公路隧道塌方誘因及處治技術(shù)研究

張玉軒

（中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶，400000）

在通常情況下，公路隧道塌方是由多種因素引起的，隧道塌方不僅會影響整個工程的質(zhì)量，還會延長工期，給施工企業(yè)造成極大的經(jīng)濟損失。本文主要探討公路隧道塌方的誘因，并提出幾點處治技術(shù)，僅供參考與借鑒。

1 公路隧道塌方的分類與類型

1.1 公路隧道塌方的分類

按照公路隧道塌方塌腔高度和塌方體積來分類（如表1 所示），主要可以分為小塌方、中塌方和大塌方這三種類型。

表1 ：塌腔高度和塌腔體積分類

1.2 公路隧道塌方的類型

（1）危巖滑動型。危巖滑動型多發(fā)生于硬巖或者較為堅硬的巖體中，這主要是由于巖體的結(jié)構(gòu)面在相互交切的過程中會破壞巖體的穩(wěn)定性。加之，在開挖振動和地下水等因素的共同影響下，滑動剪切力>抗滑力，進而導(dǎo)致巖體面出現(xiàn)滑落，形成危巖。（2）松散介質(zhì)垮落型。松散介質(zhì)垮落型多發(fā)生于松散巖石和軟弱的破碎巖層中，有時也會受到溶洞、采空區(qū)等塌方體的影響導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方。同時，圍巖強度低、承載力小，在開挖之后如果沒有得到及時的支護，其在重力的作用下就會發(fā)生位移，最終導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方。（3）軟巖蠕變形（如圖1 所示）。軟巖蠕變形多發(fā)生于頁巖、片巖等的低強度和高膨脹的巖石中，雖然在塌方之前軟巖蠕變形會有一段較長的過渡期，但當(dāng)軟巖應(yīng)力超過臨界值后，就會突然加速，最終導(dǎo)致隧道塌方[1]。（4）硬巖巖爆型。硬巖巖爆型多發(fā)生于巖體強度高的脆性巖體中，當(dāng)巖體達到一定的限度之后就會瞬間發(fā)生破壞，進而導(dǎo)致隧道塌方。

圖1 軟巖蠕變形塌方示意圖

2 公路隧道塌方誘因

2.1 地質(zhì)條件

公路隧道是集線狀隱蔽和穿越性于一體的工程項目，在具體的施工過程中通常會受到地質(zhì)因素影響概率較大。也就是說：如果在沒有完全了解工程項目地質(zhì)條件的情況下便進行施工，十分容易出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象。故此，需對工程項目的地質(zhì)條件進行深入分析和研究。據(jù)統(tǒng)計：從以往的公路隧道塌方的原因來看，大約有一半以上的塌方事故都是由于沒有深入了解工程項目的地質(zhì)條件而引起的。其中最重要的一個因素就是地下水的存在，因為地下水會改變地質(zhì)、會改變土層的密度，同時在侵蝕巖石的同時還會降低巖石的硬度，進而沖刷掉土壤中的填充物，這是造成公路隧道塌方的一個主要誘因。

2.2 勘查設(shè)備

在公路隧道施工過程中，有時會由于勘察設(shè)備陳舊、操作方法不當(dāng)?shù)鹊囊蛩責(zé)o法對工程項目所在的區(qū)域?qū)嶋H情況進行詳細的勘察。因此，在設(shè)計階段也就無法建立較為全面的檔案資料，進而也就無法準(zhǔn)確地評估隧道內(nèi)的富水、瓦斯、斷層以及巖爆等不良的地質(zhì)現(xiàn)象。同時，公路隧道作為一項隱蔽性的工程，一條較長的施工隧道有可能會跨過幾座山體、多種地質(zhì)構(gòu)造以及地質(zhì)單元等。誠然，由于目前我國的地質(zhì)勘察設(shè)計水平依然處于發(fā)展的時期，無法完成對公路隧道內(nèi)埋深較大洞段的監(jiān)測。因此，在公路隧道的施工過程中勘查設(shè)備的原因也會導(dǎo)致塌方事故的發(fā)生。

2.3 施工過程

在公路隧道施工過程中，還會受施工材料、圍巖支護以及管理不善等諸多因素的影響，使得公路隧道施工過程變得極其復(fù)雜。因此，需要對以上幾個方面的因素進行綜合考慮。（1）施工材料的購買。施工材料的購買要綜合考慮工程項目所在地的地質(zhì)、水文、氣候等的因素，如果施工材料選擇不合適，就會使得公路隧道的建設(shè)質(zhì)量大打折扣。（2）隧道的開挖。在隧道的開挖過程中，周圍的巖石結(jié)構(gòu)十分容易遭到破壞，可能會與設(shè)計的預(yù)期有所出入，因此要及時對圍巖進行支護，避免塌方事故的發(fā)生。（3）管理不善。公路隧道施工企業(yè)有時會由于管理不善出現(xiàn)偷工減料的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)不僅會降低公路隧道的施工質(zhì)量，還會導(dǎo)致塌方的發(fā)生[2]。除此之外，公路隧道施工企業(yè)過于注重施工的速度，進而忽略了安全管理工作。安全管理的不嚴(yán)格就會導(dǎo)致施工人員出現(xiàn)安全意識薄弱，出現(xiàn)的小問題也不對施工人員進行相應(yīng)的處罰，更對工程項目中存在的安全隱患置之不理，小問題積少成多變成大問題，最終導(dǎo)致塌方事故的發(fā)生。

2.4 氣象水文

在公路隧道施工過程中，還會受到自然界中的風(fēng)化、降雨等因素的影響導(dǎo)致巖石的強度變低，進而引發(fā)塌方事故的發(fā)生。其中，風(fēng)化會降低巖石結(jié)構(gòu)的強度，比如隧道的淺埋圍巖、洞口仰坡等，導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定性下降引發(fā)塌方事故；降雨對對公路隧道塌方的影響是最嚴(yán)重和最直接的，比如暴雨、連陰雨都會導(dǎo)致塌方的發(fā)生。其中，由于暴雨和連陰雨形成的地表水和地下水位的上漲都會導(dǎo)致圍巖的穩(wěn)定性下降，巖體出現(xiàn)軟化并變形，其承載力下降進而引發(fā)塌方。

3 公路隧道塌方處治技術(shù)研究

3.1 大管棚處治技術(shù)

大管棚處治技術(shù)指的是在公路隧道施工的施工過程中開挖一個高度為1～1.5m 的管棚工作室。但是，在對管棚進行開挖時，不僅會加劇塌方現(xiàn)象的出現(xiàn)，還會形成嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象，導(dǎo)致施工人員的安全無法得到根本的保證。塌方的主要物體為碎石土，其黏結(jié)性能差、結(jié)構(gòu)松散，鉆機的鉆進方向難以對其進行準(zhǔn)確控制，造成鉆機方向出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致渣塌下沉，影響公路隧道施工質(zhì)量。因此，需要通過大管棚處治技術(shù)加大對公路隧道施工質(zhì)量的控制，切實提高巖體結(jié)構(gòu)的強度，有效避免鉆機偏差問題，保證大管棚處治技術(shù)可以滿足公路隧道建設(shè)需求，降低和減少塌方事故的發(fā)生。

3.2 小導(dǎo)管注漿處治技術(shù)

小導(dǎo)管超前注漿處治技術(shù)的優(yōu)勢是無須開挖工作室，該處治技術(shù)不僅施工速度快且操作方便簡單，可以實現(xiàn)多臺鉆機同時進行鉆孔施工，雖然注漿施工次數(shù)較多且鋼管的安裝數(shù)量也多，但小導(dǎo)管超前注漿處治技術(shù)卻具有施工靈活和柔韌性好的特點[3]。同時，小導(dǎo)管超前注漿處治技術(shù)可針對公路隧道地質(zhì)條件不好的區(qū)域進行隨時補注，保證圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。但是，在運用小導(dǎo)管超前注漿處治技術(shù)時，應(yīng)當(dāng)對施工現(xiàn)場的實際情況進行全面分析與勘察，并要綜合考慮施工的經(jīng)濟性和安全性等方面的因素，制定針對性的塌方處理方案，嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行小導(dǎo)管超前注漿施工，以此消除公路隧道施工過程中不良地質(zhì)條件的影響，保證后續(xù)施工的順利推進，提高公路隧道的安全性與可靠性，防止塌方事故的發(fā)生[4]。

3.3 超前回填體處治技術(shù)

（1）塌方回填體加固。鑒于以往公路隧道內(nèi)塌腔區(qū)已回填到位和塌方體積較大的緣由，應(yīng)當(dāng)先在塌方回填的表面噴射一層早強混凝土將塌方體進行封閉，混凝土的厚度應(yīng)為20cm，強度因為C25，并在塌方體上設(shè)置一定數(shù)量的排水孔[5]。為了保證塌方回填體的穩(wěn)定，還應(yīng)當(dāng)在塌方體的表面打入小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用梅花形布設(shè)，間距為：100*100cm、長度為：6m，直徑為：Φ50mm，在小導(dǎo)管內(nèi)采用C30 雙液注漿，以此穩(wěn)固塌方體，進而保證公路隧道塌方體的穩(wěn)定性。（2）塌方區(qū)的探測進行加固。①利用超前探測技術(shù)對塌方體的上方進行探測，以此探明塌方體上方空洞的大小。②利用超前管棚探孔進行進一步探測，以便準(zhǔn)確掌握塌方體上方空洞的分布范圍。③從塌方體后方瞄準(zhǔn)塌方空洞的位置分別打入2 根鋼管，鋼管的直徑應(yīng)為Φ108mm，一根在上部，一根在中部，再向中部鋼筋管內(nèi)注入C25 混凝土對其進行填充，此時上部鋼管會排出在填充混凝土?xí)r擠壓出來的空氣，直至上部鋼管注滿混凝土?xí)r，方可停止。④塌腔回填的厚度應(yīng)當(dāng)大于開挖線的6m 為宜，如果空洞較小，應(yīng)當(dāng)全部填滿，保證空洞內(nèi)空洞回填的密實度[6]。（3）加強初期支護和二級補強。待塌方回填加固處理完成之后，還需要對塌方區(qū)后方的影響范圍進行初期支護和二級補強。初期支護和二級補強應(yīng)當(dāng)遵循以下兩個原則：①如果隧道內(nèi)塌方體后方的影響區(qū)已經(jīng)完成施工的初期支護沒有出現(xiàn)變形，或者是已變形但＜5cm，便可以利用小導(dǎo)管對塌方體后方的影響區(qū)進行注漿加固。②如果公路隧道內(nèi)塌方體后方的影響區(qū)已經(jīng)完成施工的初期支護出現(xiàn)了變形，并＞5cm，則可以利用徑向小導(dǎo)管對塌方體后方的影響區(qū)進行注漿加固，小導(dǎo)管的花型、間距、長度以及直徑同上[7]。

3.4 超前瞄桿支護技術(shù)

采用自進式瞄桿（Φ76cm）對公路隧道完成超前支護工作，每一個瞄桿的環(huán)向距離應(yīng)當(dāng)為20cm，傾角應(yīng)為10-15°之間，瞄桿的端部樁號應(yīng)當(dāng)為YK56+035，入巖長度應(yīng)≥2m，鉆進瞄桿時，要通過注漿的形式對容腔內(nèi)的泥土進行加固[8]。

3.5 倒排地下水處治技術(shù)

在對公路隧道掌子面進行開挖的過程中，待仰拱開挖結(jié)束后，還需要根據(jù)鉆孔的揭露情況，將排水管預(yù)埋于底部，預(yù)埋管的直徑應(yīng)當(dāng)為10cm，以此減小破碎帶水系對隧道的破壞程度。與此同時，為了保證掌子面的穩(wěn)定性，還應(yīng)當(dāng)注意泵送混凝土進行空腔的回填。除此之外，還應(yīng)當(dāng)在穩(wěn)定后的圍巖上設(shè)立角撐架，對于滲水的裂隙通過填補灌漿的方式對其進行封閉，以此減少下滲地下水[9]。

4 公路隧道塌方的處理措施

公路隧道中的各種不安全因素才會導(dǎo)致塌方事故的出現(xiàn)，因此在對公路隧道塌方的處理過程中，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的安全質(zhì)量保證措施。具體可以從以下幾個方面做起：（1）對于參加公路隧道的施工人員，要對其進行定期的安全教育培訓(xùn)，提高施工人員的安全意識。（2）對于公路隧道塌方處理所使用的材料，必須是經(jīng)過檢測后的合格材料，否則一律不得使用。（3）加強對塌方段圍巖的監(jiān)測，于每3 米設(shè)置一個監(jiān)測點，一開始每4 個小時監(jiān)測一次，并記錄在冊，并隨時掌握圍巖的變化情況，采取針對性的措施，確保公路隧道的安全與可靠[10]。

5 結(jié)語

綜上所述，公路隧道如果發(fā)生塌方事故，不僅會給施工人員的生命帶來威脅，還會給施工企業(yè)造成巨大損失。因此，作為公路隧道施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)深入對工程項目的所在區(qū)域進行深入的調(diào)查與研究，制定合理的施工方案，并加強在施工過程中各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，應(yīng)用先進的塌方處治技術(shù)，提供公路隧道的安全性與可靠性，降低和減少塌方現(xiàn)象的產(chǎn)生。