談隧道施工中塌方的預防與處治措施

湯 萍

(山西遠方路橋(集團)有限責任公司,山西 大同 037006)

談隧道施工中塌方的預防與處治措施

湯 萍

(山西遠方路橋(集團)有限責任公司,山西 大同 037006)

論述了隧道塌方的危害性，從水文地質條件、隧道設計、施工方法等方面，分析了隧道施工中發生塌方的主要原因，并探討了預防和治理隧道塌方的措施，旨在保障隧道施工的安全進行。

隧道，塌方事故，斷裂帶，預防措施

0 引言

現代社會對于隧道施工質量的要求不斷提高，而隧道施工難度越來越大，地質條件日趨復雜。隧道施工的規模和地質條件的復雜性對隧道施工技術以及安全性的要求越來越高，例如在隧道施工中由于地質應力過大而導致地質不穩，地溫過高影響隧道施工強度，隧道內部結構不穩定問題等都是引發隧道塌方的主要因素，也是隧道施工中常見的問題。為此在隧道施工各個階段進行塌方監測，及時采取預防措施，施工中一旦發現有可能塌方第一時間保證人員安全，及時分析塌方可能產生的原因，有針對性的采用合理的施工方案。

1 隧道塌方的主要危害

隧道在實施或操作過程中由于外部環境或施工技術的影響，出現頂部和側面或隧道末端的部分巖石、外觀石、土巖、混凝土層有一定面積的塌陷或剝落下降的現象。引發隧道塌方的因素眾多，隧道塌方在時間上也存在較大的不確定性，導致隧道塌方事故的危害性也非常大，一旦發生隧道塌方事故將引起嚴重的事故。在隧道建設期間，除了給建筑工人帶來生命安全威脅，也導致施工周期延長，造成施工成本的增加。另外在后期實際運營過程中，隧道塌方事故在給人們帶來生命財產威脅的同時也會給社會造成不良后果，影響社會的穩定性。事故頻發主要是由于隧道施工塌方監測技術尚不成熟，理論研究還缺乏實踐檢驗，項目施工企業對隧道施工中塌方監測技術的重視程度不高等。

2 發生塌方的主要原因

隧道開挖時可能由于自然因素或人為因素導致塌方。其中自然因素包括巖層類型及強度、巖體受力狀態、地下水的情況；人為因素則體現在不符合地質條件的設計，以及不適當的施工方法上。

2.1 不良的水文及地質條件

1)隧道穿過斷裂帶地層結構，或處于斷層錯動地段，機械開挖造成地質結構應力不均，導致巖層結構遭受破壞，易引發塌方事故。如果地層結構過于松散，巖層顆粒的膠結強度低，機械設備開挖過程中松軟地質很容易出現大面積的塌方。

2)隧道穿越地層厚度不足的地區，如丘陵淺層、沿河傍山、溝谷地帶等，由于地層厚度難以吸收應力，極易出現大范圍的塌方。

3)地下水作用也是造成隧道塌方的重要因素。地下水降低了巖層軟弱夾層的強度，稍加外力極易導致滑塌事故。

2.2 隧道設計不恰當

1)隧道施工選址時對當地地質結構的分析存在漏洞，未發現地質結構松散地段。

2)對施工當地水文條件探測不到位，導致施工設計忽視地下水作用。

2.3 施工方法和措施不當

1)隧道施工方法與當地地質條件不相適應；出現頂部和側面或隧道末端的部分巖石、外觀石、土巖、混凝土層有一定面積的塌陷或剝落下降的現象。施工支護不恰當，或“先拆后支”的方法，導致地質層暴露時間過長，都可能導致周圍巖土結構的變化，造成塌方事故。

2)施工前測量并未嚴格按照標準規范執行，導致測量數據不全面，影響施工決策的準確性。

3)爆破炸藥量計算不準確，導致地質震動過大，對塌方危險的檢測不到位，危石處理不當，造成巖層塌方事故。爆破用藥量過多，震動過大。對危石檢查不及時、不重視，處理危石措施不當，引起巖層坍塌。

4)噴錨支護方法錯誤或不及時，降低支護質量。

3 隧道施工中塌方的預防措施

3.1 斷裂帶塌陷

斷裂崩塌是最常見的隧道塌方事故，而當前針對斷裂崩塌事故檢測的技術多以斷層破碎帶檢測為主，通過檢測斷層關鍵參數來確定斷層出現的位置，這是因為斷層破碎帶的應力較為集中，而受到地質條件的影響，很容易出現斷層破碎現象，給施工安全帶來較大的隱患。

在地質結構不穩定的區域應采取“先排水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測”的施工流程，加強對不穩巖層的支護，強化安全防護措施。

3.2 隧道隧洞內的斷層破碎帶識別與辨認

隧道的斷層和斷層破裂帶標識和識別,與地面地質調查和審查故障對斷層的辨認基本類似，如果根據故障的識別，除了地貌標志,在地上地質調查在斷層形成的識別標志、如隧道巖石構造、礦物質分布特征等都可以作為判斷隧道應力斷層的依據。有些地段甚至清楚表現在地面上,非常明顯，容易觀察。斷層破裂帶滑坡的判斷和預警,主要包括故障斷裂帶滑坡影響因素分析,巖體斷層破裂帶破碎的前兆，準確識別斷層的早期檢測，及早發現問題。

3.3 塌方的預測

在做好隧道安全施工的同時，加強對隧道塌方征兆的監測也是非常重要的，需要在隧道施工的全過程進行塌方預測，目前常用的方法包括以下幾種：

1)觀察法。在隧道施工過程中實施探孔技術對巖層結構及水文狀況進行檢測與分析，同時根據隧道掘進程度進行地質結構素描，用于判斷有無塌方的可能性。

在隧道塌方預測中對圍巖結構的監測十分關鍵，通過測量圍巖應力變化，檢測支護結構是否穩固，可以對圍巖的節理裂隙情況進行判斷，并從洞壁松動、噴射混凝土的掉落情況來判斷地表結構是否出現下沉問題。

2)一般量測法。指對參考點的應力變化、位移情況進行數據采集，及時發現變化異常特征，并對是否存在塌方可能進行預測。

3)微地震學測量法。微地震監測技術是觀察和分析小地震事件對生產活動的影響，微地震技術是基于聲發傳播原理進行檢測，將微震監測技術劃分為指標數據采集、微震源成像和反向演化分析等環節。在指標數據采集過程中搜集的信號波形特征可以作為分析隧道斷層及附近巖石應力狀態的核心參數，用于表征隧道應力變化的趨勢及預測隧道塌方破壞程度。微地震監測有其獨特的優點：首先它可以直接確定巖石斷裂的位置和性質，由于它利用地震波信息，其傳感器可分布于遠離巖體破壞的地區，從而確保監控系統能長時間運行而不被破壞；其次監測覆蓋的面積非常廣。

4)聲學測量法。通過檢測巖層聲波變化來分析巖層應力狀態，預測塌方的可能性。

以上針對塌方的檢測方法都是從塌方征兆檢測分析著手，以防患于未然的方法降低塌方事故出現的幾率。

隧道施工初期應加強支護質量，在挖掘過程中根據操作規范及時完成噴錨支護，并根據現場施工需求采取早強錨桿或早強噴射混凝土，以強化支護效果，提升隧道巖層的穩定性。

4 隧道施工中塌方的處治措施

若隧道塌方事故出現，施工人員應在第一時間撤離施工現場。負責人員及時調查塌方的原因，并制定合理有效的應急處置方案。

1)處理塌方應先加固未塌地段，防止繼續發展。對于開洞高度較低，延伸長度較短的隧道項目，首先應對洞體兩端進行加固處理，采取錨噴聯合支護對側面和頂部巖層結構進行加固，穩固巖層支架后清理殘渣，拆除臨時支架。

對于開洞高度高，而塌渣數量較大的隧道項目，塌渣全部封堵洞口時應及時采取支護，并探測塌穴的位置和規模，采取注漿加固方法封堵渣體，待結構穩定后再按照先上后下的順序清理渣體，盡快完成洞體的襯砌。

當隧道施工地質結構不良，導致塌方出現冒頂時，應在陷穴口周圍及時打設地表錨桿，并采取鋼架支撐等進行加固。

當洞口塌方延伸到地表層，應采取暗洞明作的策略，避免塌方進一步擴大。

2)在處理塌方事故時應加強對地下水的防排工作。引截地下水防止對塌方區域造成侵蝕，避免出現二次塌方。

a.巖層地表下沉或出現裂縫，應采用不透水土壤夯實結構，并防止地下水滲入塌方區域。

b.塌方體存在地下水活動時，應及時引流地下水。

c.塌方通頂時，塌方區域回調高度要高于地表，并用不透水黏土封堵回填口，四周開發排水通道，用防水布遮蓋陷穴口。

3)塌方出現后必須增加檢測強度，增加監測點數，根據實時監測數據調整施工方案。

4)根據塌方地段規模和地質特點加強襯砌。塌方規模較小，可以用干砌片石及時封堵塌穴，如果塌方區域較大，則必須在回填一定量干砌片石后，用鋼支撐加固周圍巖層。對于特大塌方事故，應開展專項應急處置方案。

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[5] 楊新安，黃宏偉.隧道病害與防治[M].上海：同濟大學出版社，2003.

Discussion on collapse preventing and processing measures in tunnel construction

Tang Ping

(ShanxiYuanfangHighway&Bridge(Group)Co.,Ltd,Datong037006,China)

The thesis discusses tunnel collapse hazards, analyzes major collapse causes in tunnel construction from aspects of hydrological conditions, tunnel design and construction method, and explores measures of preventing and processing tunnel collapse, with a view to guarantee tunnel construction safety.

tunnel, collapse accident, fault zone, preventive measures

1009-6825(2017)03-0180-02

2016-11-16

湯 萍(1979- )，女，工程師

U458.3

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