淺談隧道塌方原因、防治和處理措施

徐兆明

（中交第三公路工程局有限公司交通軌道分公司， 北京 100000）

1 隧道塌方及其危害

1.1 隧道塌方

塌方事故主要是因為隧道掌子面或已開挖未襯砌段因圍巖自穩能力差，支護措施又不夠，造成圍巖坍塌，或者是隧道掘進過程中，不了解前方地質情況，當遇到不良地質段時，圍巖失穩，造成塌方。

1.2 塌方的危害

隧道一旦發生塌方事故，后果將非常嚴重，主要體現在兩個方面：一是會危及洞內人員的生命安全，損壞機械設備。由于塌方事發突然，作業人員和機械設備有可能沒來得及撤離就可能被塌方體掩埋了，洞內空間狹小，救援困難，因此被困人員的傷亡率很高，設備受損嚴重。二是造成較大的社會影響，一旦發生塌方事故，往往會面臨停工、罰款、追責等處罰，對施工單位的社會形象產生負面影響。

2 塌方產生原因

隧道塌方的原因主要有地質原因、設計原因、施工原因等。

2.1 地質原因

地質條件對隧道工程有重大影響的大。因技術手段的制約，施工時對地質情況的了解不準確。現在的公路、鐵路雙線隧道的跨度較大，如遇到斷層、溶洞、地下水、承壓水、軟巖夾層、地質破碎帶等不良地質時，圍巖的整體性差，自穩能力弱，在地下水的作用下，很容易造成隧道塌方。

2.2 設計原因

隧道設計時，需要進行地質勘測，以便掌握隧道的地質情況，對圍巖級別作出準確評判并選擇合理的支護參數，但實際工作中，受自然條件和交通條件的限制，有些地質勘測工作無法進行，只能用工程類比法對隧道地質進行估判，容易與實際地質產生偏差較大。

2.3 施工原因

施工隊伍的管理水平低，整體素質差，風險意識弱，施工措施不當，注重進度輕視安全是造成隧道塌方的重要原因。主要有以下幾點：①安全意識淡薄，施工過程中，蠻目搶進度，圍巖變化后，仍然不改變施工方法和支護措施；②沒有作好光面爆破，超欠挖嚴重，巖面凹凸不平，造成圍巖因應力集中而發生塌方；③開挖進尺過長，沒有及時施作初期支護，開挖面到仰拱和二襯步距過大，圍巖暴露時間過長而失穩；④不按設計要求施工，偷工減料，沒有作好支護措施，如鋼架間距過大、錨桿長度、數量不夠、噴混凝土厚度不夠等。

3 塌方防治措施

3.1 掌握地質情況，正確判定圍巖級別

設計階段要按要求進行地質勘探，勘探資料完整準確，能全面反映隧道地質情況，對隧道地質作出準確的判定。對設計階段不能進行地勘的地段，在施工過程中，要重點關注，運用各種手段，提前進行地質預報，并根據地質預報資料，進行動態設計，避免給施工留下隱患。

3.2 選擇合理的施工方法

施工方法不當是引起塌方的直接因素，施工前要認真審核設計圖紙，對隧道可能發生塌方的地段，要有相應預防措施并作好必要的應急準備。根據隧道工期要求、地質條件、人員素質和設備配置情況等選擇合適的施工方法。當隧道穿過地下水發育，不良地質段時，通過改變開挖方式，縮小開挖斷面，調整支護參數來預防塌方的發生。如采用分臺階小段面開挖，減少單次炸藥用量，減輕對圍巖的擾動，嚴格控制循環進尺，加強初期支護并及時施作，加快仰拱和二襯施工，盡早封閉穩定圍巖。

3.3 嚴格按照新奧法組織施工

新奧法是采用光面爆破進行隧道開挖，充分發揮了圍巖的自穩能力。對圍巖及時進行初期支護，在圍巖的自穩能力與初期支護共同作用下，有效控制圍巖的變形。并通過監控量測分析圍巖和支護的變形趨勢來指導隧道設計和施工。“光面爆破、初期支護和監控量測”是新奧法隧道施工的三大要素。

3.3.1 實施光面爆破

實行光面爆破能有效地控制超欠挖，使隧道周邊能形成規則的輪廓線，防止了圍巖因開挖面凹凸不平而產生應力集中，不但能為初期支護提供了良好的工作面，減少初期支護的工程量，也能減少對圍巖的擾動，提高圍巖的自穩能力。

3.3.2 作好初期支護和超前支護

作好隧道的超前支護和初期支護，能對隧道塌方進行有效預防。超前支護能對不良地質形成支護棚架，對松散圍巖進行注漿，可加強圍巖的整體性。隧道開挖后，應力會重新進行分布，局部圍巖會松馳變形，因此及時對圍巖進行支護，有效限制圍巖的變形，對預防圍巖的塌方就非常重要。根據不同級別的圍巖，應該采取相應的支護措施。可選用的措施有管棚，小導管注漿及格柵（型鋼）鋼架，網錨噴支護等。管棚、小導管要控制好角度和方向，不能侵入隧道開挖輪廓線，也不能上挑過多而失去棚架的作用。錨桿要垂直穿過巖層面，通過錨桿將各巖層串在一起，鋼架要緊貼巖面。網錨噴支護要及時跟進到掌子面，不能讓圍巖暴露時間過長而失穩，噴混凝土一次不到位時，要及時進行補噴，確保支護效果。

3.3.3 監控量測和地質預報

監控量測也是新奧法施工的重要內容之一。通過監控量測，并對變形數據進行處理分析，可了解圍巖的變形情況，預測圍巖的變形趨勢，判斷支護措施是否合理。如果支護措施不當，可及時對支護參數進行調整，科學指導施工。

加強超前地質預報，特別是地下水的預報，對于預防隧道塌方有著十分重要的意義。通過超前地質預報，可提前掌握隧道前方是否有不良地質，圍巖結構是否完整，地下水是否發育。能有效預防隧道突泥、涌水、瓦斯等極端災害性事故的發生，大大降低隧道發生地質災害的概率，也為動態設計提供地質依據。超前地質預報在保障隧道施工安全、縮短工期、控制成本等方面有重要作用，具有重大的經濟效益和社會效益。

3.4 作好地下水的治理

“治坍先治水”，地下水的流動能軟化圍巖，加劇塌方的發展，因此要對水采用“防、排、截、堵”的方法進行處理。隧道可能發生或已經發生大量涌水時，就要采取順坡排水或機械抽水措施疏排地下水，也可采取對圍巖預注漿以封堵地下水等治理措施。

3.5 加強觀察，提前預防塌方

塌方事故雖然事發突然，但在發生前，一般都會出現一些塌方預兆，施工過程中要加強觀察分析。如洞內不時有小塊巖石掉落，初期支護發生裂縫，且裂縫越來越大；洞內地下水流量突然變大，顏色由濁變清，說明裂隙中的充填物已基本被沖走了；洞頂滴水位置不定，說明圍巖壓力在快速增加，變形正急劇加速，發生塌方的可能性越來越大。對于異常情況，要認真分析，作好預防。在實際過程中，還有許多塌方預兆，只要認真觀察總結，塌方是可以預防的。

4 塌方處理

塌方發生后，應立即停止施工，將人員和機械設備撤離到安全位置，防止損失進一步擴大，并馬上啟動應急方案。對塌方應調查清楚原因，根據調查結果制定合理的處理方案。如果塌方處治措施不正確，還可能會造成二次塌方。

塌方處理遵循“瞻前顧后”的原則。先對后方未塌方段進行加固處理，防止塌方繼續發展，擴大損失。

4.1 小塌方的處理

小塌方按“小塌清，先支后清”的原則處理。利用塌方間隙時間，抓緊處理。在清理前，在塌方體上方設置臨時支撐，必要時也可噴混凝土作臨時支護。在確保安全的前提下，邊清理邊支護。各后續支護措施要加強并緊跟。可采取增設型鋼鋼架，加大錨桿長度和數量，增加噴射混凝土厚度等支護措施，對鋼架背后因塌方造成的空洞要用混凝土或漿砌片石回填。

4.2 大塌方的處理

塌方較大時，按“大塌穿，先棚后穿”的原則處理。較大塌方發生后，如果按小塌方的處理措施繼續清理塌方體，可能會造成進一步塌方。應對圍巖用管棚方式進行支護，同時將塌方體視為松散堆積體，對塌方體進行注漿，使塌方體固結成一個整體，在管棚的掩護下清理塌方體，邊清理邊施工初期支護，塌方段的初期支護要比設計要求更強，以對圍巖形成更強的支撐。

塌通天是隧道塌方的的一種極端情況。塌通天后，還要進行地表塌陷穴口的處理，將穴口回填密實，封閉并作好排水系統，防止雨水浸泡塌陷穴口。塌方處理完成后，盡快進行襯砌施工，盡早封閉。

當隧道塌方特別大，處理時間長，工期又很緊張時，為保證工期，還可以選擇挖迂回導坑，避開塌方段直接進入隧道前方，同時進行塌方處理和正洞施工。迂回導坑位置選擇時，要認真分析比較各種不利因素，避免在迂回導坑施工過程中又發生塌方。

5 結束語

隧道塌方關系到員工的生命安全和企業的社會聲譽，必須引起高度重視。因此作好隧道塌方的預防工作非常重要，施工過程中，設計單位要配合施工單位作好動態設計，優化設計方案。要遵守新奧法的要求，綜合運用各種措施，合理組織，科學施工，預防塌方事故的發生。當塌方發生后，要制定切實可行的處治方案，安全高效處理塌方，確保隧道的施工安全。