隧道施工坍塌原因分析及相關處治措施

趙華雨

（云南交投集團云嶺建設有限公司，云南 昆明 650300）

0 引言

在經濟迅速發展的大環境及國內急需完善基礎建設，云南省的隧道施工水平也有了比較顯著的提升。在隧道施工的環節中，很容易受到坍塌的影響，一些段落出現坍塌，直接地影響了工程項目施工，對施工作業人員的人身安全也會產生比較嚴重的影響。在隧道施工坍塌問題不可避免的情況下，需要遵循相應的基本原則，需先對坍塌段落產生坍塌的根本原因做好全方面地深入分析，以此掌握坍塌問題產生的根本原因，并妥當采取相應舉措加以解決。坍塌路段處理后，首先要從已經出現的坍塌路段出發，依據產生的根本原因加強防范，防止坍塌的再次出現，進而提升隧道工程施工的水平。

1 隧道施工坍塌路段產生的根本原因

1.1 地質環境要素

隧道施工坍塌中，地質環境是最基本的要素，而因地質環境產生的隧道施工坍塌是最為常見的，也是發生率最多的坍塌類型。而在隧道施工的過程中所碰到的巖土工程比較復雜，變幻無常，根據地質環境的復雜程度所對應的坍塌事故發生概率不同。例如，在破裂褶皺帶、地表水豐富地帶、嚴重分解的碎裂地帶及斷層等，出現坍塌的概率通常更高一些。以云南省南澗至景東高速公路寶華1 號隧道舉例，寶華1 號隧道施工起止樁號：K29+975—K32+555，2580m；隧道圍巖以強風化（軟巖）、中風化頁巖（軟巖）、砂巖為主，設計Ⅴ級圍巖占比24.2%，Ⅳ級圍巖占比75.8%，最大埋深約263m。隧道施工按80km/h，雙向四車道高速公路工程標準建設。

1.2 設計因素

建設工程環節中，設計方案是其中不可或缺的環節。研究表明，在隧道工程施工的設計構思中具備科學、合理的設計理念可以有效地減小隧道坍塌的情形產生。在對隧道施工的工程施工做到設計構思時，對可能產生的問題要做到充分的預防措施，同時運用到的方法還可以有多種選取。常用到的方法有項目類比法、基礎理論計算法和現場場監控法等，而其中的項目類比法是極其普遍的一種。以項目類比法為例子，在運用這種方式結合設計構思時，對項目所在的地質環境和現場情形并不能完成多方位的掌控，對圍巖的分辨易于失真，從而促使所設計構思的處治措施與工程施工現實相背馳，這就為隧道施工段坍塌的產生埋下了隱患。

1.3 工程施工領域的要素

工程施工領域是導致隧道工程施工坍塌的最直接因素。首先，在隧道工程施工過程中，一方面追求工程進度，導致施工方法的選擇和應用不合理，導致支護參數變化、圍巖暴露時間長等問題，從而加大隧道施工坍塌的概率，另一方面，對于坍塌未保持有相對的重視。例如，工程施工前，地質勘探任務沒有全面完成，地質勘察是設計單位的工作任務。施工單位自身只負責工程建設，不完全掌握地質環境要素。又例如，施工單位的工作人員對于坍塌防范的觀念不熟悉，在隧道產生潛在性坍塌趨勢同時且有挽救的可能時，由于觀念的欠缺或是職責性的欠缺，不能及早匯報，最終導致坍塌。

2 隧道工程施工垮塌地段的預防措施

2.1 做好全方位的地質勘探工作任務

針對隧道工程施工地段，若要將坍塌的概率降至最低標準，則需要做好全方位的地質勘探工作任務。在做好地質勘探的時候，理應全方面、科學的勘測難度系數比較大的地段，且應當利用現代化的勘測技術和方式，提高地質勘探的精確性，確保相關信息數據的真實有效。對于勘測獲得到的相關信息數據，理應進一步儲存好，以便于在設計構思和工程施工時可以用以參考。云南省南澗至景東高速寶華1 號隧道左線工程施工時產生的垮塌，則要求設計單位和施工單位必須十分重視，不但要妥善處治，更要采取相應的措施做好防范，加強早期的地質勘察工作任務，提前做好方案與預案，真正防止后續施工段施工時可能產生的坍塌情形，進而確保隧道工程施工的順暢。

2.2 做好設計文件的核對工作

工程施工設計方案是引導隧道工程施工的重要環節，嚴格遵守施工規范是隧道工程順利實施的基礎需求。在對隧道工程開展施工前，建設單位必須要對工程施工設計方案開展仔細地核查與論證，且開展相對應的補測和檢驗。必須要做到的是，隧道工程施工設計方案的產品質量通常都可以得以確保，但在設計方案操作中，通常會由于一些主觀因素原因的產生，造成設計方案偏差等不規范問題，而不規范的工程施工設計方案用于工程施工開展，可能會最大限度地干擾工程施工的開展，從而加大坍塌產生的概率。所以，必須做好工程施工設計方案的核查工作，確保工程施工設計方案文件的產品質量滿足工程施工引導的需求，可以更好地引導工程施工的開展，減小隧道施工過程中坍塌的概率。

2.3 加強施工工藝流程控制

隧道工程施工工藝流程控制不嚴是部分地區坍塌的直接原因，而這部分產生的原因是可以做到防止和避免的。在隧道工程施工中，由于施工工藝方法不當或未按照專項施工技術方案進行施工，會導致坍塌。所以施工單位在采用施工方案時，應進行模擬和深入分析，并在符合規定后使用。針對工程施工環節中的施工方法使用不規范等問題，也應加強管控和預防。在云南省南澗至景東高速公路的寶華1 號隧道施工環節中，采用小橫截面（三臺階預留核心土七步開挖法）開挖掘進，開挖方法適用。但是對于地質超前預判不足，寶華1 號隧道夾持于區域性的長蟲街弧形壓性斷裂（F62）和新街弧形壓性斷裂（F63）之間，受其影響和控制，隧道穿越區巖體破碎，圍巖穩定性差，褶皺發育強烈。圍巖以全強風化頁巖，砂巖為主，巖體具有膨脹性（30%），被水侵入后，物理力學參數極速下降，自穩能力極差。左洞施工時正處于雨季，且加寬帶斷面較大，頁巖體達到高度飽水狀態，增加圍巖自重，同時浸泡軟化了巖體。局部塌方形成空腔，降雨后水體進入，軟化圍巖體，在松動荷載作用下，初支失穩，造成了隧道坍塌。施工過程中必須采取多種方法預判地質情況，如超前鉆孔、地質雷達及現場調查等方法及時有效掌握掌子面前方圍巖情況，以便及時調整施工方法及支護方案。

2.4 工程施工時要注意觀測和深入分析

從理論上來看，隧道坍塌不是隨機事件。在坍塌形成之前，通常會出現一定的征兆。例如，在隧道工程施工時，頂端圍巖產生裂縫，而且在裂縫周圍產生掉塊及巖粉或是隧道內沒有原因地產生大量的不明灰塵，這都是意味著坍塌很有可能形成[1]。在南澗至景東高速（寶華1 號隧道）后續施工過程中，施工作業人員察覺頂端圍巖持續有小石塊墜落，而且圍巖裂縫越來越大，因此第一時間匯報給工程技術管理人員，并及時采用中空錨桿注漿、更換工字鋼等措施后，石塊墜落顯著減少直至消失，圍巖的裂縫擴大得以控制，坍塌最終也未產生。從而可以看出，針對隧道工程的施工來講，必須對隧道施工環節中的拱頂下沉、周邊收斂等時刻觀測，并及時進行數據分析，能夠有效防止隧道坍塌。

3 隧道工程施工地段塌方的處理策略

3.1 隧道工程施工區域

坍塌的產生不但會干擾整體工程施工的持續開展，也會對施工作業人員的人身安全造成嚴重的危害。針對隧道工程施工，既要剖析坍塌產生的因素，又要加強對坍塌的防范工作，還需要對產生的坍塌采取相應的對策開展處治。從當前階段隧道工程施工的現況看來，針對坍塌的處理，要做好以下三個方面的工作：固定未坍塌區域；依據坍塌的實際狀況采取相應對策；采用隧道支護襯砌對策。其方法比較適用于寶華1 號隧道坍塌段的處理

3.2 第一時間固定未坍塌的工程施工區域

隧道工程坍塌的處治，并不能拘泥于坍塌區域的處治，應該堅持聯系的觀點，在產生坍塌以后，充分考慮其他區域產生坍塌的可能性。在南澗至景東高速（寶華1 號隧道）建設中，發生了坍塌，因此著手加以處治，而在處治的環節中，察覺其他相接區域也產生了小規模的變形及坍塌，坍塌治理的難度系數更進一步提升。這一案例也十分充足地證實了，針對坍塌的處理，不能夠將坍塌區域隔離開，而應該相結合聯系的觀點，在處理坍塌區域時，還需要做到其他未坍塌區域的固定工作中。另一方面，固定其他未坍塌的區域，可以有效地避免坍塌范圍的進一步擴張，為坍塌區域清除工作中空出空間；另一方面，固定其他未坍塌區域，可以能夠更好地掌握坍塌狀況，從而為坍塌處理實施方案的建立給予更加科學的參照，提升坍塌處理的水準。必須注意的是，在對坍塌區域開展處理時，第一點需要做的就是確保操作人員的安全，在確保操作人員安全的根基上，未坍塌的固定工作中要獲得切實的安全保障，使坍塌區域可以及時快速地獲得處治。

3.3 根據坍塌程度采取有效措施

根據隧道坍塌情形的不同，處理時的實施方案也應各有不同。通常在處理坍塌時理應堅持“小阻塞，大塌穿，治塌先治水”的基本原則。在隧道工程施工中，規模較小的坍塌出現率較高，一般來說不會造成巨大的傷亡事故和經濟損失，屬于輕微的坍塌。在解決該類坍塌時，理應先建立臨時支護，隨后清除。簡而言之，在處理時要先支護塌穴和坍塌口，然后再開展坍塌的清除工作任務。這時，臨時性的支撐點可架在塌體上，隨后清理坍塌體，邊清邊換支撐體系。各工藝流程要緊跟上，如塌穴較高，可使用雙層排架結構支護，頂層排架結構與塌穴壁要頂緊，必需時還可以采用臨時噴混凝土解決。針對大坍塌的解決，采用小坍塌的處理方案是難以實現的，大坍塌的處理有其本身的基本原則。在處理大坍塌時，理應采用“大塌穿”的方法，換句話說從坍塌體中透過。在透過坍塌體時，應當先支護，后開挖。結構加固坍塌頂端支撐點及襯砌后，一般來說用插板法工程施工，插座視坍塌體石渣軟硬可使用木工板、鋼樁或鋼軌等，在插座掩體下清渣并立即架立堅固的支撐點，擴張時，亦須橫著打入插座，隨擴張隨支撐。穿越坍塌體，要特別注意從拱頂或是上端斷面越過。有一些坍塌僅在上端坍塌，針對該類坍塌應做到下部的支撐點工作任務，與此同時上端坍塌的防范擴張工作任務也做到。有一些坍塌為通頂，這類坍塌種類是極其嚴重的坍塌種類，在解決該類坍塌時，除去所述工作任務以外，還應解決地表塌陷穴口，把穴口支緊，并做好封閉，避免水流入，防止穴口的持續擴張。大量的隧道施工坍塌處理說明，在處理坍塌的情況下，要先治水。這是因為水的流動性很有可能加重坍塌的發展。在坍塌解決的情況下，要做到防水和排水對策，加強對坍塌路段水的引流工作任務，減少水對坍塌處理產生的影響[2]。

3.4 根據坍塌狀況采用支護襯砌對策

加強支護襯砌在坍塌路段的處理中，較為常見。該類對策在處理規模性坍塌時，實際應用的效果特別好。在南澗至景東高速（寶華1 號隧道）建設中綜合討論后，為了進一步提高坍塌處理的實際效果，便采用了加強支護襯砌對策，而過后也證實了此對策的有效性和可靠性。隧道工程施工中，坍塌路段的襯砌工作任務指的是以塌層面的大小和地質環境狀況為立足點，運用不一樣的對策對它進行結構加固處理，襯砌后面和洞孔周壁相互之間必須要有支撐點加固。針對一些坍塌面積較為小的坍塌，可以使用初支完成后采用壓注混凝土填充滿空腔；針對一些坍塌面積比較大的坍塌，在處理時可以先將空腔底部采用立模澆筑混凝土的方法先穩固巖面再施作初支，初支采用雙層拱架，二襯混凝土加厚，配筋加強，仰拱加深及二襯與初支之間設置緩沖層等。以下是針對該項目隧道坍塌的處治措施。

（1）初期支護：C25 噴射混凝土厚32cm，?8 雙層鋼筋網15×15cm，I22b 鋼拱架，間距60cm，上臺階雙層拱架，外層做成擴大拱腳形式，徑向錨桿：采用長短結合。

（2）緩沖層：初支與二襯之間設置3cmEVA 緩沖材料層。

（3）二襯：C30 防水鋼筋混凝土襯砌厚70cm，配筋加強，?25 主筋，間距15cm。

（4）仰拱：仰拱加深，使得襯砌受力更合理。

（5）縱向連接：增設I16 短工字鋼，3m 一處，形成初支棚架。嚴格控制二襯施作時機：初支收斂，變形速率小于0.5mm/d。在隧道開挖前，在拱部打設單層超前小導管（?42×4 鋼花管，長度4.5m，搭接2.7m），并進行注漿固結，形成拱頂注漿固結圈。

4 結語

總的來說，隧道工程施工操作過程中，坍塌的產生不但會影響到工程施工的持續開展，還會繼續對施工作業人員的生命安全構成比較嚴重的危害，引起重特大的傷亡事故。對隧道工程施工坍塌的處治，應當從幾個層次考慮：①要改進措施以減少或避免坍塌的產生；②要高度重視坍塌的防范工作；③要實施合理對策處理好坍塌后的處治工作。在處理坍塌時，采取相應地質、方案及其工程施工等要素。一方面要加固未坍塌的地段，另一方面要依據坍塌的程度采取一定的有效處治措施，做好隧道支護襯砌工作，及時處理好坍塌段落，避免坍塌給隧道工程引起更進一步范圍擴大，確保隧道工程施工高效、優質、安全。