談公路隧道塌方的原因及預防與處理措施

李建平

(朔州路橋建設有限責任公司，山西 朔州 036000)

0 引言

隨著我國公路事業(yè)的迅速發(fā)展，低等級、高等級公路隧道越來越多，而建設過程中公路隧道大大小小的塌方，輕則給施工帶來很大經(jīng)濟損失，重則造成了人身傷亡事故，甚至是特大質(zhì)量安全事故。因此，必須通過預防公路隧道塌方對公路隧道塌方原因進行分析，制定有效可行的預防措施，一旦塌方，應有合理的處理措施。

1 公路隧道塌方的原因分析

公路隧道較鐵路隧道而言，斷面較大，尤其是通過不良地質(zhì)地段，更易產(chǎn)生塌方事故。隧道開挖時，導致塌方的原因有多種，歸結(jié)為自然因素及人為因素兩種。自然因素，即地質(zhì)狀態(tài)，受力狀態(tài)，地下水變化等。主要是地質(zhì)和水文地質(zhì)的突然變化引起的人為因素，及不適當?shù)脑O計或者是不當?shù)氖┕ぷ鳂I(yè)方法。發(fā)生塌方的主要原因如下:

1)不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的原因。

a.由于隧道穿過斷層及其破碎帶或者薄層巖體的小褶曲，錯動發(fā)育地段，堆積體、軟弱構(gòu)造面時，開挖時潛在應力迅速釋放，圍巖失穩(wěn)造成掉塊、塌落。

b.隧道穿越底層覆蓋薄，比如:沿河傍山段、偏壓地段、溝谷凹地淺埋段和丘陵淺埋地段，都容易發(fā)生塌方現(xiàn)象。

c.水又是塌方的主要原因之一，地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用，加劇巖體的失穩(wěn)，塌落，巖石軟硬相間或由軟弱導致軟弱夾層的巖體，由于地下水的作用導致軟弱面的強度降低，從而發(fā)生滑坍現(xiàn)象。

2)隧道設計原因。

a.隧道選址時，由于地質(zhì)調(diào)查不夠詳細，也沒有詳細的分析，沒有查明可能塌方的各種因素，沒有繞開本可以繞避的不良地質(zhì)地段。

b.缺乏詳細的地質(zhì)資料及水文地質(zhì)資料，導致施工方案的失誤，引起塌方。

3)施工方法及措施不當?shù)脑颉?/p>

a.若施工方法與地質(zhì)條件不相適應時，易發(fā)生塌方，比如地質(zhì)條件不符合全斷面開挖時，采取全斷面開挖。

b.當?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時，沒有及時改變施工方法，仍然采用原方案中的施工方法，如圍巖從巖體變?yōu)橥馏w時。

c.錨噴支護不及時，鋼支撐架立不符合要求、噴射混凝土質(zhì)量不符合要求導致塌方。

d.地層暴露過久，引起圍巖松動，風化，導致塌方。

e.圍巖爆破用藥量過多，由于強爆破的震動引起塌方。

f.對圍巖存在的危石不重視、不及時、處理措施不當引起塌方。

g.采用新奧法施工，未按照規(guī)定進行監(jiān)控量測或者信息反饋不及時，引起決策錯誤，措施不當引起塌方。

h.偷工減料現(xiàn)象嚴重，比如設計的超前支護沒有支護，系統(tǒng)錨桿不打設或不按設計打設造成塌方。

2 公路隧道塌方預防的設計措施

1)設計階段，勘察單位要提高勘察精確度，對工程的水文地質(zhì)條件，周邊環(huán)境情況必須調(diào)查充分，保證勘察資料的真實性，尤其要對地質(zhì)條件復雜可能對整個工程的危害要有詳細說明。而設計單位更要嚴格按照工程建設的強制性標準設計，在因地質(zhì)復雜而有可能滑坡、坍塌的工程，設計中必須有專門的安全防護設計，方可有效預防特殊地質(zhì)引起的塌方。

2)隧道設計應該是動態(tài)設計及施工設計完成后不是一成不變，應以施工中的監(jiān)控量測信息及時修正設計，調(diào)整支護系數(shù)，使設計更合理。

3 公路隧道塌方預防的施工措施

1)對預防塌方來說，選擇合理的施工方法及措施很重要。因此，要以實際的水文、地質(zhì)、地貌、環(huán)境情況，編制專項施工技術(shù)方案和安全措施，并要對方案進行評審，使施工方案更科學、合理。在掘進到地質(zhì)不良圍巖破碎地段時，應采取“先排水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測”的施工方法。

2)要加強對塌方的預測。

要保證施工作業(yè)安全，及時發(fā)現(xiàn)塌方的可能性及出現(xiàn)的征兆，根據(jù)不同情況控制塌方的措施，在施工階段進行塌方預測，預測塌方的方法有:

a.一般量測法。通過監(jiān)控量測按時量測觀測點的位移、應力，對實測數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)不正常的受力，位移狀態(tài)，必須重視及有可能導致塌方。

b.觀察法。在公路隧道的掘進工作面采用鉆探法對地質(zhì)情況、水文情況探測，同時對掘進工作面進行地質(zhì)掃描，分析判斷掘進前方有無可能要發(fā)生塌方;定期和不定期的觀察洞內(nèi)圍巖的受力及變形;檢查支護結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了較大的變形;觀察巖層的層理，節(jié)理裂隙是否變大，坑頂或坑壁是否松動掉塊;噴射混凝土是否發(fā)生脫落;地表是否下沉等。如果出現(xiàn)如下征兆，隧道即可能出現(xiàn)塌方:監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反映的圍巖變形速率或者數(shù)值超出容許范圍。噴射混凝土產(chǎn)生縱、橫向的裂紋或龜裂且較長。鋼支撐發(fā)生變形甚至斷裂。隧道拱頂，側(cè)墻出現(xiàn)掉塊或者鋼支撐間隙不斷露出碎石等。巖石的層理、節(jié)理縫、裂隙等變大或張開。隧道滲水，滴水突然加劇或者變渾濁。隧道壁面擠壓變形，且能聽到異常聲響。

c.微地震學測量法和聲學測量法。微地震學采用利用地震測量原理制成的靈敏專用儀器，聲學測量法，通過測量巖石的聲波分析確定巖石的受力狀態(tài)，預測塌方。以上三種預測塌方的方法，均可體現(xiàn)隧道的塌方征兆，對出現(xiàn)的征兆應高度重視，并采取強有力的措施處理，避免塌方的現(xiàn)象發(fā)生。

3)要加強初期支護、控制塌方。

初期支護質(zhì)量的好壞，直接影響到隧道的整體穩(wěn)定性。開挖后應及時進行噴錨支護或噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護，并應考慮采用早強噴射混凝土。早強錨桿和鋼支撐支護措施，能有效防止隧道局部坍塌，提高隧道整體質(zhì)量。

4 隧道塌方的處理措施

隧道一旦塌方應及時處理，防止塌方范圍擴大。

1)隧道發(fā)生塌方后，應詳細觀察塌方范圍、形狀、塌穴的地質(zhì)構(gòu)造，查清楚造成塌方的原因以及地下水活動的情況，經(jīng)分析后制定出處理方案。2)處理塌方時先加固未塌地段，處理方法如下:a.小塌方，縱向延伸不長、塌穴不高;先加固塌體兩端洞身，并抓緊噴射混凝土或采用噴射聯(lián)合支護封閉塌穴頂部。再進行清理，在確保安全的前提下，也可在塌渣上架設臨時支架，穩(wěn)定頂部，然后清理。b.大塌方，塌穴高，塌渣數(shù)量大，塌渣體完全堵住洞身時，宜采取先護后挖的方法，當查清塌穴規(guī)模大小和穴頂位置后，采用管棚法和注漿固結(jié)法穩(wěn)固圍巖體和渣體，使其基本穩(wěn)定后，按先上后下的順序清除渣體，采用短進尺、弱爆破、早封閉的原則挖塌體，盡快完成襯砌。c.塌方冒頂，在清渣前應支護陷穴口，地層極差時，在陷穴口附近地面打設地面錨桿，洞內(nèi)可采用管棚支護和鋼拱架支撐。d.洞口塌方，可采用暗洞明作的辦法。

5 結(jié)語

隧道塌方事故的發(fā)生往往造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失，這些警示人們應高度關(guān)注隧道的施工安全，施工中要把塌方防治作為“重中之重”的工作來抓，只要充分認識了隧道的地質(zhì)條件，嚴格按照設計及規(guī)范施工，做到“科學管理，精細施工”，隧道塌方是可以避免的，隧道塌方的原因為自然因素和人為因素，但人為因素更為重要，只要從管理上下大功夫，以“科學管理”為宗旨，加強技術(shù)管理，能有效預防隧道的塌方。一旦隧道塌方，更要制定科學可行的施工處理方案，力求及早處理，不留后患。

[1] JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTG/T D70-2010，公路隧道設計細則[S].

[3] 劉永志.鳳凰山隧道塌方處理技術(shù)[J].山西建筑，2011，37(1):176-177.