打破，造成大面積失穩(wěn)，出現(xiàn)洞口塌方問題[1]。

1.1.2 洞內(nèi)出現(xiàn)塌方

公路工程隧道中的洞內(nèi)塌方情況包含洞內(nèi)巖質(zhì)塌方和洞內(nèi)土質(zhì)塌方兩種類型，分別出現(xiàn)在巖石隧道和土質(zhì)隧道兩種施工環(huán)境當(dāng)中。在巖質(zhì)隧道開挖過程中，周邊巖層中的巖石處于懸空狀態(tài)，受重力作用會(huì)出現(xiàn)下沉或收斂變形的現(xiàn)象，以便將其內(nèi)部應(yīng)力釋放出來，而巖體內(nèi)存在層理及節(jié)理，在重力綜合作用下，會(huì)出現(xiàn)下落、擠出的趨勢，若此時(shí)未能采取有效措施予以支護(hù)，巖面就會(huì)出現(xiàn)“掉塊”問題，當(dāng)累積到一定程度就會(huì)出現(xiàn)塌方。在土質(zhì)類隧道開挖過程中，由于隧道周邊圍巖硬度較低，其周圍一定范圍內(nèi)容易出現(xiàn)松弛變形的情況，隨著這些形變問題的擴(kuò)展，圍巖的整體強(qiáng)度會(huì)逐步降低，若此時(shí)土壓增大會(huì)造成局部塑性破壞，圍巖內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)空洞造成局部坍塌、下沉；若塑性區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)展，土壓會(huì)出現(xiàn)劇增，最終造成圍巖整體失穩(wěn)，形成塌方問題。

1.2 隧道塌方問題原因分析

1.2.1 地質(zhì)方面的原因

公路工程中的隧道施工是一類典型的地下工程，易受地質(zhì)情況影響，由于不能確定施工區(qū)域準(zhǔn)確的地質(zhì)特征，容易在施工過程中遭遇不良地質(zhì)問題，出現(xiàn)各類事故，因此，必須重點(diǎn)關(guān)注不良地質(zhì)區(qū)域的隧道設(shè)計(jì)、施工工作。綜合各類隧道塌方事故問題的研究發(fā)現(xiàn)，地下水會(huì)加劇隧道塌方問題的影響，在施工過程中必須重視水流使圍巖強(qiáng)度、應(yīng)力發(fā)生的變化，因孔隙水壓力增大，小結(jié)構(gòu)面上的有效正應(yīng)力會(huì)變小。若圍巖存在軟結(jié)構(gòu)面，其中的填充物會(huì)在水流作用下流失或成為液態(tài)，嚴(yán)重降低巖體抗剪強(qiáng)度。同時(shí)，地下水理化作用會(huì)大大降低巖石強(qiáng)度，對于質(zhì)地較軟的會(huì)轉(zhuǎn)化成液態(tài)或者發(fā)生膨脹，甚至出現(xiàn)流沙及侵蝕問題。

1.2.2 設(shè)計(jì)方面的原因

公路工程隧道建設(shè)過程中若存在塌方事故，一般都會(huì)與設(shè)計(jì)前的地質(zhì)勘察環(huán)節(jié)存在漏洞和不足有直接關(guān)聯(lián)。公路工程隧道設(shè)計(jì)過程中，首先，要對待建區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察，充分了解隧道建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層狀況，確保滿足隧道支護(hù)等系統(tǒng)的要求，由于受到技術(shù)、裝備等方面的影響無法對建設(shè)區(qū)域進(jìn)行全面、細(xì)致的地質(zhì)勘察工作，容易出現(xiàn)實(shí)際支護(hù)類型與設(shè)計(jì)存在差異，或者設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際要求相差較大，無法保證從隧道開挖到二次襯砌施工期間內(nèi)圍巖的穩(wěn)定性，嚴(yán)重情況下會(huì)出現(xiàn)工程塌方事故，增加了公路工程隧道施工難度。

1.2.3 施工方面的原因

我國公路工程隧道施工較為主流的方式就是采用新奧法進(jìn)行施工，而新奧法當(dāng)中聯(lián)合支護(hù)和柔性是重要影響因素。在公路工程大斷面隧道施工過程中可以借助這兩個(gè)方面為開挖創(chuàng)造良好的技術(shù)條件，促使隧道施工進(jìn)度不斷加快，而在隧道開挖后圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)一定會(huì)出現(xiàn)各類變化，在施工過程中重新分布的圍巖應(yīng)力會(huì)對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而造成安全問題。受限于我國不少公路隧道施工單位的管理模式和技術(shù)水平，造成施工過程中存在操作不規(guī)范的環(huán)節(jié)，而就是這種不規(guī)范造成塌方事故的出現(xiàn)。如：隧道開挖后，施工單位發(fā)現(xiàn)局部圍巖狀態(tài)較好，會(huì)出現(xiàn)麻痹心理，造成屬于管理的情況出現(xiàn)，而噴射混凝土的施工又滯后于開挖施工，對于新開挖的掌子面未能及時(shí)予以封閉，圍巖松弛、變形的范圍逐步擴(kuò)大，載荷逐漸增加；另外，隧道施工前受外部因素影響，對現(xiàn)場地質(zhì)狀況掌握不足、急于進(jìn)洞、爆破方式不當(dāng)、軟弱圍巖仰拱施作不及時(shí)、二次襯砌施作延時(shí)較久、圍巖和初期支護(hù)無法承受應(yīng)力重新分布后的作用等，這些問題都會(huì)造成塌方問題的出現(xiàn)。

1.2.4 認(rèn)識(shí)管理方面的原因

在公路工程隧道施工過程中，部分施工單位不遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，未能嚴(yán)格落實(shí)施工組織設(shè)計(jì)工作，對現(xiàn)場圍巖支護(hù)方式擅自改動(dòng)，改變開挖方式，在施工現(xiàn)場的管理工作上較為松散，不能負(fù)起相應(yīng)的管理控制責(zé)任，有關(guān)的安全意識(shí)和責(zé)任感較為薄弱。

2 塌方形態(tài)

2.1 局部塌方

一般情況下，局部塌方會(huì)發(fā)生在隧道拱部的大塊狀巖體當(dāng)中。由于施工過程中巖體結(jié)構(gòu)面被大量切割，形成不同外形的結(jié)構(gòu)體，整體處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，在進(jìn)行隧道洞室開挖后，這部分不穩(wěn)定的巖體結(jié)構(gòu)會(huì)克服結(jié)構(gòu)面摩擦力向著洞內(nèi)方式進(jìn)行滑移，到一定程度后會(huì)形成塌方，此類塌方的規(guī)模一般較小，容易出現(xiàn)在四級(jí)及以下的硬巖中，要想預(yù)防局部塌方問題，必須及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，并在相應(yīng)部位進(jìn)行錨固，同時(shí)加噴混凝土。

2.2 拱形塌方

一般拱形塌方會(huì)出現(xiàn)在層狀或碎塊狀巖體情況下，處于坑跨范圍內(nèi)的巖層多出現(xiàn)在隧道拱部，對于拱形塌方擴(kuò)大，甚至引發(fā)側(cè)壁崩塌的情況，都是拱形塌方的類型。這種塌方問題多出現(xiàn)在四級(jí)以下松軟地層當(dāng)中。對于淺埋的公路隧道會(huì)出現(xiàn)通頂、深埋隧道中由于存在摩擦拱，塌方高度、規(guī)模都相對較大。要想控制拱形塌方問題，必須采用錨桿、鋼支撐、混凝土噴涂的綜合方式進(jìn)行處理，同時(shí)可以采用超前支護(hù)或注漿的方式提升處理效果，施工過程中合理控制施噴方式和初期支護(hù)時(shí)機(jī)，并隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場控量測。

2.3 異型塌方

這種塌方問題主要是由于隧道施工區(qū)域的地質(zhì)條件較為特殊，并且存在淺埋、偏壓等因素，造成隧道出現(xiàn)塌方問題。對于存在特殊地質(zhì)條件的區(qū)域，隧道施工前必須對其進(jìn)行細(xì)致的地質(zhì)勘探，確定其地質(zhì)條件和各項(xiàng)影響因素，為后續(xù)進(jìn)行施工方法的選擇提供依據(jù)，同時(shí)也是避免出現(xiàn)異型塌方問題的關(guān)鍵所在。對于存在淺埋、偏壓的隧道施工區(qū)域，要提前對地表進(jìn)行加固，采用合理的輔助工法和超前支護(hù)進(jìn)行處理。

2.4 膨脹巖隧道塌方

膨脹巖隧道塌方問題的出現(xiàn)，主要是由于隧道巖層中的膨脹壓力較高，并顯著作用于混凝土支護(hù)系統(tǒng)中，由于巖層中的膨脹問題，其摩擦和剪切強(qiáng)度出現(xiàn)損耗，造成巖層材料的重力載荷、水壓力等出現(xiàn)問題。要想預(yù)防膨脹巖隧道塌方問題，多是在進(jìn)行混凝土支護(hù)的基礎(chǔ)上采用混凝土襯砌的方式進(jìn)行處理，混凝土襯砌可以形成良好的拱頂，能有效改善膨脹巖隧道塌方問題。

3 公路工程隧道塌方的施工處理措施

3.1 根據(jù)施工具體狀況制定有效方案

對于掌子面發(fā)生塌方的問題，要在施工前對隧道建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)狀況進(jìn)行細(xì)致了解，并制定合理的施工技術(shù)方案，避免出現(xiàn)施工不當(dāng)?shù)膯栴}。而且還要對可能出現(xiàn)塌方的部分，采用早強(qiáng)錨桿和掛設(shè)鋼筋網(wǎng)噴護(hù)混凝土措施進(jìn)行處理，或者采用加長小導(dǎo)管超前支護(hù)的方式來提高施工安全性。

對于初期支護(hù)后，若出現(xiàn)隧道塌方問題，一般都是因?yàn)楹罄m(xù)支護(hù)工作時(shí)機(jī)存在延遲，造成前期支護(hù)發(fā)生形變或強(qiáng)度不足，無法對圍巖進(jìn)行持續(xù)控制，對于這種塌方問題要結(jié)合實(shí)際施工情況，強(qiáng)化現(xiàn)場監(jiān)控力度，加強(qiáng)現(xiàn)場勘察測量工作，并及時(shí)做好后期支護(hù)工作，采用加強(qiáng)支護(hù)的方式通過塌方地段。

3.2 根據(jù)水文地質(zhì)條件制定有效方案

對于隧道施工過程中受地質(zhì)情況影響造成的塌方問題，要通過加固圍巖，使用超前注漿支護(hù)、型鋼鋼架強(qiáng)支護(hù)的方式進(jìn)行處理，確保穩(wěn)固后才能通過塌方段。若是存在水文地質(zhì)條件引發(fā)的塌方問題，首先要做好地下水的堵、截、排工作，在處理完成后才能處理現(xiàn)場塌方問題。若是由于冒頂問題造成的塌方，要及時(shí)對地表徑流進(jìn)行排泄工作，避免塌方范圍擴(kuò)大。

4 結(jié)語

公路工程建設(shè)過程中的隧道塌方問題會(huì)對工程安全產(chǎn)生較大危害，在施工過程中必須采取有效措施予以解決，將隧道工程中的防塌、治塌作為重點(diǎn)工作來抓，通過加強(qiáng)前期地質(zhì)勘探工作力度，為隧道工程設(shè)計(jì)提供全面地質(zhì)資料，并結(jié)合公路隧道施工情況制定相應(yīng)設(shè)計(jì)、施工方案，遵循相應(yīng)的施工原則，采取必要措施防止隧道塌方問題的出現(xiàn)，針對出現(xiàn)塌方問題的隧道工程要根據(jù)現(xiàn)場具體情況采取有效措施予以處理，降低隧道塌方造成的損失，并及時(shí)總結(jié)、分析，開發(fā)出更為高效、先進(jìn)的防塌方技術(shù)、設(shè)備，努力杜絕公路工程隧道塌方問題的出現(xiàn)。

[1] 李增增.隧道塌方的預(yù)防與處理措施[J].城市建設(shè)理論研究（ 電子版），2017（ 26）：92.