公路工程中隧道施工塌方治理技術(shù)應(yīng)用研究

鐘金靈

（湖南湘隆建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，湖南郴州 423000）

隧道施工是公路工程施工中重要的地下施工部分，是公路運(yùn)輸中不可或缺的部分，對公路發(fā)展具有重要的意義。與地上施工相比而言，隧道施工環(huán)境和地質(zhì)狀況更為復(fù)雜，使得施工難度明顯增加。雖然我國的公路施工技術(shù)發(fā)展迅速，但是隧道施工環(huán)境、地質(zhì)條件、水文條件等更為復(fù)雜，導(dǎo)致隧道施工面臨諸多問題?；诖?，本文針對常見的隧道施工塌方問題，分析塌方治理技術(shù)，為提高公路工程隧道施工效率提供參考。

1 常見公路工程隧道塌方誘因分析

1.1 不良地質(zhì)條件因素

雖然在公路工程施工之前對擬施工區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘查工作，對隧道擬建區(qū)域的巖土結(jié)構(gòu)有一定的了解，但是隧道工程是地下施工，因此具備多樣性和不可預(yù)見性，也是誘發(fā)隧道塌方的主要因素。隨著我國公路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，尤其是我國西南地區(qū)，公路工程的規(guī)模逐漸增大，施工環(huán)境也越來越明顯，使得公路工程不可避免的經(jīng)過斷裂破碎帶、高應(yīng)力區(qū)、軟弱結(jié)構(gòu)曲面、膨脹巖石區(qū)、軟弱底基層等不良地質(zhì)條件區(qū)域。若在不良地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行隧道開挖施工，在施工過程中隧道周邊的巖土體因受力結(jié)構(gòu)突變而導(dǎo)致巖土體變形、彎曲甚至是破裂進(jìn)而引起塌方，嚴(yán)重影響了隧道工程的正常施工。

1.2 不當(dāng)施工過程因素

隧道施工塌方是極為常見的施工事故，誘發(fā)因素是復(fù)雜的，與人類施工活動(dòng)具有密切的聯(lián)系，其中不當(dāng)施工是導(dǎo)致隧道工程塌方的主要原因之一。隧道施工中不當(dāng)施工過程包括：①爆破施工不當(dāng)，若在施工爆破過程中對巖土體物理力學(xué)性能等掌握不準(zhǔn)確，則容易導(dǎo)致爆破參數(shù)選擇不當(dāng)，進(jìn)而引起巖土體松散塌方；②施工操作不當(dāng)，主要指的是施工人員的施工經(jīng)驗(yàn)等欠缺，導(dǎo)致施工過程中開挖方式錯(cuò)誤進(jìn)而引起的塌方；③支護(hù)不當(dāng)問題，在隧道施工過程中支護(hù)方式極為重要，是避免巖石松散的主要解決措施，若支護(hù)不當(dāng)，則容易出現(xiàn)塌方。

1.3 水文地質(zhì)條件因素

隧道施工為地下施工過程，因此水文地質(zhì)條件對隧道施工的影響較大，也是誘發(fā)隧道施工塌方的主要因素之一。擬建區(qū)域的水文地質(zhì)條件越復(fù)雜，對隧道施工的難度越大，如某地區(qū)地下水受地表降水補(bǔ)給明顯，則在隧道施工過程中容易受到地表水體的侵蝕作用等進(jìn)而造成塌方。此外，隨著水工區(qū)域地下水水位的變動(dòng)，使得原來不含水的地層逐漸充水，進(jìn)而改變了原來巖土體的物理力學(xué)性能，如巖土體的承載力等明顯降低，巖土體的抗剪切能力顯著降低，進(jìn)一步誘發(fā)隧道塌方問題出現(xiàn)。若施工場地區(qū)域地下水水位隨季節(jié)變化明顯，如地下水水位上升、下降交替變化頻繁，則容易造成巖土體不規(guī)則收縮和膨脹，進(jìn)而影響各類巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，造成隧道施工區(qū)域不均勻沉降或者產(chǎn)生地裂縫，對隧道造成嚴(yán)重的破壞。地下水位上升、下降反復(fù)交替對隧道施工的影響主要表現(xiàn)在：①原來充水的巖土體補(bǔ)充水，導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，容易出現(xiàn)巖土體收縮現(xiàn)象，進(jìn)而誘發(fā)上部巖土體下沉或產(chǎn)生地裂縫；②原來不充水的巖土體充水后，導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，容易引起巖土體的膨脹，對上部巖土體的應(yīng)力增加，容易造成隧道地面不均勻凸起現(xiàn)象；③若施工區(qū)域地下水水位隨季節(jié)性、周期性變化較大，在隧道施工工程中極易出現(xiàn)隧道施工突水、涌水等事故，甚至誘發(fā)隧道巖爆等重大事故出現(xiàn)。因此，地下水位上升、下降反復(fù)交替對隧道施工的影響較大，必須加強(qiáng)施工區(qū)域地下水的調(diào)查研究工作，將地下水對巖土工程的影響降到最低。

1.4 設(shè)計(jì)不合理因素

公路工程隧道施工設(shè)計(jì)不合理是造成隧道施工塌方的另一重要原因。隧道施工設(shè)計(jì)方法包括現(xiàn)場監(jiān)控法、工程類比法和理論計(jì)算法等，設(shè)計(jì)方案的制定與早期階段進(jìn)行的巖土工程勘察、水文地質(zhì)條件分析以及區(qū)域地質(zhì)資料等密切相關(guān)，尤其是理論計(jì)算法，因此不合理的巖土體參數(shù)確定等均可使得隧道施工設(shè)計(jì)不合理。此外，工程類比法是根據(jù)區(qū)域范圍內(nèi)其他隧道施工參數(shù)確定擬建施工區(qū)域的參數(shù)，常常遇到對比區(qū)域與施工區(qū)域地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件等不相符進(jìn)而引起隧道塌方。因此，隧道施工不僅需要可靠的巖土體參數(shù)數(shù)據(jù)，而且要充分考慮臨近隧道施工參數(shù)的參考性等因素綜合考慮確定。

2 隧道施工塌方治理技術(shù)

2.1 小導(dǎo)管注漿技術(shù)

小導(dǎo)管注漿技術(shù)是隧道塌方治理的主要技術(shù)手段之一，具有靈活多變、施工速度快等優(yōu)勢，因此被廣泛的應(yīng)用于隧道施工過程中。小導(dǎo)管注漿技術(shù)是利用多臺鉆機(jī)共同對隧道巖土體進(jìn)行鉆進(jìn)，進(jìn)而注射漿液加固巖土體的一種方法，能夠在地質(zhì)條件較差的施工環(huán)境下進(jìn)行補(bǔ)注。隧道施工過程因爆破、施工或者設(shè)計(jì)等因素導(dǎo)致塌方，此時(shí)巖石極為破碎，小導(dǎo)管注漿可以借助注漿壓力將漿液深入至碎石裂隙、縫隙等部位，使用圍巖膠將碎石粘接在一起，進(jìn)而增加隧道的穩(wěn)定性。小導(dǎo)管注漿技術(shù)施工后在隧道支護(hù)外圍形成厚約4m 的加固帶，該帶受圍巖膠粘接影響導(dǎo)致加固帶的整體性較好，顯著地增加了加固帶的抗沖擊性能。此外，注漿技術(shù)的施工能夠有效地降低巖土體的滲透系數(shù)，對防治地下水對圍巖的影響較重要意義。

2.2 管棚注漿法

管棚注漿法在隧道塌方治理中應(yīng)用也較為廣泛，該技術(shù)是將鋼管設(shè)置在隧道開挖區(qū)域的周邊，使得隧道圍巖與鋼管之間保留一定的間距，通過鋼管能夠引起注漿管和超前管棚對隧洞起到加固拱頂，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)注漿圍巖，最終使得隧道塌方區(qū)域形成加固圈。管棚注漿法能夠在隧道外圍形成厚約4m 的加固圈，且加固圈具有良好的整體性能，對圍巖起良好的支護(hù)作用。此外，加固圈具有一定的承載力，使得隧道圍巖的受力結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)一步減少圍巖的形變壓力，緩解或逐漸消除圍巖巖土體變形，逐漸實(shí)現(xiàn)支護(hù)隧道的目的。管棚注漿法在隧道施工過程中應(yīng)用極為廣泛，與形成的加固圈的整體性能密切相關(guān)。此外，管棚注漿法形成一圈穩(wěn)定的加固圈，對后期通風(fēng)設(shè)施、照明設(shè)施、警示牌系統(tǒng)的布設(shè)提供基礎(chǔ)。

3 預(yù)防隧道施工塌方的措施

隧道施工塌方治理技術(shù)是解決隧道施工問題額主要技術(shù)方法，但是預(yù)防隧道施工塌方的措施是有效提高隧道施工效率和降低隧道施工事故率的基礎(chǔ)。因此，必須做好隧道施工塌方的預(yù)防，主要的解決措施包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①準(zhǔn)確的巖土工程勘察，包括地質(zhì)背景條件的勘查、水文地質(zhì)條件分析和工程地質(zhì)條件勘察等內(nèi)容，為進(jìn)一步確定合理的巖土體參數(shù)做鋪墊，著重分析隧道施工區(qū)域地下水水位的變化狀況，是否存在周期性水位突變現(xiàn)象等，若存在地下水水位突變的現(xiàn)象，必須在施工之前進(jìn)行地下水疏排處理；②選擇合理的巖土體參數(shù)，結(jié)合早期階段巖土工程勘察結(jié)果及鄰近隧道巖土體參數(shù)綜合確定巖土體參數(shù)，為爆破參數(shù)、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)等的確定提供參考，確保參數(shù)選擇是合理的、科學(xué)的，同時(shí)合理的巖土體參數(shù)是估算巖土體支撐力的基礎(chǔ)，為防止隧道坍塌提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐；③做好隧道施工排水工程，地下水影響對隧道施工影響較大，需要結(jié)合水文地質(zhì)條件進(jìn)行排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將地下水的影響降到最低；④加強(qiáng)施工階段的施工防范措施，采用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，如三維激光掃描技術(shù)等進(jìn)行施工全方位監(jiān)測，為施工安全奠定基礎(chǔ)，對施工過程中可能遇到的圍巖破碎做好預(yù)防處理，同時(shí)對隧道形變進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測，為進(jìn)一步分析隧道的形變規(guī)律和受力狀況提供依據(jù)，也為后期治理隧道形變問題提供數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)束語

綜上所述，隧道施工塌方問題是公路工程施工過程中不可避免的，對公路工程施工周期等影響較大，隧道塌方與施工環(huán)境復(fù)雜和不可預(yù)見性等關(guān)系密切。本文立足于常見的隧道施工塌方誘發(fā)因素，從整個(gè)隧道施工過程為出發(fā)點(diǎn)，分析常見的隧道塌方誘發(fā)因素，進(jìn)而從兩個(gè)方面講述治理技術(shù)，總結(jié)隧道塌方預(yù)防解決措施，為提高隧道施工安全和施工效率奠定基礎(chǔ)。此外，隧道施工過程中預(yù)防措施是降低隧道施工的主要解決途徑，即在施工過程中將可能出現(xiàn)塌方的部位提前進(jìn)行加固處理，使得施工過程安全。隧道形變監(jiān)測是降低隧道塌方事故的主要途徑，因此，在今后的研究中應(yīng)加強(qiáng)隧道形變規(guī)律研究，為進(jìn)一步分析隧道形變演變規(guī)律以及確定治理方案提供數(shù)據(jù)支撐。