隧道施工塌方處理研究

摘 要：塌方是在隧道施工過程當中經常見到的經典事故之一。塌方會對生產和生活產生很大影響，在施工的時候不旦延誤工期而且提高工程費用，最重要的是會引起工程技術和工程施工人員的安全問題。文章將從塌方預兆和塌方原因入手，在塌方的預防與處理的方便提供一些建議，希望能有助于隧道施工。

關鍵詞：隧道施工；塌方原因；預防處理

1 前言

隧道施工塌方出現的情況很多，諸如出現側壁和隧洞頂部的坍落滑移現象，甚至于冒頂現象，原因主要是因為在地質地層狀況不好的地段進行修建隧道或者是地下水影響圍巖穩定造成的。隧道塌方會引起嚴重的后果，首先會惡化圍巖穩定條件，其次是造成重大工程事故的原因之一，嚴重威脅到施工人員安全，延誤施工工期，還影響到工程質量和使用年限。塌方的預防和處理勢在必行。

2 隧道塌方發生的原因

2.1 地下水引起的塌方

圍巖是保證隧道基本施工安全的重要因素。圍巖穩定會因為地下水的存在而減弱。地下水不但會減弱施工巖層結構面的抗剪強度，而且減弱巖石強度。而對于斷層而言，地下水影響更大。根據權威調查顯示，地下水所引起的塌方數量占到總塌方數45%以上。所以研究地下水的發展情況和流向對于預防地下水引起的塌方有重要意義。

2.2 地壓和不良地質條件引起的塌方

地壓是指巖體開挖后，破壞了原巖應力平衡狀態，巖體中應力重新分布，使圍巖變形、移動和破壞的力。主要包括散體地壓、變形地壓、沖擊地壓和膨脹地壓等。隧道洞口段因為偏壓和滑坡造成的塌方實例很多，也有因為塑性地壓引起的擠出性塌方。滑坡、斷層、溶洞、泥石流、膨脹性地層、風化變質的巖體等都屬于不良地質，是引起塌方的重要原因。當隧道通過這些巖體時，沒有事先進行預測和處理就會引發塌方。

2.3 設計和施工不當引起的塌方

多數隧道現在都采用“新奧法”進行設計和施工。支護設計不合理，二次襯砌太強等都是設計不當造成的，同時如果設計和施工人員理解方法存在差異，會引起一些工程問題。在淺埋、偏壓、軟弱、破碎等地層中進行隧道施工時，應采用勤測量、超前支護、補強、及時閉合仰拱和及時反饋等措施；不宜采用柔性支護，更不能強調用變形釋放來減載。

3 塌方的預防

對待塌方的原則是“以防為主”。現在主要從設計和施工兩個方面去預防隧道塌方，設計方面解決措施很多，在勘察階段就可以選擇避開易塌方地段的方式防止，合理布置線路是重要課題；設計開挖方式方法上面應根據地質條件，制定符合圍巖穩定的設計方案，不管是支護設計還是開挖方法都要滿足圍穩的要求；當然設計不能獨立于施工存在，在隧道進行施工時，應該時時監測圍巖穩定狀態，及時通知設計部門現場指導和檢查，出現穩定及時修改設計方案，做到“動態設計”。施工方面主要通過防塌合理的排水措施、施工措施以及施工監控量測措施等來預防。

了解塌方機制很重要，這樣可以采取針對性措施，防止隧道塌方產生，或不能阻止塌方產生也可以降低塌方程度。預防隧道塌方主要還是從設計和施工兩方面考慮：

3.1 設計預防

3.1.1 隧道設計之初必須做好勘察工作，地層和土層的指標狀況必須詳細和準確并及時報給設計部門。設計部門根據巖體情況，選擇合理的隧道形狀，避免不良地質地段。從根本上杜絕不良地質情況的出現。

3.1.2 在設計階段，要根據地質情況，制定符合實際的設計方案，選定既安全有效盡量節約的開挖方法和支護參數。

3.2 施工預防

3.2.1 地質情況預報。施工過程中，除了實時了解圍巖變形情況外，還需要利用超前地質預報了解施工面前方的實際地質情況。充分利用預報的情況了解巖層支護結構塌方預兆，及時掌握基巖信息為后續施工做好準備。

3.2.2 開挖方式方法。施工時必須按照設計文件和施工規范確定開挖方式方法，如果遇到施工問題或施工地質條件不符合設計文件時應該立刻停止施工，等到確定后續施工流程和方法后再施工，保證工程安全。

3.2.3 隧道合理的防排水。采用降、堵、泄等方法處理地下水，通過施工地表排水系統阻止地表水下滲隧道通過的山體。當在不良地質地段施工時，應按先治水、短開挖、弱爆破、先護頂、旱噴錨、強支護、旱襯砌等原則，合理控制開挖速度，提高初支護的承載力和剛度。

3.2.4 巖體加固。對于應力應變狀態超限的支護和其他坍塌預兆應及時采取措施。根據不同情況采取不同的措施，如提前模筑混凝土、嵌鋼架、加錨桿等方式，必要時需先架設頂柱、方木垛支撐和扇形支撐等支護，然后再采取加固措施。對松散、無膠結、低強度等巖層，應根據不同情況采用超前小導管注漿、超前大管棚、地表注漿、水平旋噴樁等方法提高圍巖穩定能力。

3.2.5 監控量測工作。監控量測是預知巖層情況的最利方法。量測隊伍需要有相應資質同時專業度高、信譽好，配合全程施工，及時處理并反饋量測和地質預報信息，保證施工有序進行和預知施工問題并進行改正。

4 塌方的處理

如果塌方確實發生了，首先應該詳細調查塌方的狀況，分析塌方發生的原因及了解地下水流動情況，按照塌方的特點制定出處理方案，制定過程要迅速而嚴謹。根據處理方案，施工單位馬上做出處理，增加支護結構等來防止塌方進一步擴大。具體的講，塌方的處理可遵循“小堵清、大箍穿”和“治塌先治水”的原則，快速進行。

4.1 “治塌方先治水”

隧道施工最不愿遇到的問題就是地下水，水會沖刷、軟化、溶解某些圍巖，使得圍巖條件惡化。更加突出表現在堆積層、風化嚴重地段和斷層破碎帶，首先這些地段本身就是不良地質地段，容易發生塌方，而且又是地下水活動頻繁的場所，因此施工相當困難。所以，總結隧道施工的經驗就是“治塌方先治水”。處理這類隧道塌方時要防止地表水灌入塌方地段，加強防排水措施，將地下水引出來。

4.2 小塌方的處理

當塌方巖體低于拱頂開挖線，塌方巖體沒有把拱頂完全堵塞時，屬于小塌方。小塌方是隧道施工中較常遇到的情況，可以抓緊在坍塌間隙支護住塌方口，并在塌碴上架設臨時支撐，然后清除塌體，邊清邊換成正式的支護，緊跟后續工序進行處理。可采用“先支后消”的方法。

4.3 大塌方的處理

而當塌體高于拱頂開挖線，塌體把拱頂完全堵塞時，塌體規模大，且無法直接觀察，塌體的補給情況摸不清，這類塌方屬于大塌方。在遇到大塌方的時候，不能采用支護塌穴的方式，也不允許清碴，這樣很可能隨清隨塌，使塌方面積迅速擴大，而只能用“箍穿”的方法。所謂“箍”就是對于塌方前端進行加固襯砌工作，阻止塌方延伸；所謂“穿”就是用護挖方法在塌體內用小導管穿過并注漿。

4.4 塌方地段襯砌和回填

塌方地段的襯砌應根據圍巖的地質、塌穴大小等情況予以加強。當塌穴較大時，可在靠近襯砌的一部分空間內用漿砌片石回填，沒有必要全部用漿砌片石回填，這樣也不滿足經濟要求。在遠離襯砌的其余空間可用其他的輕型緩沖材料回填（粉煤灰、爐渣等）或直接用棄碴回填。

4.5 通頂塌方的處理

遇到此種情況，除按前述塌方處理辦法搶險之外，同時需要在地表陷穴口處進行防護工作：

4.5.1 在地面陷穴四周開挖排水溝系統，將地表水從這些水溝中排走而不致灌入陷穴，防止地下水滲入到巖體中。

4.5.2 用適當的支撐箍緊陷穴口，阻止巖體繼續塌陷。

4.5.3 除了用一定厚度圬工回填拱頂外，還需要用塌碴將塌穴填滿至地表，并把封口用粘土粘好并夯實。

4.5.4 在陷穴口上面搭設防雨棚，防止雨雪水灌入。

參考文獻

[1]JTGF60-2009.中華人民共和國交通運輸部.公路隧道施工技術規范.人民交通出版社，2009.

[2]TB10204-2002.中華人民共和國鐵道部.鐵路隧道施工規范.中國鐵道出版社，2002.