公路隧道施工塌方事故的預(yù)防與整治技術(shù)研究

鐘家海 中交四公局第二工程有限公司

公路隧道施工塌方事故的預(yù)防與整治技術(shù)研究，是提高公路隧道施工安全，保證施工人員生命安全的重要措施。公路隧道施工期間，因?yàn)槭┕きh(huán)境復(fù)雜，尤其是地下水豐富的地區(qū)，所以一旦出現(xiàn)防護(hù)準(zhǔn)備不完善或者施工操作不科學(xué)的現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)施工塌方事故，損害公路施工設(shè)備，威脅公路施工安全，降低公路施工經(jīng)濟(jì)效益。公路隧道施工中，邊坡開挖或者挖坡腳等，沒有及時(shí)進(jìn)行防止，在長期暴露下就會(huì)出現(xiàn)塌方。針對公路隧道施工塌方事故研究，及時(shí)最好預(yù)防處理，應(yīng)用有效的整治技術(shù)，保證公路隧道施工安全。

一、公路隧道施工塌方事故調(diào)查

云南省貢山縣獨(dú)龍江公路隧道第二合同段K3+856.5-K3+854.5施工中，施工現(xiàn)場突然發(fā)生巖爆事故，現(xiàn)場出現(xiàn)嚴(yán)重的巖石坍塌，致使3名施工人員當(dāng)場死亡。山西太行一號(hào)國家風(fēng)景道陽城段隧道施工中，隧道施工東部約600m處出現(xiàn)塌方，造成5人死亡。根據(jù)對公路隧道施工塌方事故調(diào)查統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過有效的公路隧道施工塌方事故預(yù)防與處理，2019年公路隧道施工塌方事故發(fā)生率明顯低于2017年、2018年。但是依然存在公路隧道施工注意與預(yù)防不足。結(jié)合這種情況加大公路隧道施工塌方情況，加大隧道施工安全預(yù)防力度，更深入的總結(jié)預(yù)防經(jīng)驗(yàn)，不斷研究整治技術(shù)，降低公路隧道施工塌方事故發(fā)生率。

二、工程概況與塌方事故

（一）工程概況

此次結(jié)合大梅沙隧道施工展開研究，施工類型為雙洞，車道為六車道。其中隧道洞長分別為1520m、1505m。雙洞位置相對平行，軸線距離根據(jù)測量間隔為40m。因隧道施工規(guī)劃中，途徑水嶺，地勢特殊，海拔達(dá)到300m以上，地貌屬性為花崗巖風(fēng)化剝蝕類型。特殊的地質(zhì)條件下，公路隧道施工面臨地形特殊、高差大以及地勢陡峻等威脅，必須做好隧道施工監(jiān)測，科學(xué)預(yù)防施工塌方事故。隧道高差達(dá)到260m，地質(zhì)條件方面，表面基層厚度差別大，存在大量風(fēng)化巖土。加上斷裂構(gòu)造的波及，為隧道施工的開展帶來一定難度。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此次隧道施工包含4條在斷層，雖表面屬于風(fēng)化花崗巖，但是整體屬于弱風(fēng)化花崗巖。對隧道施工摩擦阻力測驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，平均值在哀悼50KPa。巖石分布廣泛，相對來講結(jié)構(gòu)比較清晰，整體以角礫狀為主。掌握相關(guān)地質(zhì)條件，為公路隧道施工的開展做好準(zhǔn)備，制定有效預(yù)防施工塌方事故。

（二）塌方事故

公路隧道施工中，出現(xiàn)塌方事故。之所以出現(xiàn)塌方事故，主要因?yàn)樗淼朗┕て陂g天氣變化，降雨頻繁，連續(xù)降雨影響下，地下水位上漲，富集形式為巖溶水，主要集中在此次隧道施工的石灰?guī)r地帶。施工期間將不斷對斷層帶進(jìn)行開挖，巖體本身屬于松散狀，隧道開挖振動(dòng)影響下，坍塌機(jī)率增大在。雨季的影響，隧道施工壓力明顯增加，自然因素作用下，對隧道塌方事故的發(fā)生起到直接主導(dǎo)影響。分析巖石力學(xué)，隧道施工期間開挖影響到地下水網(wǎng)絡(luò)，造成地下孔隙加大，巖石出現(xiàn)裂縫，地下水滲出，威脅隧道施工安全。加上隧道地質(zhì)受到溶蝕等的影響，巖層抗壓強(qiáng)度下降，加上該地區(qū)可溶性鹽的流失，巖土整體出現(xiàn)松懈現(xiàn)象，十分脆弱。粉沙質(zhì)土條件下，地下水流速度加快，還會(huì)出現(xiàn)潛蝕的情況。這些都在一定程度上影響公路隧道施工安全，引發(fā)施工塌方事故。

三、公路隧道施工塌方事故原因剖析

（一）水文地質(zhì)原因

公路隧道施工地質(zhì)條件特殊，多位于褶皺、巖面傾角較大或者節(jié)理裂隙等位置，這些區(qū)域地質(zhì)現(xiàn)象比較復(fù)雜，影響公路隧道施工安全，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。加上隧道施工中，圍巖因?yàn)槭┕ふ駝?dòng)出現(xiàn)松動(dòng)，受到地下水壓影響下地下水大量滲入到隧道中，隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)加大[1]。

（二）公路隧道設(shè)計(jì)原因

公路隧道施工中，涉及到大量工程施工技術(shù)。全面性的工程設(shè)計(jì)，是保證公路隧道施工安全的前提。但是在實(shí)際公路隧道施工中，沒有做好實(shí)時(shí)監(jiān)測，判斷隧道圍巖有誤，導(dǎo)致支護(hù)類型無法發(fā)揮穩(wěn)固性作用，威脅公路隧道安全。缺乏縝密的隧道施工計(jì)劃，激發(fā)隱藏施工風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)公路隧道塌方。

（三）隧道施工工藝原因

公路隧道施工工藝與隧道施工地質(zhì)條件不符，無法適應(yīng)多變的水文地質(zhì)條件，加上施工工藝調(diào)整不及時(shí)，導(dǎo)致隧道施工中支護(hù)不到位，嚴(yán)重影響到公路隧道的穩(wěn)固性[2]。這樣一來，不僅公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)增加，隧道中出現(xiàn)各種松動(dòng)以及失水等情況，威脅公路隧道施工安全。

四、公路隧道施工塌方事故預(yù)防措施與整治技術(shù)

（一）公路隧道施工塌方預(yù)防措施

1.明確統(tǒng)計(jì)公路隧道施工數(shù)據(jù)

公路隧道施工塌方事故的發(fā)生，不僅對公路隧道施工成本造成影響，還嚴(yán)重威脅到施工人員的人身安全。結(jié)合對公路隧道施工塌方事故預(yù)防經(jīng)驗(yàn)，必須提高對施工數(shù)據(jù)的掌握，這樣才能更準(zhǔn)確的判斷塌方出現(xiàn)之前的預(yù)兆，及時(shí)預(yù)防塌方事故。其中包括鉆進(jìn)感覺、回水速度以及隧道施工中的鉆進(jìn)速度等，同時(shí)還要觀察巖層巖面的檢測情況，注意其數(shù)據(jù)變化。根據(jù)隧道施工情況，時(shí)刻關(guān)注掌子面施工狀態(tài)，第一時(shí)間反饋施工數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場及時(shí)作出施工調(diào)整[3]。隧道施工中很多位置需要進(jìn)行爆破，爆破作業(yè)中需再三確定爆破參數(shù)，保證參數(shù)準(zhǔn)確基礎(chǔ)上開始爆破。與此同時(shí)，還要及時(shí)對周圍安全情況、具體施工質(zhì)量以及施工進(jìn)度等進(jìn)行確定，將爆破對隧道圍巖應(yīng)力平衡影響降到最低。

2.提高水文地質(zhì)預(yù)報(bào)能力

公路隧道施工中，必須提高對地質(zhì)預(yù)報(bào)的重視，安排專門人員隨時(shí)對水文地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，同時(shí)還要做好隧道施工監(jiān)管。不斷更新水文地質(zhì)預(yù)報(bào)情況，確保水文地質(zhì)預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、合理。公路隧道施工中掌子面開挖施工中，按照隧道圍巖類別以及隧道具體施工情況，制定合理的施工預(yù)測方案，實(shí)時(shí)進(jìn)行地質(zhì)變化監(jiān)察，掌握確切的地質(zhì)斷層狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)巖石破碎帶，勘察巖層發(fā)育情況[4]。對于正在開挖地帶依然時(shí)刻進(jìn)行勘察，必須做到施工前、施工中與施工后全過程隧道水文地質(zhì)勘察。提高超前預(yù)報(bào)能力，隧道溶洞尺寸，做好溶洞位置預(yù)報(bào)。

3.優(yōu)化施工監(jiān)測與組織體系

公路隧道施工安全事故的出現(xiàn)，分析其原因發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)施工事故的隧道地點(diǎn)均缺乏施工監(jiān)測，施工組織體系不完善。面對這種情況，必須嚴(yán)格遵循“管超前、強(qiáng)支護(hù)、快封閉以及早噴錨”的施工組織原則，進(jìn)一步優(yōu)化公路隧道施工設(shè)計(jì)，積極完善施工組織體系。一旦公路隧道施工現(xiàn)場遇到特殊地質(zhì)溶洞地段，根據(jù)施工組織體系，必須按照第一步治水、第二步開挖、第三步爆破、第四步護(hù)頂、第五步噴錨、第六步支護(hù)、第七步襯砌的順序，確保隧道開挖施工順利，保證隧道巖層穩(wěn)定性，嚴(yán)格對隧道施工現(xiàn)場的開挖進(jìn)尺進(jìn)行控制。為初期隧道施工支護(hù)承載力的提高創(chuàng)造有利條件，保證支護(hù)剛度。有效的施工組織與監(jiān)測體系，保證公路隧道施工安全性與現(xiàn)場圍巖穩(wěn)定性。

4.科學(xué)選擇公路隧道施工工藝

施工工藝的選擇是提高隧道施工安全的重要舉措，同時(shí)也是做好隧道預(yù)防的關(guān)鍵。公路隧道施工地點(diǎn)普遍存在圍巖軟弱的現(xiàn)象，圍巖破碎后，需根據(jù)施工現(xiàn)場情況，科學(xué)選擇支護(hù)或者開挖施工工藝[5]。隧道地質(zhì)條件特殊，施工現(xiàn)場情況動(dòng)態(tài)變化。面對這種情況，要求施工人員必須適合勘察水文地質(zhì)情況，制定科學(xué)合理的施工方案，以適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方式，提前進(jìn)行探測，快速施工閉合，提早進(jìn)行襯砌，做好測量，以此更準(zhǔn)確的對公路隧道施工事故進(jìn)行預(yù)防。

（二）公路隧道施工塌方事故整治技術(shù)

1.有效整治滲水問題

公路隧道施工中，經(jīng)常出現(xiàn)滲水問題。滲水問題不能及時(shí)解決，將會(huì)嚴(yán)重威脅到公路隧道施工安全，帶來隧道塌方，威脅施工人員安全。滲水問題的解決，需要及時(shí)進(jìn)行鉆孔，做好鉆孔探水預(yù)報(bào)，以紅外探水方式完成地質(zhì)勘察。結(jié)合勘察情況，及時(shí)對公路隧道的外圍進(jìn)行清理，并且有序開展噴漿封閉。制定滲水監(jiān)控計(jì)劃，對隧道施工中出現(xiàn)的位移以及收斂以及周圍沉降參數(shù)變化及時(shí)掌握，做好數(shù)據(jù)分析，及時(shí)了解公路隧道現(xiàn)場狀態(tài)。一旦出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，必須第一時(shí)間進(jìn)行處理，及時(shí)完成管棚注漿。根據(jù)現(xiàn)場水量情況，做好預(yù)防措施，以此規(guī)避二次滲水，并且做好通水[6]。公路隧道施工中如果并沒有出現(xiàn)滲水或者積水等現(xiàn)象，檢查隧道孔隙，采取注漿回填的方式處理孔隙，準(zhǔn)確計(jì)算注漿用量，科學(xué)應(yīng)用注漿材料，防止隧道塌方。

2.未塌穿型類型整治技術(shù)

對于公路隧道施工中出現(xiàn)的塌方事故，如果塌方區(qū)域比較大，第一時(shí)間是撤離施工人員與施工設(shè)備，觀察塌方區(qū)域現(xiàn)場情況，塌方逐漸穩(wěn)定后，需及時(shí)進(jìn)行混凝土噴施，要求噴施厚度必須達(dá)到5cm，還要設(shè)置錨桿，規(guī)格為0.8m×0.8m，懸掛金屬網(wǎng)，規(guī)格為0.2m×0.2m，其規(guī)格主要針對金屬網(wǎng)的網(wǎng)眼。徹底清除坍塌障礙物，設(shè)置整治花拱，待花拱設(shè)置完畢再次噴施混凝土，此次厚度要求為20cm。針對隧道坍塌位置，需在坍塌的腔內(nèi)進(jìn)行加固處理，從二襯外輪廓方面出發(fā)，安裝鋼軌拱架，鋼軌間隔為0.8m，材料為7.5#角鋼，橫向角鋼安裝間距設(shè)定為2m[7]。拱架安裝完畢，及時(shí)噴施混凝土在拱架的背部，此次噴施厚度要求為20cm。隨后安裝漿砌片石，厚度為1cm，鋪設(shè)緩沖渣層，厚度要求為1.5m。在此之后鋪設(shè)無紡布以及防水板，及時(shí)完成坍塌位置的二次襯砌，以此增加穩(wěn)固性。對于塌方區(qū)域較小的隧道施工地點(diǎn)，則需要將支護(hù)位置清理好，尤其是坍塌區(qū)域的腔壁，初期支護(hù)安裝完畢，科學(xué)設(shè)計(jì)防水板，根據(jù)實(shí)際坍塌情況完成坍塌區(qū)域的二次澆筑。這期間注意，拱架底部位置，需提前應(yīng)用混凝土進(jìn)行填充處理，確保地層扎實(shí)的基礎(chǔ)上，還要設(shè)置防水層，要求護(hù)拱厚度必須達(dá)到1m，隧道坍塌區(qū)域全部用棄渣或者其他填充材料填充密實(shí)，增加周圍護(hù)壁安全性。

3.有效整治洞身塌方

公路隧道施工中，隧道施工中洞身如果出現(xiàn)塌方，根據(jù)塌方量，制定控制塌方的方案，還要做好相鄰地段的支護(hù)工作，以此確保隧道塌方相鄰地段的穩(wěn)定。這期間還要及時(shí)進(jìn)行進(jìn)尺清渣，立即清除隧洞中的危石，馬上采取鞏固措施，完成混凝土施噴，增加公路隧道穩(wěn)固性[8]。及時(shí)對出現(xiàn)塌方位置進(jìn)行監(jiān)控，所有隧道塌方整治工作都必須做到循序漸進(jìn)。隧道動(dòng)身如果出現(xiàn)過大的塌方，清除危石以及混凝土施噴后，還要對塌方位置進(jìn)行掛網(wǎng)，增設(shè)鋼支撐，從而在洞身整體形成封閉環(huán)，增加隧道受力體面積。洞身表面如果出現(xiàn)沉陷等情況，一定要及時(shí)進(jìn)行夯實(shí)處理，提前將注漿管預(yù)埋，同時(shí)還要處理好隧道排水問題，及時(shí)搭設(shè)防雨棚。設(shè)置支架，應(yīng)用鋼筋焊接的方式，將整個(gè)洞身連為一體。第一時(shí)間將塌渣處理，一定要做到隨時(shí)挖掘隨時(shí)安裝支撐架，以此保證隧道穩(wěn)固性與公路隧道施工安全性。

4.洞口塌方事故處理

公路隧道施工中，洞口坍塌情況十分常見，尤其是施工工藝選擇出現(xiàn)問題或者操作不當(dāng)，都會(huì)造成洞口開裂，甚至出現(xiàn)下沉或者坍塌情況。這方面問題的解決，需要提前進(jìn)行地質(zhì)勘查，嚴(yán)格按照“早進(jìn)洞、晚出洞”的要求，制定洞口施工方案，合理應(yīng)用施工中的火攻材料，以此降低振動(dòng)對洞口的影響。在此基礎(chǔ)上還要重視洞口關(guān)鍵位置的監(jiān)測，采用混凝土明拱的方式鞏固公路隧道洞口，保證公路隧道施工安全。

結(jié)束語：綜上所述，公路隧道施工中，坍塌事故如果不能有效解決，隧道施工質(zhì)量受到影響，安全性下降。針對公路隧道施工情況，及時(shí)分析出現(xiàn)塌方的原因，做好施工監(jiān)測，從洞身到洞口均進(jìn)行加固處理，以此有效預(yù)防隧道施工塌方，提高隧道施工安全。