淺析公路隧道施工塌方的預(yù)防和綜合處理技術(shù)

黃水泉 周毅

【摘要】隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)以及社會的迅猛發(fā)展，公路建設(shè)里程逐年的增加，而隧道工程也隨之的普及開來。但是現(xiàn)實(shí)中存在的隧道塌方極大的威脅著公路隧道的正常使用、影響了我國的交通秩序以及社會的進(jìn)步。公路隧道施工中發(fā)生塌方事故的風(fēng)險(xiǎn)較大，隧道塌方不僅影響工程施工進(jìn)度和安全生產(chǎn)，更直接影響到隧道的施工費(fèi)用，如何減少隧道塌方，是設(shè)計(jì)和施工人員共同關(guān)心的問題，文章結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)論述了隧道塌方的原因和預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】公路隧道 塌方 預(yù)防 措施 綜合處置技術(shù)

在地質(zhì)不良的地段修筑隧道，常會遇到洞頂圍巖下塌、側(cè)壁滑動等現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生冒頂?shù)葒?yán)重事故，這些現(xiàn)象在施工中稱為塌方。塌方威脅人生安全、使施工延誤工期、圍巖更不穩(wěn)定。故在施工中應(yīng)預(yù)防其發(fā)生，發(fā)生塌方后需及時(shí)有效處理，減少塌方帶來的危害。

羅嶺隧道是廣東云羅高速公路的核心控制工程，在公路的正常運(yùn)營中起著重要的作用。使用中的隧道工程，其隧道起訖里程為LK4+840～LK6+359、RK4+855～RK6+354。

1公路隧道發(fā)現(xiàn)塔防的經(jīng)過

羅嶺隧道開挖至RK5+708車行橫道，并且完成了初支里程。但是在第二次清理及出渣工作開展時(shí)，發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)坑的右線一端出現(xiàn)塌方，考慮到洞外開始下雨，掌子面又掉塊的現(xiàn)象。于是果斷的提出停止作業(yè)，并加強(qiáng)地表的觀測。

2公路隧道特大塌方事故的原因分析

2.1設(shè)計(jì)因素

公路隧道工程設(shè)計(jì)方法主要有工程類比法、理論計(jì)算法及現(xiàn)場監(jiān)控法等，這些方法又以工程類比法運(yùn)用得最為廣泛。在設(shè)計(jì)過程中若對圍巖判斷不準(zhǔn)或情況不明，從而設(shè)計(jì)的支護(hù)類型與實(shí)際情況不相適應(yīng)，也是導(dǎo)致施工中產(chǎn)生坍塌等異?，F(xiàn)象的原因，且設(shè)計(jì)中的地質(zhì)勘查資料詳細(xì)與否也是造成施工塌方事故產(chǎn)生主導(dǎo)因素之一。

2.2地形及地質(zhì)因素

隧道工程地質(zhì)情況千變?nèi)f化，施工過程中受各種不可預(yù)見的地質(zhì)因素及地質(zhì)構(gòu)造的影響巨大。公路隧道受多變的地質(zhì)條件影響，如遇到地下水、斷層破碎帶、巖爆、瓦斯、偏壓、淺埋等條件，使施工難度大，安全性差；且公路隧道開挖跨度大，單洞三車道隧道開挖跨度達(dá)15m，形狀扁平，無疑加大了公路隧道的施工難度和塌方事故的產(chǎn)生。

2.3施工因素

有些施工單位及施工人員為了能賺取更多的利潤，甚至期盼著隧道塌方，從而增加工程數(shù)量或者設(shè)計(jì)變更以帶來更大的施工利潤。另一方面，有些施工單位抱著“地質(zhì)工作是設(shè)計(jì)人員的任務(wù)，而不是施工人員的事”的觀念致使減少甚至忽略了施工過程中的地質(zhì)勘查及超前預(yù)報(bào)工作，從而加大了隧道施工塌方事故產(chǎn)生的可能性。

2.4公路隧道淺埋段因素

淺埋段事故發(fā)生處的地質(zhì)概況為：表層的圖第四系土層，主要由較少的砂巖碎石塊以及主要的黃色亞粘土，土層的厚度為1—2m，層間的結(jié)合性較差，屬于塊碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，并且基層也屬于這種結(jié)構(gòu)。

發(fā)生坍塌冒頂?shù)囟蔚膰鷰r風(fēng)化程度較為的嚴(yán)重，完整性也較差。并且由于圍巖呈現(xiàn)碎裂散體結(jié)構(gòu)、軟泥以及亞粘土的含量較高、巖溶水含量豐富，致使亞粘土呈現(xiàn)流塑狀態(tài)，極易引發(fā)巖體的大型坍塌事故。隧道所在地區(qū)的地勢形貌較為的復(fù)雜，由山嶺、槽溝分別構(gòu)成獨(dú)立的單元。同時(shí)由于塌方的地段處于槽溝中心，地表水流豐富，致使地下水較多，槽溝部位有封閉式的貯水單元。當(dāng)隧道的施工破壞其封閉狀態(tài)時(shí)，在水的作用下就會發(fā)生坍塌。

此外，施工中由于工序安排影響，在塌方段只進(jìn)行了初期的支護(hù)，而沒有進(jìn)一步做仰拱，從而在沒有閉環(huán)的情形下，由于結(jié)構(gòu)受力而發(fā)生坍塌。

3公路隧道塌方的綜合處理技術(shù)

塌方事故發(fā)生后，要及時(shí)對塌方體進(jìn)行封閉處理，對塌方體表面噴一層25cm厚的C25早強(qiáng)噴射混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，然后進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)加固、穩(wěn)定圍巖。由于坍塌地段地表的處理較為困難，同時(shí)考慮到塌方已經(jīng)穩(wěn)定，因此制定了選擇洞內(nèi)外兩條線分別處理的方案。

3.1地表的臨時(shí)排水

在實(shí)施地表的臨時(shí)排水進(jìn)行之前，要在隧道與河流的的開挖邊界距離50m的地方設(shè)置土袋圍堰，同時(shí)也要在陷坑周圍10m處設(shè)置截水溝，其底寬0.8m、頂寬1.2m、深度為0.6m，采用復(fù)合水板作為流水的斷面。這就構(gòu)成了排水系統(tǒng)，也避免了水流洞內(nèi)。

3.2洞內(nèi)淤泥的清理

清理淤泥的平臺從洞內(nèi)塌方的尾部開始進(jìn)行設(shè)置，長度與寬度分別為30m、2.5m，另外在一側(cè)增設(shè)排水溝，排水溝的規(guī)格控制在0.5m0.3m。在清理淤泥的過程中要及時(shí)的阻止塌方突泥體的延伸，可以通過清淤平臺自身在特定范圍內(nèi)的形成的高度，同時(shí)使用隧道外棄渣來控制與治理坍塌的狀況。在不斷的推進(jìn)清淤平臺的過程中要根據(jù)淤泥的高度來實(shí)時(shí)的調(diào)整平臺的高度，以避免淤泥回復(fù)下滑或者垮塌的狀態(tài)。

3.3塌方處理總體方案

在處理、加固好未塌方段后，在做好隧道地表排水和保證安全的前提條件下，按照下列方案和工藝進(jìn)行塌方體處理。

（1）加強(qiáng)對塌方體的監(jiān)控量測：對隧道塌方范圍進(jìn)行定時(shí)、定位觀測，隨時(shí)掌握塌方體動向，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以便對圍巖穩(wěn)定進(jìn)行分析，修正和完善應(yīng)急方案。

（2）洞內(nèi)塌方影響段處理：第一、對塌方體表面噴一層25cm厚的C25早強(qiáng)噴射混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，保持塌方體穩(wěn)定。應(yīng)在塌方體下部打入Φ50mm×5mm成梅花形布置的小導(dǎo)管，對所布置的小導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行注漿處理，且在裂隙水流向處預(yù)留導(dǎo)管，以利于塌方體內(nèi)排水問題。第二、在塌方影響段內(nèi)采用Φ89mm×6mm超前注漿鋼管，環(huán)向間距分別為50cm，扇形布置，外插角為30°，長度以伸入前方穩(wěn)定巖體2m以上為宜。第三、待塌方體注漿強(qiáng)度及超前支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可對塌方段進(jìn)行開挖。第四、初期支護(hù)采用Φ50mm×5mm小導(dǎo)管（長為5m，外插角為60°），小導(dǎo)管縱、環(huán)向間距分別為1m、0.3m和掛網(wǎng)噴C25砼（厚30cm），工字鋼支撐（間距為50cm）。第五、二次襯砌比原設(shè)計(jì)加強(qiáng)加厚處理，厚度按60cm（原設(shè)計(jì)為50cm），混凝土標(biāo)號采用C30鋼筋混凝土，鋼筋直徑采用Φ22mm，間距為10cm。第六、注漿：為了保證水泥靜漿在土體中一定范圍內(nèi)擴(kuò)散，注漿材料采用C30細(xì)粒水泥漿和環(huán)氧樹脂混合料，注漿壓力為3.0MPa。施工時(shí)注漿量根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行確定。第七、初期支護(hù)完成后，仰拱、填充緊跟施作，盡快形成隧道斷面封閉成環(huán)，并要求二襯緊跟，使塌方體變形小并保證塌方體穩(wěn)定。

（3）洞頂?shù)乇硖幚恚盒拗错斔菘又苓叺慕嘏潘疁?，以阻止地表水繼續(xù)向塌方區(qū)匯集。在山體周邊表面裂縫填灌C20水泥漿（上邊大裂縫可用黏土填筑，表面再用水泥砂漿隔水），回填地表凹陷處并進(jìn)行夯實(shí)，在其上噴一層厚20cm的C20早強(qiáng)混凝土將塌方體封閉，保持地表塌方體的穩(wěn)定。

（4）塌方處理的監(jiān)控量測要求：先期監(jiān)控頻率每班監(jiān)控1次，待變形基本控制住后可改為每天1次，及時(shí)向設(shè)計(jì)代表和總監(jiān)辦匯報(bào)監(jiān)控結(jié)果，根據(jù)量測結(jié)果排后序工序施工。

4公路隧道塌方的預(yù)防

4.1設(shè)計(jì)過程中塌方的預(yù)防

隧道是典型的地質(zhì)工程，大量的理論研究和實(shí)踐表明，地質(zhì)條件是制約隧道工程施工安全、質(zhì)量、投資的關(guān)鍵因素，塌方的產(chǎn)生與地質(zhì)條件的好壞有著密不可分的關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行詳盡合理的地質(zhì)勘察是非常有必要的，這能使設(shè)計(jì)時(shí)能采取最優(yōu)的選線及合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，在施工時(shí)能引起施工單位的重視，對通過不良地質(zhì)洞段，有很好的思想、技術(shù)方案和物資準(zhǔn)備，及時(shí)采取有效的支護(hù)，預(yù)防塌方的產(chǎn)生。

4.2施工過程中塌方的預(yù)防

因設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)勘察只能從宏觀上分析整個(gè)隧道的基本地質(zhì)情況，對可能出現(xiàn)的大斷層、富水段和高應(yīng)力段無法進(jìn)行勘察，造成局部地質(zhì)資料不足，因此為確保隧道施工安全，加快隧道施工進(jìn)度，在施工中必須采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)。對可能出現(xiàn)的局部地段圍巖破碎引起的失穩(wěn)、塌方和可能遇到的斷層、涌水等都能及時(shí)預(yù)測。在提前獲得可能的不良地質(zhì)的情況下，施工單位必須采取合理的開挖和支護(hù)方法，預(yù)防塌方的發(fā)生。

5結(jié)語

隧道施工必須切實(shí)的貫徹實(shí)施“先排水、短進(jìn)尺、早封閉、快支護(hù)、勤測量”的原則，對現(xiàn)場施工進(jìn)行科學(xué)、有效的組織設(shè)計(jì)；進(jìn)行塌方處理的總原則為：快速高效、安全可靠，

以達(dá)到工程高質(zhì)量、無隱患的目的；隧道施工預(yù)防塌方非常關(guān)鍵，也關(guān)系到企業(yè)信譽(yù)、職工的生命和財(cái)產(chǎn)，必須高度引起重視，在施工中要多注意觀察圍巖情況，及時(shí)對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并在隧道施工中切實(shí)做好各種預(yù)防塌方的措施，防止塌方的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱彥鵬，何江飛，李軍.黃土公路隧道淺埋段管棚注漿支護(hù)機(jī)理及監(jiān)測分析[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，（01）.

[2]張桂生，劉新榮，胡元鑫.隧道信息化施工監(jiān)測的項(xiàng)目化管理實(shí)踐與思考[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2009，（01）.

[3]賈軍政，李圍，陳磊，李成.巖溶地質(zhì)條件下廠區(qū)公路隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)[J].重慶建筑，2010，（02）.

[4]陳秋南，趙明華，周國華，黃勝平，周應(yīng)麟.復(fù)雜層狀巖層隧道塌方原因分析與加固后信息化施工技術(shù)[J].巖土力學(xué)，2009，（03）.