高速公路隧道塌方成因與控制措施研究

摘 要：本文簡要介紹了高速公路隧道塌方產(chǎn)生的危害，并闡述了隧道塌方產(chǎn)生的原因，然后分別從施工、監(jiān)測、處置等方面總結(jié)出了隧道塌方有效控制措施，最后結(jié)合實例工程，對隧道塌方預防及控制處理措施進行了研究，以期為高速公路隧道塌方的預防與處置提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道塌方;控制措施

中圖分類號：U452.+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）01-0001-03

0 引言

在公路建設(shè)高速化發(fā)展、高速公路施工技術(shù)愈加成熟的今天，隧道工程成為了公路建設(shè)的重點，雖然隧道建設(shè)成績卓著，然而由于受到發(fā)展時代較短等因素的限制，公路隧道工程建設(shè)中會因施工規(guī)劃設(shè)計缺乏合理性、施工操作不規(guī)范或管理經(jīng)驗不充足等問題而出現(xiàn)塌方事故。

1 公路隧道塌方產(chǎn)生的危害

高速公路隧道塌方是一項危害嚴重、損失巨大的事故，極易導致施工人員遭受健康損害或生命威脅，會影響整體工程施工質(zhì)量，或是導致工期拖延，也會因返修而增加施工成本，從而影響高速公路效能的如期展現(xiàn)。此外，一旦高速公路出現(xiàn)隧道塌方事故，可能會引發(fā)不良的社會影響，會使群眾陷入恐慌，影響搶救效率增加搶救成本。因此，高速公路建設(shè)中要加強對隧道工程的重視，通過有力舉措避免塌方問題發(fā)生，從而減少由此所帶來的危害。

2 公路隧道塌方的誘發(fā)成因

2.1 規(guī)劃設(shè)計因素

高速公路建設(shè)中會受到多種因素的影響，由于隧道修建時常會同時跨越不同的山體或穿越多種類型的地形或地質(zhì)，若是前期勘察不全面、測量統(tǒng)計不精準，則會影響施工規(guī)劃設(shè)計的合理性與可行性，從而會為后期施工遺留安全隱患，也會影響施工質(zhì)量，或是導致塌方事故出現(xiàn)。塌方事故的產(chǎn)生，與規(guī)劃設(shè)計的關(guān)聯(lián)十分緊密，人工勘測模式下，會因氣候、技術(shù)等多方因素影響勘察的精準性，基于不精準的數(shù)據(jù)規(guī)劃出的施工設(shè)計方案，是引發(fā)塌方事故的主要誘因[2]。

2.2地質(zhì)條件因素

公路隧道工程施工中需要穿越地層，因而會對地質(zhì)情況產(chǎn)生一定的擾動，并且不同工程的地質(zhì)情況并不一致，若是未能于施工前做好地質(zhì)勘測，在地質(zhì)情況了解不足的前提下開展施工便可能引發(fā)隧道塌方問題。經(jīng)過考察分析發(fā)現(xiàn)，施工區(qū)域存在地下水流時，塌方事故的發(fā)生率較高。歷史發(fā)生的塌方事故中50%都是由地下水所引發(fā)的，這是由于水流的沖擊會引發(fā)地質(zhì)變化，會逐漸侵蝕巖石，從而使土層密度降低，且水流會沖走土壤填充物，并逐漸弱化巖石硬度，這些問題的出現(xiàn)均會使高速公路隧道出現(xiàn)塌方事故[3]。

2.3施工因素

施工材料選用時，若是未能將施工現(xiàn)場的氣候條件、地質(zhì)情況納入考量，可能會出現(xiàn)所選用施工材料與施工環(huán)境不契合的問題，會因施工材料問題導致施工質(zhì)量達不到規(guī)定標準，甚至引發(fā)塌方事故。同時，施工方存在為節(jié)約施工成本而私自降低材料等級或減少用量的情況，或是簡化施工流程、施工操作不按規(guī)范進行，這些問題也是引發(fā)公路隧道塌方的重要誘因。此外，隧道挖掘時可能會破壞附近巖石結(jié)構(gòu)，導致實際施工環(huán)境與設(shè)計不相符，進而會引發(fā)塌方事故[4]。

2.4管理因素

公路隧道工程施工過程通常管理要求相對嚴格，若是施工企業(yè)為保障施工效率而忽視了施工管理，會因施工管理不夠規(guī)范而引發(fā)材料問題、施工操作問題。若是管理人員不夠注重施工人員安全意識、質(zhì)量意識的樹立，未實施安全維護管理，情況預報管理實施不到位，或是因管理疏忽或管理不積極，而使施工人員產(chǎn)生消極的施工態(tài)度，會因細節(jié)關(guān)注度不高而使小問題逐漸積累成大問題，從而引發(fā)塌方事故。

2.5主觀因素

通常隧道塌方事故發(fā)生后，施工方會得到遠高于施工收益的補救款，一些施工者可能會期望塌方事故發(fā)生。同時，施工中管理人員認識塌方事故規(guī)避屬于設(shè)計人員的職責，未于施工過程中及時預報安全隱患，進而導致隧道塌方。此外，因塌方事故極易發(fā)生，施工方已司空見慣，因而并不夠重視對塌方事故的預防，或是未能做好塌方預防措施，也會導致塌方事故發(fā)生率的增加[5]。

3高速公路隧道施工塌方控制處理的具體方法及保障措施

3.1控制處理方法

3.1.1 隧道洞口塌方控制方法

公路隧道洞口出現(xiàn)不同類型的塌方時，要采用差異化的方法進行控制與處理。應(yīng)遵循加固為主、塌方土體處理為輔的原則，結(jié)合洞口塌方嚴重程度選擇適合的控制方法，以免出現(xiàn)二次塌方事故。

（1）中小型隧道洞口塌方處理。中小型隧道洞口的塌方，應(yīng)按照自上而下的順序?qū)λ襟w進行全面清除，使洞口塌方坡面可充分暴露，并根據(jù)坡面具體情況通過刷坡卸載方式進行處理，之而再由上至下在仰坡上安裝噴錨網(wǎng)，從而增強仰坡的穩(wěn)固性。

（2）嚴重型隧道洞口塌方處理。應(yīng)利用挖臺階方法對相對嚴重的塌方洞口進行處理，應(yīng)先清除塌方殘渣，而后利用噴錨網(wǎng)加固，立足整體層面防止洞口塌方進一步擴大后，還要實施細節(jié)處理。應(yīng)在仰坡面范圍之內(nèi)修筑漿砌片擋土墻，以之作為塌方的抵御主體，為洞口土體起到一定的保護作用。

3.1.2 洞內(nèi)塌方控制方法

（1）小導管注漿法。松散地質(zhì)等土質(zhì)不佳的洞內(nèi)塌方區(qū)或塌方范圍不大的區(qū)域可應(yīng)用小導管注漿法進行處理，主要是通過預注漿對塌方土體進行加固，通常是在預注漿完成之后，利用錨噴法將混凝土噴于其上，并同時搭設(shè)鋼拱架以起到洞內(nèi)支撐作用。4D0A12F0-B024-4D33-BECF-69D19EDF0C7A

（2）三臺階開挖法。軟巖地質(zhì)或隧道段塌方區(qū)常會應(yīng)用三臺創(chuàng)開挖法進行塌方處理。開挖過程中需要人工風鎬技術(shù)，既要進行土體挖掘，還可視情況結(jié)合應(yīng)用微爆破方法，需利用自卸車輛將塌方殘渣清運出塌方區(qū)。進尺循環(huán)施工時，距離應(yīng)控制在一榀拱架大小，且要盡可能防止破壞隧道內(nèi)部的圍巖。

（3）二次襯砌加固與回填法。塌方后荷載較大時，需要利用襯砌加固與回填的方法對隧道外圍的支撐力進行提升，可將鋼筋、鋼軌等堅固材料應(yīng)用于襯砌過程當中，并利用塌穴穩(wěn)定法進行回填處理，從而實現(xiàn)對隧道的有效加固。

3.2保障措施

3.2.1加強施工技術(shù)控制

在高速公路隧道工程施工過程中需要優(yōu)先設(shè)置好排水設(shè)施，如安裝抽水設(shè)備等，及時利用排水管將坑底的積水排除。同時，要加強隧道開挖時間的把握，不同施工環(huán)節(jié)要做好銜接，避免圍巖長時間暴露，以免影響施工質(zhì)量而引發(fā)塌方事故。在巖石開挖時，應(yīng)盡量采用人工挖掘方式，盡可能減少爆破開挖形式應(yīng)用率，必須爆破時，要加強炸藥量控制，防止因用量過多使所產(chǎn)生的爆破力過大而影響附近巖石穩(wěn)定性，或因地質(zhì)條件遭到破壞而影響工程質(zhì)量。此外，加強施工審查與檢驗，做到施工項目的隨時監(jiān)察，針對排查出的問題即刻處理，將塌方隱患消除在源頭，在開挖前做好相應(yīng)的支護，增強開挖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為后續(xù)施工便利性、安全性開展提供保障。施工檢驗要針對各個施工環(huán)節(jié)展開，要做到細致排查與監(jiān)管，通過細節(jié)把控做到塌方問題的有效規(guī)避。

3.2.2重視測量及檢測

（1）提高測量精度。為避免公路隧道塌方事故發(fā)生，隧道工程施工時要做到精準測量，對施工時的具體情況進行及時播報，尤其要加強開挖段地形地質(zhì)的分析。

（2）提高監(jiān)測管理水平。管理及監(jiān)測人員要具備高度安全意識，具備良好的監(jiān)測與管理能力，要針對存在的隱患問題提前制定好預防應(yīng)對方案，并要做好塌方事故原因引發(fā)原因分析，并針對所出現(xiàn)的塌方事故展開及時的搶修處理。

（3）嚴格執(zhí)行檢測標準。要遵循國家規(guī)范標準實施檢測，確保施工流程契合施工要求，可在整體方向不偏離的基礎(chǔ)上適當創(chuàng)新。

3.2.3隧道塌方后處理措施

（1）加強塌方后維護。出現(xiàn)隧道塌方事故后，應(yīng)通過塌方維護措施的實施避免塌方范圍擴大，可加強現(xiàn)有支撐保護措施，做好事故區(qū)周邊的加固，加固方式可選用搭設(shè)支撐架，也可利用混凝土材料加固，加固過程中重點關(guān)注石頭開裂處的加固處理。

（2）及時清理廢渣與回填。若塌方事故未涉及較大范圍，應(yīng)于支撐完成后對所產(chǎn)生的廢渣進行清理。若施工范圍較大，因產(chǎn)生塌方廢渣量過大而形成堆體，則可針對堆體展開澆筑，再利用鉆孔設(shè)備破碎后再進行清運。廢渣清理過程中要做好積水排除。塌方段支撐加固完成且塌方段處于穩(wěn)定狀態(tài)時，可利用混凝土等材料對塌方區(qū)域進行回填處理。

4高速公路隧道塌方的控制實例分析

4.1 工程概況

某高速公路工程的設(shè)計時速是每小時100 km，公路共設(shè)有四個車道，主線整體式及分離式路基寬度分別為26 m與13 m，橋梁半幅寬設(shè)計為12.5 m，以公路I級作為橋梁設(shè)計荷載，除特大橋的洪水頻率為1/300之外，其他橋涵及路基的洪水頻率均為1/100。本工程需開挖294萬m3的路基，填方工程為180萬m3，棄方與借方量分別為117萬m3與4.8萬m3。工程主線之上共需設(shè)置37道涵洞，需建設(shè)橋梁數(shù)為15座，橋梁長度共計1 776 m。工程含有三聯(lián)現(xiàn)澆箱梁，設(shè)置一處停車場及一個互通式立交，樁基數(shù)為403根，要提前預制458片小箱梁，并要建設(shè)一座510 m的隧道。

4.2 隧方塌方預防措施

通過分析本工程隧道施工的特點，結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果，綜合山體環(huán)境，在識別現(xiàn)場危險源之中，對可能出現(xiàn)塌方的隧道段制定了應(yīng)對措施，以危險源發(fā)生概率為根據(jù)做出了相應(yīng)的預防措施，希望通過危險源控制規(guī)避塌方事故出現(xiàn)。

（1）撤離危險區(qū)：塌方事故發(fā)生時所在人員及設(shè)備均須在第一時間撤出危險區(qū)，由施工作業(yè)班組長負責及時做出撤離指令，以免施工人員健康受損或機械設(shè)備遭到破壞。同時，應(yīng)結(jié)合塌方險情的嚴重程度，根據(jù)報告流程逐級向上匯報。

（2）現(xiàn)場考察：若有人員或機械設(shè)備被埋于塌方之下，應(yīng)在圍巖穩(wěn)定的狀態(tài)時通過及時防護措施的實施，對遇險人員進行施救，或挖出被埋設(shè)備。以應(yīng)急領(lǐng)導小組作為搶救隊伍，若救護搶險工作量大，則酌情增加施救人員。大規(guī)模塌方時，應(yīng)派遣專業(yè)工程技術(shù)人員親臨現(xiàn)場實施考察，了解塌方程度，分析穿頂或其他險情是否存在，并及時向監(jiān)理單位匯報。

（3）現(xiàn)場救治遇險受傷人員：被埋或受傷人員應(yīng)及時撤出危險區(qū)，在空氣流通且安全的區(qū)域?qū)嵤┈F(xiàn)場救治，給予止血、包扎等救治措施。之后向醫(yī)院轉(zhuǎn)送，派遣專人負責護送傷員，全程觀察傷者情況并向醫(yī)院說明具體情況。

（4）塌方成因調(diào)查及事故處理：塌方事故發(fā)生后應(yīng)對事故現(xiàn)場加以保護，通過詢問現(xiàn)場作業(yè)人員了解塌方發(fā)生原因，在塌方原因合理分析的基礎(chǔ)上處理利用對應(yīng)性方法處理塌方圍巖，從而控制塌方以防事態(tài)擴大，做到工程損失的盡可能降低，并及時將事故損害情況匯報給上級。對違章操作引發(fā)塌方事故的人員給予嚴格的懲處。

4.3 塌方監(jiān)測方法

（1）觀察開挖面。每次開挖完成后，應(yīng)于混凝土初噴之前進行開挖面觀察，在地質(zhì)情況穩(wěn)定的情況下每日觀察一次即可，主要觀察內(nèi)容是工作面的地質(zhì)變化以及水文情況，并要對開挖面略圖進行繪制，做好工作面狀態(tài)記錄，并對圍巖級別進行判定，填寫在相應(yīng)表格或記錄卡上。通過影像資料分析及時掌握地質(zhì)情況較為復雜區(qū)域的圍巖惡化情況并針對性做出處理應(yīng)對。

（2）初期支護區(qū)觀察。每日對初期支護區(qū)實施一次塌方監(jiān)測，重點觀察錨桿安裝位置、查看安裝方向，了解灌漿的飽滿度情況，檢查墊板是否出現(xiàn)松動，還要檢查混凝土噴射厚度是否符合要求，并對圍巖貼合是否緊密進行排查，了解鋼架定位的準確性，查看鋼架與圍巖之間的貼合度。4D0A12F0-B024-4D33-BECF-69D19EDF0C7A

（3）監(jiān)測隧道洞外。應(yīng)將隧道外洞口處及洞身淺埋段作為監(jiān)測重點，通常第三日觀察一次即可，若施工區(qū)臨近洞口、或雨季施工時，則應(yīng)每日觀察一次，主要觀察洞口處的地表變化，監(jiān)測地表沉陷，了解邊坡、仰坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，還要關(guān)注與分析地表水的滲透情況變化，并對這些監(jiān)測內(nèi)容進行詳細記錄。

5結(jié)語

公路隧道塌方事故是一項影響交通正常運行、易損害車輛駕駛員及乘客的重大安全隱患，一旦發(fā)生可能引發(fā)人員傷亡或財產(chǎn)損失。由于公路隧道塌方誘因較多，為避免塌方事故發(fā)生應(yīng)從公路隧道工程規(guī)劃設(shè)計伊始便著手進行預防與控制，要做到各個環(huán)節(jié)的謹慎、認真對待，確保設(shè)計合理可行、施工操作規(guī)范有序、應(yīng)用材料規(guī)格適宜用量充足、施工管理全面細致，并應(yīng)于塌方事故發(fā)生后做到及時維護、廢渣清除與回填，還要強化測量與檢測，以降低塌方事故產(chǎn)生的影響與危害。

參考文獻

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Research on Causes and Control Measures of Highway Tunnel Collapse

HE Jianfei

（Henan Expressway Design Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan? 450000）

Abstract： This article first briefly introduced the hazards of highway tunnel collapse， and explained the causes of tunnel collapse， and then summarized the effective control measures of tunnel collapse from the aspects of construction， monitoring， and treatment. Finally， combined with the example project， the tunnel Collapse prevention and control measures have been studied in order to provide reference for the prevention and treatment of highway tunnel collapse.

Keywords：? expressway; tunnel collapse; control measures

收稿日期：2021-12-10

作者簡介：賀健飛（1977—），女，河南扶溝人，研究生，研究方向：公路項目設(shè)計及養(yǎng)護管理、高級經(jīng)濟。4D0A12F0-B024-4D33-BECF-69D19EDF0C7A