隧道施工中塌方的预防与处治措施浅析

隧道施工中塌方的预防与处治措施浅析

何鹏

中铁一局集团第四工程有限公司陕西咸阳712000

摘要：随着我国经济的快速发展，我国高速公路、铁路的建设规模不断扩大，在特殊地形道路工程建设中，经常需要进行隧道施工，而塌方是施工中最为严重的问题。隧道施工中发生塌方，不但延误整个道路工程的建设工期，增加工程建设的总成本，还可能导致重大财产损失和人员伤亡。因此，施工单位必须重视和加强隧道施工中的塌方预防及处治。

关键词：隧道施工；塌方；预防；处治

引言

随着我国高速公路建设规模越来越大，公路建设里程数不断增加，复杂环境下隧道的建设数量越来越多，诸多隧道的建设不仅仅需要面临复杂的地形与地质条件，还会存在很多地质断裂带、挤压破碎带、岩溶区域等问题，使得隧道的施工安全与稳定性问题备受关注。根据报道，很多隧道在施工过程中出现了不同程度的塌方问题，甚至引起人员伤亡事故，不仅影响了工程的建设工期，还产生了恶劣的社会影响，因此需要对公路隧道施工过程中的安全性与稳定性问题特别关注。

1隧道施工塌方分型

从以往隧道施工塌方发生情况来看，表现方式不同，以溶洞塌方、破碎体塌方、断层塌方、泥石流塌方等最为常见。依照塌方规模通常分为小、中、大3类，此外，依照隧道施工塌方发生机理主要分为：（1）危岩滑动塌方，主要发生在节理较为发育的坚硬岩层。由于岩层结构面相互交错而出现影响岩体稳定性构造，成为危岩体，在隧道开挖振动或者地下水等诱发下，岩体滑动剪切力显著高于抗滑动力而使得岩体沿着滑动面松脱。（2）松散岩体垮落塌方，一般发生在节理很发育—极发育松散岩层或者破碎岩层中，也发生于溶洞、采空等区段。由于围岩强度较低，承载力小，在隧道开挖后未受足够支护力，加之受自重影响出现持续位移而垮落。（3）硬质岩爆裂塌方，大多数发生在埋深300米以上，高应力、强度高脆性岩层中，在岩体积聚形变大到一定限度之后会在瞬间出现破坏而出现塌方。

2隧道施工中塌方预防措施

在隧道施工中出现的塌方虽是突发的，但也是一个由量变到质变的进展过程，而在量变中通常会有一些先兆，可通过监测、观察、分析等把握塌方发生的时节点，进而进行有针对性的预防。例如，随访拱顶有岩块掉落、滴水明显增加且位置改变、滴水变浊再变清等。通常在隧道设计、施工阶段进行塌方预防。

2.1隧道设计时预防

一是在选址勘察阶段，对隧道建造位置地质的科学勘察是预防塌方的重要措施。只有确定隧道围岩的性质和级别，在设计时才可以做到有据可依，进而制定科学、合理的隧道施工岩层支护方案，这样不但能预防塌方发生，避免施工资源浪费，同时可充分满足岩层支护强度要求，确保隧道结构稳定。二是在具体设计阶段，一方面要科学、合理选择线路，特别是隧道洞口位置的选择，应尽可能地避开异常或者不良地质区段。在这些区段隧道施工塌方几率高，区段岩体工程性质直接决定着施工难度，因此，线路选择必须合理；另一方面，选取合适岩层支护参数，不但可以确保支护效果，同时还可避免资源浪费。隧道岩层级别需做到基本无误，在施工中适时修正，对支护参数进行改进，以便对隧道进行动态化设计，有效预防塌方发生。

2.2隧道施工时的预防

科学、安全、可靠的施工方法是预防隧道塌方的关键。在隧道施工期间一般从以下几方面进行塌方预防：（1）及时预报，根据隧道勘察和设计有关资料，对隧道掌子面前方的围岩情况进行及时有效预报，同时对资料进行复核，以便准确、动态地掌握围岩情况，避免出现塌方。（2）超前性支护，依照隧道施工现场围岩性质和级别，对易破碎、塌方风险大的区段进行超前支护处理，以强化围岩自我稳定力，预防出现塌方。现阶段主要采取深孔灌浆、全断面预灌浆、超前锚杆、管棚等超前性支护方法。（3）及时性支护，这直接决定了隧道的稳定性，初期支护能有效控制隧道发生形变，确保结构稳定。因此，在实际施工中需保证初期支护参数、质量符合设计标准。在特殊状况下，还可应用迈式锚杆、预应力锚杆、碳纤维喷射砼等。（4）优先开挖，为充分利用好隧道围岩自承力，减少施工产生的扰动，尽量采取扰动小，且便捷、迅速的施工方法。对易出现塌方区段，应主要控制形变，以免因施工不当导致塌方。

3隧道施工中塌方的处治措施

虽然说隧道施工中的塌方是可预防的，但是因地下工程建设存在诸多不确定因素，不可避免地出现塌方。因此，为有效控制塌方发展，降低塌方危害，应根据塌方范围、大小、围岩级别等进行有效处治。

3.1小塌方的处治

在隧道施工中出现的小塌方，通常纵向延伸长度、高度均较低，对整个结构稳定性影响比较小，所以在处治上相对简单，但是必须及时，以免塌方进展。具体而言，发生小塌方后先要在保证安全前提下，首先，对塌方处喷上混凝土，有效封闭塌方面，避免围岩因长时间暴露而发生大形变。其次，根据现场情况应用加锚杆、钢筋网等对塌方面进行加固。如塌方形变难以控制，则要加临时支护，例如，仰拱、套拱等，确保塌方段稳定。最后，在塌方区段基本稳定后，对塌落渣体进行有效清除，继续开挖，在初期支护稳定之后，将临时支护拆除。

3.2中大塌方的处治

中大塌方纵向延伸相对较长，且高度较高，严重时会影响至地表，对隧道开挖初期支护稳定性影响很大，从而导致部分支护整体塌落。此类塌方的危害性比较大，在处治中必须确保人员、机械设备的安全。当前，针对隧道施工中的中大塌方有较多处治措施，因而需依照塌方发生机理、围岩情况、严重度及施工等情况，采取合适措施。（1）套拱法。一般用于隧道施工塌方导致的初期支护上端出现的空洞区段，在应用套拱后，将砼泵送到塌方腔中，以免上方围岩进行塌方，确保隧道稳定性。具体按以下流程进行：一是对受塌方影响区段进行临时支护加固，再对塌方体全面清除，然后应用钢拱架支撑，每个钢拱架需配套4对锁脚钢管，同时沿着钢拱架布置系统锚杆。二是在钢拱架安置后于外侧加用钢筋网，并通过架立筋妥善固定，以构成套拱骨架筋，于拱顶预留出砼泵送管道，再自钢支撑底脚往上在钢筋网外侧分段放置片石，最后喷上早强砼成套拱。三是在套拱强度达标后，再分次往空腔泵注砼。（2）超前小导管灌浆法。该方法通常应用直径42mm热轧无缝钢管，在管体周围钻上直径8mm溢浆孔，按梅花状进行布置，但是尾部80cm内不需钻孔。可应用水泥浆或者化学浆，后者更具优势，可快速成凝固体，使围岩强度较快增大。此方法的加固原理需从两方面看，一是在隧道开挖中，由小导管构成的棚架和钢拱架相连后会一同受力，进而出现“梁效应”，发挥浆液通道、加固围岩、悬吊等与锚杆相似的作用。二是灌浆加固则通过浆液填塞渗透，使松散体固结，提升围岩凝聚力和内摩角、提升围岩承受剪切面的法向应力及增大围岩外表剪切滑动面。

结语

综上所述，塌方事故时有发生，它不仅给交通行车带来不便，而且给人的生命安危带来了很大的威胁，公路隧道塌方事件有很多的原因，所以从规划修建开始就要考虑多方面的因素，施工过程的每一个步骤都要谨慎，随着科学技术的提高，公路隧道的施工在未来还会有很大的发展，不足之处也将得到不断完善。

参考文献：

[1]莫朝良.隧道施工中的塌方防治技术[J].交通世界，2018（17）：116-118.

[2]游鹏飞，牟瑞芳.基于改进耗散结构理论的地铁隧道塌方演化过程分析[J].安全与环境学报，2012，12（06）：170-173.

[3]王富国.浅埋公路隧道施工塌方事故的预防与整治技术研究[J].科技与创新，2016，8（11）：157.