淺談復雜地質(zhì)條件隧道施工中的塌方成因及預防

張文洪

中鐵十一局集團第一工程有限公司

淺談復雜地質(zhì)條件隧道施工中的塌方成因及預防

張文洪

中鐵十一局集團第一工程有限公司

在地質(zhì)不良的地段修筑隧道，常會遇到洞頂圍巖下榻、側(cè)壁滑動等現(xiàn)象，甚至會發(fā)生冒頂?shù)葒乐厥鹿剩@些現(xiàn)象在施工中稱為塌方。塌方威脅人身安全、使施工延誤工期、圍巖更不穩(wěn)定。故在施工中應預防其發(fā)生，發(fā)生塌方后需及時準確處理，減少塌方帶來的危害。

復雜地質(zhì)條件；隧道施工；塌方成因；預防技術(shù)

引言

隧道地質(zhì)情況千差萬別，施工方法也多種多樣，但經(jīng)過綜合分析和現(xiàn)場實踐，總可得出這樣一個結(jié)論，那就是“提前加固預防，要比處理塌方容易得多”。正所謂“居安思危”，通過采取一系列的預防手段，避免隧道塌方，其帶來的經(jīng)濟效益和時間效益都將是不可估量的。隨著隧道施工技術(shù)的不斷提高，塌方預防技術(shù)也會在施工生產(chǎn)實踐中不斷得到改善和加強，逐步形成一套系統(tǒng)的施工方法，從根本上杜絕隧道施工中塌方事故的發(fā)生。

一，造成塌方的原因

筆者主要從四個方面來分析造成塌方的主要原因，主要是地質(zhì)因素；設計因素；施工因素；認識因素；

1，地質(zhì)因素

隧道工程屬地下工程，地質(zhì)情況千變?nèi)f化，施工過程中受各種不可預見的地質(zhì)現(xiàn)象及地質(zhì)構(gòu)造的影響巨大。公路隧道工程受多變的地質(zhì)條件影響，如遇到地下水、巖溶、斷層破碎帶、高地應力、巖爆、瓦斯、偏壓淺埋、膨脹土等條件，使施工難度大，安全性差；而且公路隧道開挖跨度大，單洞三車道隧道開挖跨度達16 m，形狀扁平，且防水要求高，加之受勘查水平及其他很多相關(guān)因素的制約，這些無疑加大了公路隧道的施工難度和塌方事故產(chǎn)生。 此隧道中地層巖性為砂土狀及碎塊狀強風化熔結(jié)凝灰?guī)r層，厚度大、地層滲透系數(shù)大，屬強過水通道，水量豐富。水滲入圍巖使軟化系數(shù)大的巖石強度降低，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度減小，導致塌方。洞室埋深淺，大部分處于埋深小于40m的淺埋地段。塌方處地表人工采土開挖范圍較大，未采取防護措施。

2，設計因素

公路隧道工程設計方法當前主要有工程類比法、理論計算法及現(xiàn)場監(jiān)控法等，這些方法又以工程類比法運用得最為廣泛。在設計過程中若對圍巖判斷不準或情況不明，從而設計的支護類型與實際要求不相適應，也是導致施工中產(chǎn)生松弛坍塌等異常現(xiàn)象的原因，而且設計中的地質(zhì)勘查周密詳盡與否也是造成施工塌方事故產(chǎn)生的誘發(fā)甚至主導因素。

3.施工因素

施工是引起塌方的直接因素，對地質(zhì)情況掌握不夠，從而選擇不合適的施工技術(shù)，（如不恰當?shù)募庇谶M洞、炸藥用量過多、支護不及時不牢靠、圍巖暴露時間過長、爆破方法選擇的不恰當?shù)龋蜻x擇了不合適的圍巖情況的施工方法（如本應小斷面開挖，結(jié)果采用了大斷面開挖法，或應先拱后墻法，而采用了先墻后拱法等），并且又未采取其他補救措施，則會造成圍巖塌方，甚至由于塌方處理不當也會造成再次塌方或引起更大的塌方。施工中的不規(guī)范施工也是導致塌方的重要因素之一。目前，中國公路隧道施工隊伍的技術(shù)、管理及施工水平參差不齊，加之一些建設環(huán)節(jié)的操作不規(guī)范，有的施工企業(yè)及人員對新奧法原理缺乏深入學習、認識、研究和應用，導致不規(guī)范施工現(xiàn)象較為普遍。

4,認識因素

不可否認的是，“不塌方、不賺錢”的觀念目前還在一定范圍內(nèi)存在。有些施工單位及施工人員甚至期盼著塌方，從而增加工程量或者設計變更以帶來更大的施工利潤。另一方面，“地質(zhì)工作是設計人員的任務，而不是施工人員的事”這一傳統(tǒng)觀念致使減弱甚至忽略了施工過程中的地質(zhì)勘測及預報工作，從而也加大了施工塌方事故產(chǎn)生的可能性。

二，預防塌方的措施

首先要認真做好勘察工作，必要的鉆探及所需要的地質(zhì)和水文地質(zhì)資料的收集工作，應詳盡做好。隧道位置選擇應盡量避免不良地質(zhì)區(qū)段，洞口位置選擇要慎重，施工設計，支護設計要合理，要符合實際情況。

其次，施工前要仔細核對設計文件，并需作必要的補測和驗證。預防可能發(fā)生塌方的區(qū)段，事先做好必要的準備，并在施工中采取相應的措施，如在不良地質(zhì)段采用先排水、短開挖、弱爆破、強支護、快襯砌、各工序緊跟的措施，消除不利因素，盡快修好襯砌，避免塌方發(fā)生。

第三，塌方似乎是突然發(fā)生的，但實際上是有一定征兆的，在施工中還需要加強觀察分析。例如頂部圍巖裂縫旁出現(xiàn)巖粉，或洞內(nèi)無故塵土飛揚、或不斷掉小石頭、或圍巖裂縫逐漸張大等，說明塌方即將發(fā)生；支撐壓壞或變形加大，說明圍巖壓力再加大，有塌方的可能性；圍巖中突然出水或水壓突然增加，要注意是否即將發(fā)生塌方；地下水沖走裂隙中的填充物，會使圍巖松動下榻，當水由濁變清，說明裂隙中充填物已沖走很多，水量加大，則可能有塌方；洞頂?shù)嗡恢貌欢ǎ瑏砘匾苿樱砻鲙r體在變形，當變形達到一定程度有可能塌方，即所謂“漢留淋漓，塌方先兆”。還有許多，在實踐中總結(jié)得出的塌方征兆，應當在施工中注意觀察。一般說來，塌方是可以預見的。 當發(fā)現(xiàn)支撐變形加大，或被壓壞，則應及時加固，以防圍巖進一步松動而造成塌方。觀察到異常情況，應認真分析，交接班時要交代清楚，做好準備，及時處理。

結(jié)束語

隧道施工預防塌方非常關(guān)鍵，也關(guān)系到企業(yè)信譽、職工的生命和財產(chǎn)，必須高度引起重視，除按以上經(jīng)驗處理外，要多注意觀察，發(fā)現(xiàn)問題及時處理好，山體內(nèi)的圍巖是千變?nèi)f化的。地質(zhì)復雜，必須選擇有經(jīng)驗的施工隊伍和技術(shù)管理人員，有條件盡量選用先進的施工技術(shù)。洞口處理好也是關(guān)鍵，“洞口如咽喉，只有洞口段安全可靠，使施工得以順利進行，故在施工中要充分重視。”

[1] 陳豪雄，殷杰，主編.隧道工程.北京：中國鐵道出版社.2003

[2] 關(guān)寶樹編著.隧道工程施工要點集.北京：人民交通出版社.2003

[3] 朱漢華，尚岳全，符文熹，等著.公路隧道設計與施工新法.北京：人民交通出版社.2002

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.034