公路工程隧道施工塌方治理技術研究

孫良蕊

（菏澤鑫盛路橋公路工程有限公司，山東 菏澤 274000）

1 工程概況

某公路隧道全長1080m，160m為其埋深最大值，單洞屬于雙向雙車道，14.66m為隧道凈寬，7.8m為隧道凈高。由于構造運動的強烈影響，隧址區中部形成斷裂破碎帶。依照鉆探結果顯示，破碎帶發育構造角礫巖或斷層泥，與斷層帶相近部位的灰巖存在溶蝕情況。原設計當中，隧道K3+882-K3+731段采用III深支護，施工以雙臺階法為準。上下臺階距離可達到50m左右。在上臺階掘進施工中，當施工至K3+731段時，初次支護后，第二天進行超前小導管等施工時，隧道頂部偏右2m部位出現巖體局部失穩垮塌問題，此時迅速停止施工，并將設備、人員緊急撤出，緊接著垮塌范圍進一步加大，并有250m3錐形體出現于掌子面位置，可判定為中規模塌方，本次塌方造成的損失包括：超前小導管完全失效；破壞了最近處的一榀鋼拱架拱頂和右拱腰部位，未見人員傷亡［1］。

2 公路隧道施工活動中發生坍塌的原因

2.1 不良地質及水文地質條件

1）隧道一旦通過斷層及其破碎帶，或在薄巖體的小褶皺錯動發育地段，潛在應力釋放，圍巖失穩，引起圍巖坍塌。2）在特殊裂隙發育地段、破碎帶和軟弱脈夾層地段，相互擠壓的塊體開挖后將失去穩定性。3）在地下水的作用下，開挖后巖石表面的強度大大降低，失去了自身的穩定能力，導致坍塌［2］。

2.2 隧道設計因素

1）選隧址時，地質調查不詳細，對不良地質認識不到位，缺乏詳實的地質、水文地質資料，造成施工方案編制錯誤。2）不良地質條件下預支護及加固方案設計不合理，施工過程中支護強度不足，導致塌方。

2.3 施工方法和措施不當

1）由于地質條件不清或施工方案編制者缺乏相應經驗，所選施工方法不適合地質條件。2）施工過程中，當地質條件發生變化，支護方案或施工方法需要變更時，施工方法未及時變更。3）初期支護施工不及時，支護搭設不符合要求。初期支護是充分利用圍巖穩定性，防止隧道塌方的技術措施。施工不當會導致圍巖過度累積變形和坍塌。4）隧道開挖后，必須及時進行初期噴射混凝土封閉圍巖，減小變形，使開挖輪廓周圍圍巖變形逐漸穩定。開挖后，地層長期暴露，導致圍巖松動、風化，失去自穩能力，發生坍塌事故。5）高速公路山區隧道開挖多采用鉆爆法開挖；6）監測是新奧法建設的重要組成部分。施工過程中如不及時測量，或測量數據異常時未采取有效措施，已完成的初期支護部分可能因變形過大而坍塌。7）圍巖開挖后，對開挖輪廓線內的孤石、松散危巖進行處理。如果處理方法不當，會造成人工塌陷。

3 公路隧道坍塌的相關治理措施

3.1 大管棚處理技術

大型管棚施工的第一道工序是在拱頂以上開挖1-1.5m高的管棚。然而，在管棚開挖階段，坍塌影響的初始變形通常比較嚴重，也會引起嚴重的開裂問題，不能保證人員和工程的安全。崩塌的主要部分是碎石土。由于其粘結性能差，結構松散，很難準確控制鉆機的鉆進方向，導致鉆渣在鉆進過程中坍塌沉陷，鉆機方向偏差較大，影響工程質量。因此，必須加強對大管棚施工環節的質量控制，有效提高結構的強度性能，同時避免出現嚴重的施工偏差問題，從而保證大管棚的結構性能滿足工程需要防止坍塌事故的發生［3］。

3.2 小管道超前灌漿方案

小導管的主要優點是不需要開挖工作室，施工速度快，操作方便，可實現多臺鉆機同時鉆進施工。雖然注漿施工次數較多，鋼管安裝數量較多，但小導管注漿施工靈活靈活。同時，小導管注漿施工可隨時針對地質條件較差的地區，確保其結構性能合格。在對施工路段進行綜合分析調查后，綜合考慮經濟性、施工難度、安全性等因素，選擇合適的塌方處理方案，小導管超前注漿施工應嚴格按照施工技術標準進行，以更好地消除不良地質條件的影響，保證后續鉆孔施工順利進行，確保工程安全，防止坍塌事故。

3.3 超前支護

施工前應調查確定圍巖標高。對于易發生塌方事故的軟弱破碎地段，應根據工程需要選擇適當的超前支護施工方法，以提高圍巖結構的穩定性，避免隧道塌方事故的發生。采用超前支護可以有效地防止塌方事故的發生。支護施工應嚴格按照設計方案進行，以更好地提高隧道工程的安全性。

3.4 應急處置措施

穩定塌體、控制塌方規模是本隧道工程塌方應急處置的重點，通過應急處置，可以有效避免塌方進一步擴展。具體施工流程如下［4］。

1）采用Ф6.5mm的鋼筋網（25cm×25cm）與C25混凝土（25cm厚）結合的方式，封閉塌體表面，隨后在塌方底部填筑渣土，并進行壓實。2）當塌體恢復自穩能力后，可按梅花型布設注漿小導管，直徑為50cm，長度為4m，通過注漿法加固塌體。3）針對K3+8746-K3+731段，可在拱部120°范圍內徑向按梅花型布設無縫錨管，做注漿加固處理。

3.5 處理山體滑坡

1）若塌方量較小，且在塌方范圍內已進行噴錨或支護較牢固時，可從兩端或先一端再向下逐漸消除塌方。注意拱頂及圍巖變化的可能性，避免二次坍塌。開挖后應立即搭設臨時支護，臨時支護必須緊靠塌方空腔面。如果坍塌體過大，不能完全保證不會發生二次坍塌，不要清理坍塌體。塌方體采用臨時錨噴支護、鋼拱支護或模板混凝土作為拱頂臨時支護。在保證安全的前提下，拱腳應下挖作剛性支撐。

2）當塌方量較大，因塌方塊體無法進入塌方區支護時，可采用長管棚或注漿加固塌方體。崩塌體穩定后，按照“短進尺、弱爆破、早封閉”的原則開挖塌方體，盡快進行襯砌。有時，為了減少坍塌空洞的暴露時間，可采用一次性模板混凝土封閉支架。當崩塌地段圍巖完整性差或富水時，應采用預注漿加固塌方段圍巖。

3）如遇塌方冒頂，應在塌方體處理前對洞口進行支護，并對洞周巖石表面進行噴錨封堵，以防塌方體在隧道內再次開挖時，上部頂板發生二次塌方。當地質條件較差時，沉孔周圍的地面也應采用錨桿或表面注漿加固。地表四周及洞口以上應采取防排水措施，防止雨水進入塌方洞軟化圍巖。如果塌陷空洞頂部地表埋深很淺，塌陷空洞較大，可根據情況開挖進行表面處理。

4 結語

為滿足公路交通運輸需求，我國隧道工程數量日益增多，在建設規模持續擴大的同時，仍會出現各類問題，尤其是隧道塌方問題。目前，在隧道塌方治理方面已積累了大量經驗，但每一個工程的實際情況并不相同，應充分考慮工程具體情況，采取針對性的治理措施，從而保證隧道施工安全。