高速公路隧道施工塌方成因及相關(guān)對策研究

潘天軍

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

隨著我國高速公路工程建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，隧道工程施工階段，地質(zhì)條件差的區(qū)域時有塌方問題。導(dǎo)致隧道塌方的原因有很多，通常是多種因素疊加導(dǎo)致。塌方事故會嚴(yán)重影響隧道建設(shè)的整體質(zhì)量，拖慢隧道工程建設(shè)工期[1]。為避免隧道塌方危及高速公路工程施工安全和施工質(zhì)量，需要深入探討高速公路隧道施工塌方的原因及防治對策。因此，在開工前要對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件進(jìn)行全面勘測，基于勘測結(jié)果制定更加合理的施工方案，有效防治隧道塌方，提高施工人員應(yīng)對塌方事故的能力。

1 隧道施工塌方控制的意義

塌方事故是高速公路隧道工程施工中的常見安全事故，給公路工程建設(shè)造成諸多困擾。因此，解決隧道施工塌方問題是確保高速公路工程建設(shè)順利開展的關(guān)鍵。要解決塌方問題必須先查明塌方原因，預(yù)防和處治隧道塌方事故，真正保障施工人員的安全，降低施工成本，加快施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)利潤最大化。

2 高速公路隧道施工塌方原因分析

2.1 地質(zhì)原因?qū)е碌乃絾栴}

高速公路隧道工程施工周期較長，容易受周邊地質(zhì)影響。施工時往往有不少施工場地跨越地質(zhì)斷裂帶，給隧道工程順利施工帶來負(fù)面影響。施工過程中斷層地帶局部失穩(wěn)，打破原本的承載力平衡，累積的壓力達(dá)到一定數(shù)值后就會引發(fā)隧道塌方[2]。因此，在正式開始隧道施工前應(yīng)該開展實(shí)地勘測，深入了解該施工區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造，認(rèn)真審閱施工設(shè)計(jì)圖紙、勘測資料，避免在未全面掌握地質(zhì)條件的情況下盲目施工。為避免類似原因引發(fā)隧道塌方事故需在隧道工程施工前仔細(xì)研究施工現(xiàn)場地質(zhì)情況，制定詳細(xì)的施工組織方案，總結(jié)以往類似工程隧道塌方處治經(jīng)驗(yàn)。

2.2 施工組織設(shè)計(jì)造成的塌方問題

合理的施工組織設(shè)計(jì)是保證高速公路隧道施工安全和施工質(zhì)量的前提。工程實(shí)踐中，很多隧道塌方事故都是由于施工組織設(shè)計(jì)不合理，對各種影響隧道施工的因素考慮不足導(dǎo)致的。

（1）施工前需全面深入地研究施工區(qū)域的地質(zhì)條件以及施工環(huán)境，結(jié)合實(shí)際情況制定合理的施工方案，避免因施工組織設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致隧道塌方。應(yīng)盡可能細(xì)化施工方案，充分預(yù)測施工過程中可能發(fā)生的安全事故，制定有效的應(yīng)對措施。在施工過程中必須按時、按計(jì)劃進(jìn)行施工。

（2）高速公路隧道工程屬于地下工程，整體建設(shè)規(guī)模較大。由于整個隧道工程需經(jīng)過不同地質(zhì)條件的山體，因此很難獲得完整詳細(xì)的整體地質(zhì)勘測資料?，F(xiàn)有勘探技術(shù)難以全面地了解整個隧道工程施工區(qū)域的地質(zhì)情況，這就需要施工人員具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，專業(yè)技能過硬，施工方案完善，避免隧道塌方事故的發(fā)生。

（3）施工設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備良好的專業(yè)素質(zhì)，以應(yīng)對施工設(shè)計(jì)問題。但在施工設(shè)計(jì)過程中，由于施工和地質(zhì)資料不全，存在較大的施工安全風(fēng)險，這也是導(dǎo)致高速公路隧道施工塌方事故的重要原因之一。

2.3 施工過程中造成的塌方問題

除了合理的施工方案，自然災(zāi)害等不可抗力因素也是導(dǎo)致隧道塌方的重要因素，部分高速公路隧道施工塌方事故并不是地質(zhì)原因或施工組織設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致，而是由于自然災(zāi)害等不可抗力因素導(dǎo)致的。

（1）公路隧道工程施工自然環(huán)境千差萬別，如自然環(huán)境嚴(yán)苛，部分施工材料還和外界產(chǎn)生特殊反應(yīng)導(dǎo)致材料質(zhì)量下降，影響隧道工程施工質(zhì)量，甚至引發(fā)隧道塌方。例如，部分高速公路隧道工程施工區(qū)域處于地質(zhì)活躍板塊，活動的板塊會導(dǎo)致地震、泥石流等自然災(zāi)害，給隧道施工帶來無法預(yù)測的安全風(fēng)險。

（2）開挖隧道時，如隧道周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，隧道圍巖結(jié)構(gòu)受環(huán)境影響而發(fā)生變化，難以保障施工安全，容易引發(fā)隧道塌方。

（3）嚴(yán)苛的氣候條件也是引發(fā)隧道塌方事故的重要原因，施工管理人員必須具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，以確保發(fā)生塌方事故時能夠及時有效地處治，盡量降低塌方事故的危害。

（4）除上述因素外，人為因素也是引發(fā)隧道塌方事故的關(guān)鍵因素。有些施工方為獲得更多的經(jīng)濟(jì)利益而盲目壓低施工成本，施工方案不合理，施工時偷工減料，忽視施工過程中的安全管理，施工操作不當(dāng)，容易引發(fā)隧道塌方事故。因此，高速公路隧道施工過程中須遵循施工安全規(guī)范做好施工安全管理，防止因人為因素導(dǎo)致隧道塌方事故[3]。

3 高速公路隧道施工避免塌方的處理方式

3.1 洞口避免塌方處理

（1）高速公路隧道出入口部位須進(jìn)行洞口工程施工，洞口直接承受山體縱向作用力，以確保隧道圍巖、邊坡、仰坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）隧道洞口處的塌方規(guī)模不大，處治難度相對較小，可結(jié)合隧道洞口實(shí)際情況確定是否卸載刷坡。由上而下清理洞口處塌方風(fēng)險較高部位，加固邊坡坡面。洞口結(jié)構(gòu)可采取端墻結(jié)構(gòu)、翼墻結(jié)構(gòu)等，防止隧道塌方事故發(fā)生。

3.2 易塌方地段初期處理

（1）塌方易發(fā)區(qū)域前期處治尤為關(guān)鍵，因此，應(yīng)高度重視隧道塌方易發(fā)區(qū)域的前期處治，以遏制隧道塌方事故發(fā)展。具體方法是在隧道洞身位置做襯砌圍護(hù)，襯砌材料主要為混凝土、錨桿、型鋼、鋼筋格柵等。

（2）首先隔離隧道塌方易發(fā)區(qū)域，然后對易發(fā)區(qū)域進(jìn)行加固。對于部分特殊地質(zhì)區(qū)域需根據(jù)普氏平衡拱理論進(jìn)行挖掘作業(yè)，加強(qiáng)隧道塌方易發(fā)區(qū)域監(jiān)測力度，重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如發(fā)現(xiàn)異常情況需及時采取有效措施，防止塌方的產(chǎn)生及發(fā)展。

3.3 易塌體提前處理

（1）如隧道塌方區(qū)域土體較軟，應(yīng)使用水泥砂漿填充塌方體。發(fā)生隧道塌方時應(yīng)盡快隔離塌方區(qū)域，加強(qiáng)塌方區(qū)域監(jiān)測，及時處理塌方周邊區(qū)域，防止事故進(jìn)一步蔓延。

（2）待塌方區(qū)域地質(zhì)情況趨穩(wěn)后應(yīng)制定切實(shí)可行的處治方案，盡量減少塌方對隧道圍巖結(jié)構(gòu)的影響。如塌方范圍較大，需進(jìn)行襯砌加固以確保隧道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

4 高速公路隧道施工塌方的預(yù)防控制措施

4.1 加強(qiáng)排水

（1）水具有流動性，穩(wěn)定性不如土壤，施工時水流沖刷侵蝕土體將導(dǎo)致土體密度改變，整體穩(wěn)定性降低，從而引發(fā)塌方事故。因此，應(yīng)做好施工階段的排水。

（2）施工初期，應(yīng)做好施工期間的排水設(shè)施設(shè)計(jì)，盡量減少水流對隧道土體的影響?？衫帽盟驮O(shè)備進(jìn)行“防、截、排、堵”，保證隧道不積水，邊墻、設(shè)備箱孔不滲水[4]。

4.2 短開挖，強(qiáng)支護(hù)

（1）高速公路隧道工程施工時間較長，涉及工序復(fù)雜，且每個工序之間的間隔時間較長，施工過程中挖開的巖體長時間暴露在外容易出現(xiàn)性質(zhì)改變，導(dǎo)致隧道圍巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

（2）施工時可采取短開挖，強(qiáng)支護(hù)的方式縮短工序之間的時間間隔，確保一道工序結(jié)束后迅速進(jìn)入下一道工序，實(shí)現(xiàn)工序的無縫銜接，避免巖體長期外露后結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致隧道塌方事故出現(xiàn)。

4.3 爆破控制

高速公路隧道施工中，爆破是常見的施工環(huán)節(jié)，通過施工爆破可加快施工進(jìn)度，提高施工效率。但爆破施工影響范圍大，危險性高，如控制不當(dāng)可能會導(dǎo)致隧道塌方。因此，爆破前需做好以下幾點(diǎn)：

（1）爆破前應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場情況詳細(xì)規(guī)劃爆破過程，提出合理的爆破施工方案，防止爆破操作不當(dāng)引發(fā)塌方事故。

（2）精確控制爆破炸藥用量以及爆破點(diǎn)，盡量降低爆破對周圍區(qū)域巖體及構(gòu)造物帶來的擾動，保證隧道施工安全。

（3）爆破后應(yīng)密切關(guān)注工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，統(tǒng)計(jì)地質(zhì)數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工提供可靠的數(shù)據(jù)參考。

4.4 加強(qiáng)監(jiān)測

加強(qiáng)監(jiān)測可以幫助施工人員及時掌握高速公路隧道施工情況，盡早發(fā)現(xiàn)施工安全隱患，從而避免隧道塌方事故。

（1）基于工程測量控制基準(zhǔn)開展隧道工程監(jiān)測工作，實(shí)行監(jiān)測預(yù)警制度，重點(diǎn)監(jiān)測位移參數(shù)，按照不同部位進(jìn)行分級監(jiān)控。

（2）組建專門的工程測量組，安排專人負(fù)責(zé)測點(diǎn)布設(shè)、定期測量、數(shù)據(jù)分析以及測量儀器維保等工作，及時向施工方提供測量數(shù)據(jù)。

（3）加強(qiáng)監(jiān)測以及時發(fā)現(xiàn)施工安全隱患，修補(bǔ)施工管理漏洞，全面掌握施工動態(tài)，控制施工過程，從而保障施工安全。

4.5 變更設(shè)計(jì)

高速公路隧道施工過程中應(yīng)密切關(guān)注隧道圍巖結(jié)構(gòu)變化，以及時調(diào)整施工方案[5]。

（1）高速公路隧道工程施工環(huán)境復(fù)雜多變，往往難以做到全面的施工勘測，因此，為避免盲目施工引發(fā)隧道塌方，需強(qiáng)化施工過程監(jiān)測，為施工變更設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

（2）施工方可基于施工監(jiān)測向施工監(jiān)理方申請施工設(shè)計(jì)變更，監(jiān)理方審查通過后可以對原有施工方案進(jìn)行變更。

4.6 超前地質(zhì)預(yù)報

（1）自然因素是導(dǎo)致高速公路隧道塌方的主要因素之一，利用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)情況的準(zhǔn)確預(yù)測，避免塌方事故的發(fā)生。

（2）常用地質(zhì)情況預(yù)測技術(shù)主要有探地雷達(dá)法、隧道地震波法等，可對施工現(xiàn)場地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，是預(yù)防塌方事故的有效手段。

5 高速公路隧道施工的安全管理

5.1 安全管理的保障措施

做好安全培訓(xùn)工作。目前，許多項(xiàng)目建設(shè)管理人員的專業(yè)素養(yǎng)還有待加強(qiáng)，安全知識儲備欠缺，許多專職的安全管理人員也存在著工作經(jīng)驗(yàn)不足，在實(shí)際施工過程中難以辨別風(fēng)險源，無法對風(fēng)險情況進(jìn)行動態(tài)管理。因此，應(yīng)加強(qiáng)對專職安全人員的培訓(xùn)，提升專業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)能力，培養(yǎng)能夠靈活應(yīng)對各種動態(tài)風(fēng)險的技術(shù)性人員。強(qiáng)化安全培訓(xùn)的體系管理及執(zhí)行力度，進(jìn)一步促進(jìn)安全人員執(zhí)行力的提升，將有關(guān)制度落到實(shí)處。

5.2 爆破施工安全管理

做好施工安全管理是確保爆破施工安全的關(guān)鍵，爆破施工過程中需做好爆破用品管理。爆破炸藥、引爆裝置管理不當(dāng)會嚴(yán)重威脅施工安全。

（1）爆破施工前需制定合理的爆破方案，經(jīng)施工監(jiān)理部門審核批準(zhǔn)后才能開始施工。

（2）認(rèn)真核查爆破施工人員的崗位資格，確保爆破施工人員具備爆破施工崗位資格證書，嚴(yán)禁無證上崗操作。

（3）應(yīng)加強(qiáng)爆破施工過程監(jiān)測?？捎眯滦蛿?shù)碼電子雷管，通過現(xiàn)代信息技術(shù)精準(zhǔn)監(jiān)測爆破時間、引爆裝置的使用情況。

5.3 土石方開挖作業(yè)安全管理

高速公路隧道施工包括土石方開挖作業(yè)，由于高速公路隧道往往需貫穿復(fù)雜山地，土石方開挖作業(yè)須進(jìn)行放坡。因此，土石方開挖作業(yè)安全管理直接影響高速公路隧道工程整體施工安全[6]。

（1）實(shí)地勘測施工場地周邊環(huán)境，如土石方開挖作業(yè)區(qū)有積水，應(yīng)先排出積水，施工前在土石方邊坡上方挖設(shè)截水溝、排水溝，以保證施工過程中能夠順暢排出雨水。

（2）進(jìn)行土石方開挖時應(yīng)密切關(guān)注邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，開挖前應(yīng)設(shè)置好邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測點(diǎn)，以掌握邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）加強(qiáng)隧道圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測，針對地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域需布設(shè)隧道圍巖位移監(jiān)測設(shè)備，安排專人定時采集位移數(shù)據(jù)。

（4）土石方開挖作業(yè)現(xiàn)場需安排專門的施工安全管理人員，重點(diǎn)關(guān)注施工現(xiàn)場對周邊居民的影響以及與其他施工單位施工是否存在沖突，強(qiáng)化施工安全管理，做好各施工環(huán)節(jié)的組織協(xié)調(diào)工作。

6 結(jié)論

隧道是高速公路工程中常見的構(gòu)造形式，可以確保公路交通順暢，是我國地下工程施工技術(shù)水平的集中體現(xiàn)，有助于提升我國道路交通基礎(chǔ)設(shè)施整體質(zhì)量。為防止高速公路隧道塌方事故的發(fā)生，應(yīng)深入分析隧道施工塌方形成原因，并提出相應(yīng)的控制對策。該文對高速公路隧道施工塌方原因進(jìn)行了深入分析，探討了避免高速公路隧道施工塌方防治方案，對類似工程具有參考價值。