高速公路隧道施工塌方原因及控制措施探討

高建平 鄭明強(qiáng)

摘要：高速公路中的隧道工程是施工的重點(diǎn)，隧道在施工中經(jīng)常會(huì)發(fā)生塌方事故，塌方的危害比較大，不僅會(huì)影響高速公路隧道的施工進(jìn)度，還會(huì)造成人員傷亡，隧道施工中需掌握塌方的原因并落實(shí)控制措施，這樣才能保障隧道施工的順利實(shí)施，因此，本文主要探討高速公路隧道施工中塌方的原因及相關(guān)控制措施的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道;塌方

Abstract： Tunnel engineering in highways is the focus of construction. Collapse accidents often occur in the construction of tunnels. Collapse are relatively harmful， which will not only affect the construction progress of highway tunnels， but also cause casualties. It is necessary to master the causes of collapse and implement control measures to ensure the smooth implementation of tunnel construction. Therefore， this article mainly discusses the causes of collapse in highway tunnel construction and the application of related control measures.

Keywords： Highway; tunnel; landslide

一、前言

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，高速公路得到高效的建設(shè)，高速公路中的隧道工程比較多，隧道施工時(shí)要做好安全控制的工作，主要是預(yù)防塌方。塌方對高速公路隧道的影響非常大，高速公路隧道施工的過程中，影響隧道施工的原因比較多，再加上隧道施工環(huán)境特殊，更是增加了塌方發(fā)生的概率，隧道工程中一定要預(yù)防塌方，控制好隧道施工的過程，保障隧道施工的順利實(shí)施。

二、高速公路隧道施工塌方的風(fēng)險(xiǎn)

高速公路隧道中地質(zhì)復(fù)雜，增加了施工塌方的發(fā)生概率，高速公路隧道施工中發(fā)生塌方后會(huì)產(chǎn)生非常大的破壞性。

（一）塌方會(huì)破壞施工現(xiàn)場

干預(yù)原本設(shè)計(jì)好的工程方案，墜落的塌方巖體會(huì)砸壞施工現(xiàn)場及設(shè)備，最主要的是無法保障施工現(xiàn)場施工人員的安全性，直接威脅著施工人員的生命安全[1]。

（二）工期風(fēng)險(xiǎn)

塌方后必然會(huì)增加工期，需先處理塌方再繼續(xù)施工，延長工期的同時(shí)耗費(fèi)了成本，無法保障施工時(shí)能把控好成本分配。

（三）二次塌方的風(fēng)險(xiǎn)

塌方具有突發(fā)性和不確定性的特征，一處發(fā)生塌方后，緊接著可能會(huì)再次發(fā)生塌方，增加了現(xiàn)場塌方的發(fā)生概率。

三、高速公路隧道施工塌方的原因

本文匯總了幾點(diǎn)高速公路隧道施工中引發(fā)塌方的原因，隧道塌方基本都是由這幾點(diǎn)原因引起的。

（一）地質(zhì)原因

地質(zhì)是高速公路隧道塌方的主要原因，隧道塌方受地質(zhì)影響較為明顯，而且地質(zhì)類型不同造成的隧道塌方類型也明顯不同。隧道中溶洞、滑坡、泥石流、斷層等地質(zhì)原因都會(huì)誘發(fā)塌方風(fēng)險(xiǎn)，施工時(shí)如果未能注意到這些地質(zhì)因素的干擾，就有很大的可能發(fā)生隧道塌方[2]。高速公路施工時(shí)應(yīng)該提高對地質(zhì)原因的重視度，隧道施工前組織全面的地質(zhì)勘查工作，掌握隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)之后制定預(yù)防隧道塌方的方案，降低隧道塌方的發(fā)生概率，改善隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而維護(hù)高速公路隧道施工的穩(wěn)定性。

（二）滲漏原因

隧道附近的地下水會(huì)存在滲漏問題，而滲漏原因是隧道塌方中不能忽視的一項(xiàng)原因[3]。地下水容易侵入到隧道巖石結(jié)構(gòu)內(nèi)，隧道上方的土層中含有大量地下水就會(huì)誘發(fā)滲漏，地下水越豐富，滲漏的概率就會(huì)越大，無法保障隧道巖體的穩(wěn)定程度，從而還會(huì)削弱隧道巖層的強(qiáng)度，致使隧道不具備足夠的耐壓能力，當(dāng)隧道開挖的過程中超過巖層的耐壓標(biāo)準(zhǔn)后，就會(huì)引起隧道塌方。

（三）設(shè)計(jì)原因

隧道施工設(shè)計(jì)中不能全方位的了解整個(gè)隧道巖層，隧道設(shè)計(jì)中存有部分未知的信息，特別是隧道水平、垂直大深度位置，再加上隧道工程中含有很多隱蔽性工程，這就說明隧道設(shè)計(jì)也會(huì)誘發(fā)塌方事故。隧道塌方的設(shè)計(jì)原因中，資料不全、調(diào)查不詳細(xì)、參數(shù)不準(zhǔn)確等因素，都是需要重點(diǎn)注意的，這些因素誘發(fā)隧道塌方的概率非常大，直接影響隧道施工設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用。

（四）施工原因

高速公路隧道施工的難度很大，施工操作不當(dāng)也是會(huì)引起隧道塌方的。列舉隧道塌方中的幾點(diǎn)施工原因：

1.隧道所在的巖層中地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型較多，當(dāng)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖層打通穿越時(shí)就會(huì)在連接位置產(chǎn)生大量的碎石，施工時(shí)破壞了巖層的穩(wěn)定性，連接位置的碎石不斷掉落，這時(shí)就很容易產(chǎn)生塌方。

2.隧道施工的過程中遇到斷層時(shí)，斷層巖層的穩(wěn)定性差，斷層不斷地發(fā)生碎石掉落的情況，誘發(fā)隧道塌方[4]。

3.隧道施工中的不良巖層或者有巖爆情況的巖層都會(huì)產(chǎn)生塌方，雖然隧道施工中會(huì)進(jìn)行巖石勘探，但是無法做到細(xì)微的調(diào)查，對巖層缺乏精準(zhǔn)的判斷，在隧道施工的過程中就存在很大的概率發(fā)生塌方。

四、高速公路隧道施工塌方的控制

高速公路隧道施工塌方控制時(shí)可以從洞口塌方控制、初期塌方控制和隧道塌體控制三個(gè)方面進(jìn)行，對其做如下分析。

（一）洞口塌方控制

隧道開挖時(shí)洞口塌方是比較常見的，洞口位置缺乏控制措施就會(huì)引發(fā)不同類型的塌方[5]。

1.洞口塌方控制要根據(jù)實(shí)際的情況組織相關(guān)的方法，洞口塌方的類型基本為中小型，塌方控制時(shí)可以按照從上到下的順序?qū)嵭校@樣能夠防止洞口塌方的規(guī)模再次擴(kuò)大。

2.清理完洞口塌方之后要露出洞口坡面，組織刷坡卸載的工作，施工人員運(yùn)用噴錨網(wǎng)處理洞口坡體，加固洞口坡體結(jié)構(gòu)。

3.洞口塌方位置的細(xì)節(jié)控制，仰坡面位置上使用漿砌片石擋土墻，用來抵御塌方產(chǎn)生的外力，確保洞口位置土體的穩(wěn)固性。

洞口塌方控制時(shí)應(yīng)該遵循加固到處理的原則，也就是根據(jù)洞口塌方的具體情況組織加固措施，再安排塌方處理措施，避免再次發(fā)生塌方。高速公路隧道中也有洞口塌方比較嚴(yán)重的情況，針對這類情況可以選用挖臺(tái)階的方式修復(fù)，清理好洞口塌方產(chǎn)生的土體碎渣，緊接著運(yùn)用噴錨網(wǎng)，加固洞口的整體，保護(hù)好隧道洞口。

（二）塌方初期控制

隧道塌方初期控制是指在隧道發(fā)生塌方的初期階段組織控制措施，全面控制住塌方，防止塌方繼續(xù)擴(kuò)大[6]。本文以某案例為分析對象，探討塌方初期控制措施的應(yīng)用。

該案例是全長為87.23 km的高速公路，隧道是雙向四車道分離式結(jié)構(gòu)，隧道左側(cè)隧洞的長度是58901 m，右側(cè)隧洞的長度是58902 m，寬度為16 m，高度是5.3 m，隧道施工前期做了地質(zhì)勘察，勘察中發(fā)現(xiàn)該隧道需要穿越18條破碎帶，并且有豐富的地下水，該工程隧道施工時(shí)在隧道的左側(cè)拱腰位置發(fā)生了塌方，如下圖1所示，隧道撐子面的前方位置有大量的突水突泥事故，主要是因?yàn)樗淼朗┕r(shí)產(chǎn)生了較大的爆破壓力，原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)失衡，誘發(fā)了突水突泥事故，經(jīng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)塌方位置有不良地質(zhì)，誘發(fā)了地下水突水突泥，塌方在隧道左側(cè)產(chǎn)生了將近2700 m2的巖石堆并有大量泥水混合物，覆蓋在了撐子上，隧道左上方有空腔，該案例發(fā)生塌方后現(xiàn)場的施工人員迅速組織了初期控制，具體的操作為：施工人員封閉了塌方的區(qū)域，采用超前探測和善后處理的方法解決突水突泥的問題，加固了后方的土體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場調(diào)查了塌方的實(shí)況并計(jì)算了塌方的寬度與高度，評估塌方位置的穩(wěn)定性，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算后可以判斷塌方基本處于穩(wěn)定的狀態(tài)，接下來再檢查破碎石塊，防止塌方后有動(dòng)態(tài)破壞的發(fā)生，組織塌方處理即可。

（三）隧道塌體控制

列舉隧道塌體控制中常用的幾類方法，這些方法專門用于處理隧道塌方問題，保障隧道結(jié)構(gòu)的安全性。

1.小導(dǎo)管注漿控制

高速公路隧道塌方后地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為破碎時(shí)可以采用小導(dǎo)管注漿技術(shù)，隧道塌方案例中，小導(dǎo)管注漿法常用于松軟地質(zhì)和小型塌方中，在塌方地質(zhì)中布置小導(dǎo)管，利用小導(dǎo)管把具有固定作用的漿液加注到塌方的土體中，小導(dǎo)管注漿法還可以與錨噴加固、鋼筋加固組合使用，以此來提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，比如某隧道塌方處理中小導(dǎo)管注漿控制時(shí)采用了噴射混凝土的方法，該案例中要求噴射混凝土的厚度是25 cm，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況加工半徑為30 cm的工字鋼拱架，開挖好上臺(tái)階之后就采用簡單小模板澆筑噴射C20的混凝土，首次噴射混凝土的厚度是25 cm，接下來逐步調(diào)整到規(guī)定的厚度標(biāo)準(zhǔn)，完成小導(dǎo)管注漿工作。

2.三臺(tái)階開挖控制

松軟地質(zhì)中可以采用三臺(tái)階開挖控制的方法，隧道中有松軟地質(zhì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)段落性的塌方，塌方位置不確定，而且塌方不連續(xù)[7]。三臺(tái)階開挖法中使用了人工風(fēng)鎬加固，適當(dāng)?shù)耐诰虺鲆恍┧降耐馏w，期間配合使用微爆破技術(shù)，清理出不穩(wěn)固的土體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場利用自卸汽車把塌方土體運(yùn)離現(xiàn)場，根據(jù)一榀拱架的距離設(shè)計(jì)進(jìn)尺循環(huán)的參數(shù)，防止隧道在擾動(dòng)下繼續(xù)塌方。

3.二次襯砌及回填

隧道塌方后的荷載極大，塌方的破壞性明顯，二次襯砌及回填技術(shù)可用于解決大范圍的塌方問題，二次襯砌能夠提高隧道外部圍護(hù)的支撐作用力，襯砌時(shí)架設(shè)鋼筋或鋼板，更能保證圍護(hù)的穩(wěn)定性，選擇塌方穴穩(wěn)定的位置組織回填，快速地完成荷載加固的工作，保障塌方處理的順利性。

五、高速公路隧道塌方的預(yù)防措施

高速公路隧道施工塌方中提出了幾項(xiàng)預(yù)防措施，用于控制隧道施工的過程，積極預(yù)防隧道塌方。

（一）落實(shí)現(xiàn)場監(jiān)測

高速公路隧道施工中為了預(yù)防塌方就要在現(xiàn)場落實(shí)監(jiān)測操作，現(xiàn)場監(jiān)測能夠及早發(fā)現(xiàn)潛在的塌方隱患[8]。隧道施工現(xiàn)場監(jiān)測的工作重點(diǎn)是支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測、圍巖監(jiān)測、支護(hù)監(jiān)測等，監(jiān)測到異常或風(fēng)險(xiǎn)都要第一時(shí)間上報(bào)，現(xiàn)場迅速組織預(yù)防措施，控制塌方風(fēng)險(xiǎn)。

（二）強(qiáng)化支護(hù)施工

高速公路隧道支護(hù)強(qiáng)化后也能降低塌方發(fā)生的概率，保障支護(hù)技術(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)，這樣才能支撐隧道的荷載壓力[9]。高速公路隧道施工中預(yù)防塌方時(shí)，可以通過調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)的方式強(qiáng)化支護(hù)方式，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，預(yù)防塌方。高速公路隧道支護(hù)強(qiáng)化措施中建議采用動(dòng)態(tài)監(jiān)控的方法，強(qiáng)化監(jiān)控測量，反饋出隧道支護(hù)施工的實(shí)況，隧道支護(hù)中經(jīng)常會(huì)遇到突變的地質(zhì)情況，動(dòng)態(tài)監(jiān)控工作中提前分析了隧道支護(hù)的參數(shù)，預(yù)警地質(zhì)突變，讓施工人員有時(shí)間制定出預(yù)防塌方的支護(hù)措施，同時(shí)做到隧道支護(hù)過程中的因地制宜，完善隧道支護(hù)強(qiáng)化的過程。

（三）預(yù)報(bào)地質(zhì)信息

高速公路隧道施工現(xiàn)場要提前預(yù)報(bào)地質(zhì)信息，以便提前發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)，為塌方的預(yù)防工作提供可靠的信息[10]。地質(zhì)信息預(yù)報(bào)工作中，采用雷達(dá)法、紅外探測法等獲取隧道地質(zhì)中的信息，預(yù)測隧道施工方案是否合理，全面預(yù)防隧道塌方。

（四）注意設(shè)計(jì)變更

隧道施工中要注意設(shè)計(jì)方案的變更，當(dāng)發(fā)現(xiàn)隧道中有異常情況時(shí)，就要正確的利用工程變更，規(guī)劃出變更設(shè)計(jì)的內(nèi)容，保障隧道施工的順利實(shí)施。

六、結(jié)束語

高速公路隧道施工中塌方事故是比較嚴(yán)重的，隧道塌方會(huì)影響整個(gè)高速公路的工程進(jìn)度，工程超期、成本增加等均是隧道塌方的風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)，高速公路隧道塌方中需全面落實(shí)控制措施，預(yù)防隧道塌方。高速公路隧道塌方中也要做好預(yù)防的工作，以此來控制好隧道施工的過程，全面預(yù)防塌方事故。

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