談公路隧道塌方的原因及預(yù)防與處理措施

李建平

(朔州路橋建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000)

0 引言

隨著我國(guó)公路事業(yè)的迅速發(fā)展，低等級(jí)、高等級(jí)公路隧道越來(lái)越多，而建設(shè)過(guò)程中公路隧道大大小小的塌方，輕則給施工帶來(lái)很大經(jīng)濟(jì)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(guò)預(yù)防公路隧道塌方對(duì)公路隧道塌方原因進(jìn)行分析，制定有效可行的預(yù)防措施，一旦塌方，應(yīng)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(guò)不良地質(zhì)地段，更易產(chǎn)生塌方事故。隧道開(kāi)挖時(shí)，導(dǎo)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(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)或者是不當(dāng)?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(guò)斷層及其破碎帶或者薄層巖體的小褶曲，錯(cuò)動(dòng)發(fā)育地段，堆積體、軟弱構(gòu)造面時(shí)，開(kāi)挖時(shí)潛在應(yīng)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(dǎo)致軟弱夾層的巖體，由于地下水的作用導(dǎo)致軟弱面的強(qiáng)度降低，從而發(fā)生滑坍現(xiàn)象。

2)隧道設(shè)計(jì)原因。

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

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

3)施工方法及措施不當(dāng)?shù)脑颉?/p>

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

b.當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，沒(méi)有及時(shí)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(shí)。

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

d.地層暴露過(guò)久，引起圍巖松動(dòng)，風(fēng)化，導(dǎo)致塌方。

e.圍巖爆破用藥量過(guò)多，由于強(qiáng)爆破的震動(dòng)引起塌方。

f.對(duì)圍巖存在的危石不重視、不及時(shí)、處理措施不當(dāng)引起塌方。

g.采用新奧法施工，未按照規(guī)定進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)或者信息反饋不及時(shí)，引起決策錯(cuò)誤，措施不當(dāng)引起塌方。

h.偷工減料現(xiàn)象嚴(yán)重，比如設(shè)計(jì)的超前支護(hù)沒(méi)有支護(hù)，系統(tǒng)錨桿不打設(shè)或不按設(shè)計(jì)打設(shè)造成塌方。

2 公路隧道塌方預(yù)防的設(shè)計(jì)措施

1)設(shè)計(jì)階段，勘察單位要提高勘察精確度，對(duì)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(shí)性，尤其要對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜可能對(duì)整個(gè)工程的危害要有詳細(xì)說(shuō)明。而設(shè)計(jì)單位更要嚴(yán)格按照工程建設(shè)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，在因地質(zhì)復(fù)雜而有可能滑坡、坍塌的工程，設(shè)計(jì)中必須有專門的安全防護(hù)設(shè)計(jì)，方可有效預(yù)防特殊地質(zhì)引起的塌方。

2)隧道設(shè)計(jì)應(yīng)該是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及施工設(shè)計(jì)完成后不是一成不變，應(yīng)以施工中的監(jiān)控量測(cè)信息及時(shí)修正設(shè)計(jì)，調(diào)整支護(hù)系數(shù)，使設(shè)計(jì)更合理。

3 公路隧道塌方預(yù)防的施工措施

1)對(duì)預(yù)防塌方來(lái)說(shuō)，選擇合理的施工方法及措施很重要。因此，要以實(shí)際的水文、地質(zhì)、地貌、環(huán)境情況，編制專項(xiàng)施工技術(shù)方案和安全措施，并要對(duì)方案進(jìn)行評(píng)審，使施工方案更科學(xué)、合理。在掘進(jìn)到地質(zhì)不良圍巖破碎地段時(shí)，應(yīng)采取“先排水、短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤量測(cè)”的施工方法。

2)要加強(qiáng)對(duì)塌方的預(yù)測(cè)。

要保證施工作業(yè)安全，及時(shí)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(jìn)行塌方預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)塌方的方法有:

a.一般量測(cè)法。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)按時(shí)量測(cè)觀測(cè)點(diǎn)的位移、應(yīng)力，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(dǎo)致塌方。

b.觀察法。在公路隧道的掘進(jìn)工作面采用鉆探法對(duì)地質(zhì)情況、水文情況探測(cè)，同時(shí)對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行地質(zhì)掃描，分析判斷掘進(jìn)前方有無(wú)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(hù)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(dòng)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(cè)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(zhǎng)。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(kāi)。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(tīng)到異常聲響。

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

3)要加強(qiáng)初期支護(hù)、控制塌方。

初期支護(hù)質(zhì)量的好壞，直接影響到隧道的整體穩(wěn)定性。開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)或噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，并應(yīng)考慮采用早強(qiáng)噴射混凝土。早強(qiáng)錨桿和鋼支撐支護(hù)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(yīng)及時(shí)處理，防止塌方范圍擴(kuò)大。

1)隧道發(fā)生塌方后，應(yīng)詳細(xì)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(dòng)的情況，經(jīng)分析后制定出處理方案。2)處理塌方時(shí)先加固未塌地段，處理方法如下:a.小塌方，縱向延伸不長(zhǎng)、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(hù)封閉塌穴頂部。再進(jìn)行清理，在確保安全的前提下，也可在塌渣上架設(shè)臨時(shí)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(shí)，宜采取先護(hù)后挖的方法，當(dāng)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(jìn)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(yīng)支護(hù)陷穴口，地層極差時(shí)，在陷穴口附近地面打設(shè)地面錨桿，洞內(nèi)可采用管棚支護(hù)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(yǔ)

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(jì)損失，這些警示人們應(yīng)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(lái)抓，只要充分認(rèn)識(shí)了隧道的地質(zhì)條件，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范施工，做到“科學(xué)管理，精細(xì)施工”，隧道塌方是可以避免的，隧道塌方的原因?yàn)樽匀灰蛩睾腿藶橐蛩兀藶橐蛩馗鼮橹匾灰獜墓芾砩舷麓蠊Ψ颍浴翱茖W(xué)管理”為宗旨，加強(qiáng)技術(shù)管理，能有效預(yù)防隧道的塌方。一旦隧道塌方，更要制定科學(xué)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(shè)計(jì)細(xì)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.