论公路工程中隧道施工塌方成因及处理措施

发布时间：2022-10-05 10:07 热度：

　　摘 要：随着我国公路建设的蓬勃发展，在公路隧道施工的过程中，隧道塌方是工程中非常严重的事情，为了更好的开展工作，本文作者结合工程实例通过对隧道塌方的成因及形态进行分析，有针对性的提出一些塌方处治措施，从而指导施工。

　　关键字：公路工程;隧道施工;塌方;处理措施

　　隧道属于地下工程，地质状况复杂多变，施工控制难度较大。而在隧道施工的整个过程中，一旦发生灾害性事故，轻则延误工期、增加投资，重则是人员伤亡;同时，处置不当会遗留质量隐患，给后期的运营维护、养护工作造成极大的困难。隧道施工中常常出现的事故有塌方、大变形、岩爆、突泥突水等等。本文从塌方成因入手，就其处理措施进行探讨，以供工程技术人员参考应用。

　　一、隧道施工中塌方成因

　　1.1　不良地质造成的塌方

　　不良地质主要包括风化变质岩体、裂隙发育岩体、崩塌岩堆地区、断层带、溶洞、滑坡、泥石流、膨胀性地层等。当隧道从这些岩体中通过时，如稍有疏忽就可能发生大塌方。

　　1.2　地下水造成的塌方

　　地下水是影响围岩稳定的重要因素之一。它不但能使软化系数大的岩石强度降低，而且使结构面的抗剪强度减小。对于断层地下水影响更大，一般张性断层是储水结构，压性断层带中断层糜棱岩是隔水的，而另一侧的破碎带为含水的。当揭穿断层后，便时常发生突发性涌水而导致塌方。调查显示，地下水引起的塌方占总塌方数的45%以上。

　　1.3　地压造成的塌方

　　地压主要包括偏压、塑性地压、滑坡及高地应力区等。偏压和滑坡在隧道洞口段造成的塌方实例很多，塑性地压引起隧道挤出性破坏也时有发生，高地应力区的完整坚硬岩体常发生岩爆等。

　　1.4　设计和施工不当造成的塌方

　　目前，大多数隧道都采用”新奥法”设计和施工，由于对“新奥法”概念和原则的内涵理解有偏差，所以在许多工程中遭到失败。一般在软弱、破碎、偏压、浅埋等地层中施工隧道时，除应强调“短进尺、弱爆破、强支护”外，还要强调应用超前支护、及时闭合仰拱、勤测量、及时反馈、及时补强等措施;而不应强调柔性支护，更不能强调用变形释放来减载。因为这样可能会造成围岩松弛坍塌，“新奥法”对监控量测、信息处理、及时反馈要求很严，没有这样的保证，塌方是很难避免的。

　　施工中喷混凝土厚度不够，尤其用模注混凝土代替喷混凝土，这种做法不妥。因模注混凝土的质量较差，对围岩裂隙不能充填，也就不能加强围岩，形不成喷层和地层的共同作用。随着爆破所产生动荷载的作用，会造成后部塌方，落石伤人。另外，爆破后的不正确找顶也会引起围岩顶部承载圈的整个失稳而塌方，如图1。若人工将1或2两块石撬掉，就会造成3、4、5、6四块石失稳，会形成虚线范围内的塌方;若只将浮石砸掉，喷上5~10cm厚的混凝土，使围岩裂缝被喷混凝土充填，塌方就能避免。

　　设计不当造成的塌方主要是指隧道平行断层通过或洞口选在滑坡体上，支护设计不合理，初期支护太弱，二次衬砌太强，围岩分类有问题等。

　　二、塌方形态

　　2.1　局部塌方局

　　部塌方多发生在拱部，有时也出现在侧壁，主要在大块状岩体中。因岩体被结构面切割后，构成不同形状的不稳定结构体，洞室开挖后，不稳定结构体克服结构面的摩擦阻力向洞内滑移而发生塌方。这种塌方规模较小，一般塌方高度为0.5～2.5m，易发生在Ⅳ级及Ⅳ级以下的硬岩中。预防这类塌方的有效方法是采用局部锚杆加喷混凝土，一般锚杆长度不应小于3m，喷混凝土厚度在5cm以上，且初期支护必须及时。

　　2.2　拱形塌方

　　拱形塌方一般发生在层状岩体或碎块状岩体中，有两类：一类是在坑跨范围内，仅出现在拱部;另一类是包括侧壁崩塌在内的扩大拱形塌方。该类塌方多出现在Ⅳ级及以下松软地层中。对于浅埋隧道，往往通顶;对于深埋隧道由于出现摩擦拱，塌方高度多在4~20m不等，规模较大。预防这类塌方的有效方法是采用系统锚杆+型钢支撑+喷混凝土，同时辅以超前支护或注浆等，最好用快硬水泥卷锚杆，长度不应小于3.5m，喷混凝土厚度在15cm以上，分层施喷，初期支护要及时施作，并进行严密的监控量测。

　　2.3　异型塌方

　　是由于特殊地质条件(溶洞、陷穴等)、浅埋、偏压等原因产生的塌方。在有缺陷的岩层中施工隧道，调查清楚溶洞或陷穴规模与隧道的关系、充填物情况等是选择正确施工方法并防止塌方的关键。浅埋、偏压隧道的施工必须对地表进行加固，施工方法可采用双侧壁法、中壁法等辅助工法，同时采用超前支护。

　　2.4　膨胀岩隧道塌方

　　近年来，经常有关于膨胀岩隧道塌方的实例报道。其塌方的原因有：很高的膨胀压力作用在喷混凝土支护上，由于膨胀原因，使摩擦和剪切强度损失，造成很大的岩石材料重力荷载、很高的水压力积聚等。因此，为防止膨胀岩隧道塌方，一般先喷混凝土作岩石支护以增加膨胀岩的自稳时间，接着施作混凝土衬砌。实例表明混凝土衬砌有成拱作用，对防止膨胀岩隧道塌方很有意义。但仅作喷混凝土常常由于膨胀作用破坏，为此，及时施作模注混凝土衬砌是不可少的。

　　三、隧道塌方处治方法

　　3.1　塌方量较小时的处治方法

　　①对塌方相邻段作强支护，以控制塌方的发展和蔓延;②待相邻段稳定后，以短进尺清渣;③清除危石后立即喷混凝土;④打锚杆或超前注浆管棚;⑤挂钢筋网，复喷混凝土达设计厚度(15～20cm);⑥进行监控量测;⑦循序前进，往前施工;⑧衬砌加强(钢拱加径向型钢支撑)。

　　3.2　塌方量很大或冒顶时的处治方法

　　①对塌方相邻段作强支护，以控制塌方的发展和蔓延;②对塌体从地表(浅埋时)或隧道内沿开挖线以外打孔注浆或超前管棚注浆，胶结松散塌体;③待稳固后，小段清渣;④及时挂网、喷混凝土;⑤安设钢支撑并纵向连接，上下与锚杆、管棚焊接形成为一初期支护的完整受力体;⑥加强监控量测;⑦循序前进，往前施工;⑧衬砌加强(护拱腹部留空)。

　　3.3　地表沉陷的处治方法

　　①地表处理，地表及时回填并夯实(或喷混凝土封闭)，可预埋注浆管，搭防雨棚(或植草皮)，挖排水沟;②对塌方相邻段作强支护，以控制塌方的发展和蔓延;③塌方体处理，洞内塌体用钢轨或小钢管超前支护;塌方段打纵向钢轨、竖向钢轨并用横向钢管支撑焊接为一整体，然后压浆;④塌渣处理，随挖随撑;超挖部分用同级混凝土回填(或用浆砌片石回填);⑤进行监控量测;⑥循序前进，往前施工;⑦衬砌按钢筋混凝土结构进行特殊设计。

　　3.4　膨胀岩塌方处治方法

　　排除膨胀岩形成的塌方常常是一种艰难的任务。当在膨胀带发生递增性很大的塌方时，会在未预计的区间发生各种不同尺寸的单个岩块坍落。当塌方空洞被坍落岩土覆盖时，常常不可能了解塌方是怎样发展成的，试图用灌浆和锚杆来稳定这类松散岩土很难获得成功。用冻结法稳定必须是含饱和水的密实堆积坍落岩土，而且地下水流动很慢。用前部支撑(矢板)法则要求坍落岩体中大块岩石含量低并有合理的摩擦角，否则，这些方法都不会奏效。

　　排除膨胀岩形成塌方最好的办法可能是用逐步开挖和支护法另开挖一旁通道来实现。如果该地区的地层材料固结性很低，在旁通隧道掘进进入该地区前，为了减小孔隙压力，必须在顶板上方高处钻一些长的排水孔。

　　3.5　洞内有大涌水的塌方处治方法

　　①由主洞迂回进入涌水区，向塌方体四周注入药液并排水;②构筑挡墙;③排水钻孔兼作空洞调查;④向塌方空洞充填泥浆、水玻璃;⑤向坍体部位周围山体注入水玻璃加固;⑥钻孔检查，确认加固效果;⑦拆除挡墙;⑧清除隧道内的土砂及塌方体;⑨恢复掘进。

　　四、结语

　　综上所述：塌方是隧道施工过程中出现的严重灾害。为预防塌方，人们在施工实践中总结了很多有效的方法，但由于各种原因塌方在隧道施工过程中还是经常出现。本文为隧道塌方总结了一些经验教训，望能服务于隧道施工。

　　参考文献：

　　[1] 张家伟.大跨度隧道塌方处理技术[J].铁道工程学报,2007,(5):86-89

　　[2] JTG F60—2009，公路隧道施工技术规范[S].

　　[3]关宝树.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社.2003.