公路隧道防塌方技術研究

魏平寬

(山西省公路局，山西太原 030006)

近年來，伴隨著國民經濟的高速發展，公路基礎設施建設迎來了一輪建設高潮，全國各地公路建設項目遍地開花。和前幾年相比，公路建設已經從平原微丘地區轉向了大山深處，公路隧道的數量、規模也日趨龐大，地形、地質等建設條件也越來越復雜。各大媒體和門戶網站的頭版頭條經常會有隧道事故的報道，從而引起全社會的關注。而這些報道中，有關隧道塌方事故的報道數量最多。作為一名公路建設者，如何避免隧道事故發生、防止塌方，確保隧道施工和人員安全，成為擺在我們面前首要解決的問題。

1 隧道塌方的主要原因

隧道出現塌方的原因很多，歸納起來，一方面是設計原因，具體來講，在施工圖設計階段，本來要在初步設計外業資料的基礎上，通過增加物探、鉆探等手段，進一步補充、完善隧道的水文、地質調查，掌握圍巖的強度、完整性等，從而達到細化隧道圍巖分級的目的。但實際上，設計單位在施工圖設計階段，有時會因為業主著急項目上馬、催促提交設計文件而省略或者簡化了這一步，使施工圖設計階段的地質勘查流于形式，勘察深度不足，對隧道穿過的斷層、破碎帶等不良地質地段的圍巖情況掌握有限，圍巖級別劃分過粗，設計的支護參數選取偏小，無法保證圍巖從開挖到系統支護期間的穩定;同時，由于缺乏較為詳細的地質和水文資料，使施工單位的施工方案出現偏差，隧道開挖后出現塌方將會不可避免。另一方面是施工及管理方面的原因。施工人員選擇的開挖方案和支護參數不適應地質條件，工序間距安排不當，施工支護不及時，使開挖后的巖體過長時間暴露在外，未能及時進行封閉，圍巖變形過大，造成塌方。初期支護施工不規范，偷工減料，支護后又未能按規定進行量測，或信息反饋不及時，導致決策失誤，造成塌方。在隧道的施工過程中，未能嚴格按照設計文件、施工組織設計、施工技術規范等相關規定進行施工，達不到均衡生產、有序施工的要求，由于不合理的工期、造價等宏觀決策，引起施工過程中因追求進度和工期，造成支護強度達不到應有的要求，從而引起塌方。

2 易發生塌方的地段

隧道發生塌方，與隧道所處的地質條件有著直接的關系。塌方是圍巖變形由小到大，直至破壞、失穩的過程，是從量變到質變的過程，在這個量變的過程中，必然會在圍巖的工程地質和水文地質特征上有一些征兆。斷層及其破碎帶，因其特殊的地質構造，巖層一般都受到強烈破壞，致使巖體裂隙增多、巖石破碎、地下水發育，巖體完整性差，從而降低了巖石的強度和穩定性，本身對工程建筑造成了種種不利的影響。隧道線位無法調整，需要穿越這一地層時，松散地層的圍巖條件為隧道施工帶來了很大的困難，通常成為隧道發生塌方的多發地段。軟質圍巖隧道，巖石強度低、巖體破碎、孔隙大，膠結程度差，隧道開挖能產生顯著的塑性變形，一旦施工方法和工程措施不當，將極易發生隧道塌方等工程災害。對于埋深較淺的隧道，由于覆蓋層比較薄，隧道開挖后引起的松動范圍內的圍巖外側巖體，經常受到地表水的侵蝕和外界自然環境的影響，巖石風化程度一般較高，圍巖破碎，而緊靠洞體的圍巖也會受到地表水的侵蝕和外界氣溫等自然環境的影響，長時間以來，巖體破碎程度進一步加劇，如果設計、施工不當，也是隧道塌方發生的高發地段。在隧道施工中，對進洞、出洞往往比較重視，洞口處埋深淺、石質差、受力結構復雜，各種不利因素集中在一起，成為施工的難點，處理不當極易發生塌方。對于設置人行橫洞或者車行橫洞的隧道，主洞與支洞交叉的部位，也就是通常所說的交叉三角區，這既是設計的難點，也是施工的特殊地段，如果工程處理不當，支護不足，也極易發生塌方。

3 預防塌方的措施

隧道塌方不僅延誤工期、大幅度地提高工程費用，給施工帶來很大的困難和巨大的經濟損失，也會對人身造成傷害，同時如果處理不當，也會遺留工程質量隱患，給維修養護工作造成極大困難。導致塌方的原因雖然多種多樣，但是只要采取有效的工程措施和對策，不僅可以有效減少經濟損失和人身傷害，還可以使塌方事故得到有效控制。

1)加強隧道地質工作。塌方發生在施工階段，似乎與設計關系不是很密切，因而人們往往忽視設計過程對塌方的預防，導致在施工過程中塌方的發生。實際上，在勘測設計過程中，隧道地質工作，直接影響著設計人員對工程地質、水文地質的掌握情況，更進一步講，是判斷圍巖破碎程度、完整性、巖石強度的重要手段，也是選擇設計參數的依據，地質勘察的科學性、準確性對預防隧道的塌方起著至關重要的作用。因此在施工前的設計階段，尤其是施工圖設計的地質勘察，進行詳盡合理的地質勘察是非常有必要的，不能因為各種各樣的理由省略這一步。在進行隧道設計選線時，要盡可能避開圍巖破碎的不良地質地段;當隧道不可避免地要穿越不良地質段時，在設計過程中，要有詳盡的設計方案，同時也要說明具體的施工措施，使施工單位對隧道穿過這一地段，提早做好打算，在思想上足夠重視，合理選擇與之相匹配的施工方案，及時采取有效的支護，預防塌方的產生。

雖然設計階段的地質工作很重要，但設計階段不可能每米一個斷面進行勘察，也會有勘察不到的地方，而施工階段是一米一米的往前推進，圍巖變化往往一目了然。因此，在施工過程中，派地質人員負責現場檢查隧道圍巖，并與設計文件進行比對，發現圍巖級別突變時，應及時通知設計單位，調整開挖方法和支護參數，避免發生坍塌，造成人員傷害和財產損失。對于沒有專門地質人員的施工單位，可積極開展地質超前預報工作，通過開展此項工作，能夠對隧道周圍及掌子面前方的地質情況進行探測，識別和預測隧道掌子面前方及周圍的工程地質、水文地質結構，提供準確的斷裂帶、含水帶及巖體工程類別等地質參數，能有效地避免塌方的發生，確保施工安全。

2)重視施工技術研究。隧道施工中，開挖是最關鍵的步驟，開挖對圍巖的穩定狀態有著直接而重要的影響，各種不同的開挖方法，有著各自的適用范圍，開挖方法選擇不當，就很容易導致隧道塌方。在地質特別差的地段，優先考慮先拱后墻以及導洞掘進、合理分塊的施工方法，并嚴格遵循“強支護、后開挖、短進尺、弱爆破、快襯砌”的施工原則。在開挖前，按設計要求完成超前支護和注漿，這樣就加固了掌子面前方的圍巖，保證了隧道工程開挖工作面的穩定。開挖中，不能為了搶進度，而隨意加大掘進進尺。爆破時，要嚴格控制炸藥用量，不得修改爆破參數，使施工爆破對隧道圍巖的影響降到最低，最大限度保護周邊巖體的穩定性，發揮圍巖的自身承載能力，當開挖出工作面后，應及時有效地完成噴錨支護或噴錨網聯合支護，并考慮采用早強噴射混凝土、早強錨桿和鋼支撐支護措施等，這對防止局部坍塌，提高隧道整體穩定性具有重要的作用。對于暫時不能襯砌的部分，開挖臨時斷面后，要做好臨時支撐。對于地下水豐富地段，還必須制定完善的排水、堵水措施。

3)嚴格施工質量控制。隧道塌方大多數都與施工質量缺陷有關，因此，應加強和改善施工管理，克服重開挖、輕支護的指導思想，隧道參建人員要牢固樹立安全質量意識，嚴格遵守施工規范和有關制度。初期支護在隧道施工中占據著極為重要的地位，隧道受力極大一部分都由初期支護承擔，施工期間穩定安全與否，初期支護質量好壞起著決定性作用，因此施工中必須加強對初期支護的質量控制。格柵、鋼拱架間距、落底、上下榀焊接情況，系統錨桿和鎖腳錨桿數量和長度等，這些都是初期支護最關鍵的組成部分，也是施工過程中質量控制的重點，更是預防隧道塌方的重要手段。超前支護、外部注漿，是借助外部手段穩定隧道前方的工作面，加固圍巖，其質量影響著圍巖加固的密實性，也是預防塌方險情的重要工程措施。

4)加強監控量測。在隧道開挖過程中進行施工監控量測，通過現場測量獲得圍巖力學動態和支護工作狀態的有關數據，通過對這些數據的分析，來判斷圍巖和支護結構體系的穩定性和工作狀態，及時提供圍巖穩定程度和支護結構可靠性的安全信息，預見事故和險情，修正設計參數，約束圍巖發生大的變形，并在復合式襯砌中，依據量測結果確定二次襯砌施作的時間，為隧道提供一定的安全儲備。

4 結語

隧道塌方事故不僅會對施工企業的聲譽產生不好的影響，使企業蒙受巨大的損失，而且會危害人的生命，必須引起高度重視。隧道塌方的原因是多種多樣的，但只要從設計階段入手，加強隧道地質工作，施工中，選擇合理的施工方案，加強爆破控制，采取科學合理的支護手段，嚴把施工質量，加強組織管理，嚴格遵循“強支護、后開挖、短進尺、弱爆破、快襯砌、勤量測”的方針組織施工，隧道塌方是完全可以避免的。

［1］ 關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003:39-51.

［2］ JTG/T F60-2009，公路隧道施工技術細則［S］.