高速公路軟弱圍巖隧道塌方處理施工技術(shù)探討

劉為公

(山西路橋集團(tuán)國(guó)際交通建設(shè)工程有限公司，山西太原 030006)

軟弱圍巖一般分為兩種類型，一種軟弱圍巖的巖層結(jié)構(gòu)面發(fā)育良好，但是巖層地質(zhì)十分容易破碎，構(gòu)建不夠緊密，大面積的斷層帶和被風(fēng)化強(qiáng)度十分大的巖體絕大部分都是這一類型的;另一類軟弱圍巖是巖體本身的強(qiáng)度不大，比如泥巖和黃土。因此軟弱圍巖整體的抗壓力度較低，承受拉應(yīng)力的強(qiáng)度也不大，在隧道建設(shè)的過程中，圍巖就可能因?yàn)槔瓚?yīng)力而造成巖層的破碎而產(chǎn)生塌方。而我國(guó)現(xiàn)在修建的隧道以及地下工程的數(shù)量是世界上數(shù)目最多的，道路修建的技術(shù)也是發(fā)展最快的，此外我國(guó)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式也是最復(fù)雜多變的。所以在高速公路隧道的修建過程中，塌方災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，造成了道路建設(shè)工人的傷亡，因此就需要了解軟弱圍巖隧道塌方的原因，防患于未然，在塌方發(fā)生以后，也能及時(shí)制定出處理措施，將損失降低到最少。

1 軟弱圍巖隧道塌方產(chǎn)生的原因

塌方是因?yàn)樗淼儡浫鯂鷰r的承受力量強(qiáng)度不大所造成的一種自然災(zāi)害，塌方發(fā)生的因素要從隧道的施工、軟弱圍巖的巖體、隧道的設(shè)計(jì)這些方面進(jìn)行全方位的考慮。

1)隧道的施工因素。

由于我國(guó)各省市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平各不相同，各省市的高速公路施工隊(duì)的技術(shù)水平也高低不一，這些都造成了在道路的修建工程中出現(xiàn)許多不規(guī)范甚至錯(cuò)誤的操作。目前我國(guó)在修建公路隧道時(shí)，最常使用的方法是新奧法，這種方法是將初支護(hù)的柔韌性和圍巖的聯(lián)合支護(hù)相結(jié)合在一起的，但是使用這種方法經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)隧道圍巖超挖的情況，在處理這個(gè)問題上，有一些施工隊(duì)在用混凝土填補(bǔ)超挖的圍巖部分時(shí)，不是用同標(biāo)號(hào)的混凝土而是用碎石、片石，石棉瓦這些材料，這就使初支護(hù)出現(xiàn)了許多的縫隙和破洞，導(dǎo)致圍巖和初支護(hù)不能整體受力，使塌方的風(fēng)險(xiǎn)增加[1]。

2)軟弱圍巖的巖體因素。

軟弱圍巖的巖體受到其結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響，斷層帶的結(jié)構(gòu)面無規(guī)則，有角礫、裂縫等結(jié)構(gòu)，在其中充滿泥質(zhì)或巖屑，使得其本身自穩(wěn)能力差，強(qiáng)度差。而隧道的建設(shè)是將地應(yīng)力重新的分布，所以圍巖初支護(hù)就極其容易發(fā)生變形，造成塌方事故。比如:鄭西客專南山口隧道大塌方事故，其塌方地段的圍巖地質(zhì)是屬于強(qiáng)風(fēng)化的粉砂巖和卵石土，因襯砌不到位，封閉不到位、對(duì)地質(zhì)的認(rèn)識(shí)也不到位，導(dǎo)致掌子面出現(xiàn)掉塊、開裂(見圖1)。

圖1 南山口隧道大塌方示意圖（單位：m）

3)隧道的設(shè)計(jì)因素。

一般我國(guó)公路隧道的設(shè)計(jì)方法主要有:理論計(jì)算法、工程類比法、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控法這三種。由于我國(guó)目前對(duì)地質(zhì)勘查的水平不高，在隧道修建之初，對(duì)軟弱圍巖的地質(zhì)都沒有一個(gè)確切的了解，因此在公路隧道的設(shè)計(jì)過程中，支護(hù)參數(shù)和實(shí)際所需的參數(shù)相差很大，增加隧道塌方的幾率[2]。

4)自然環(huán)境的影響。

在有些高速公路隧道的修建地區(qū)，降雨量充沛，而軟弱圍巖的巖層在充足雨量的沖刷下，容易使巖層軟化，強(qiáng)度降低，增加塌方事故的發(fā)生。

2 軟弱圍巖隧道塌方的處理措施

因軟弱圍巖本身的地質(zhì)影響，所以在隧道建造時(shí)就要考慮到如何減少塌方事故的產(chǎn)生，而在塌方事故產(chǎn)生時(shí)也要及時(shí)制定出應(yīng)急措施，將人員的傷亡和經(jīng)濟(jì)的損失降低到最少。

1)預(yù)防塌方發(fā)生的措施。

a.注漿法。

軟弱圍巖本身巖體自穩(wěn)性弱、強(qiáng)度低，所以預(yù)防塌方最常用的方法是加固巖體。注漿法是在圍巖的破碎帶和軟弱地區(qū)，特別是隧道建造區(qū)段的地下水豐富時(shí)，就需要采取注漿法對(duì)圍巖進(jìn)行加固，一般注漿法能加固的范圍縱向根據(jù)器材的能力和本身地質(zhì)的特點(diǎn)，最多能加固30 m，環(huán)向最多能加固5 m，這樣就能減少塌方事故的產(chǎn)生。

b.超前大管棚法。

超前大管棚由鋼管和鋼拱架構(gòu)成，適用于容易破碎，松散的巖體，強(qiáng)膨脹性地質(zhì)層。大管棚法是外徑108 mm，管壁厚為8 mm的無縫鋼管，鋼管上的注漿孔呈梅花形排列，采用水泥漿進(jìn)行注漿。大管棚法可以增強(qiáng)軟弱圍巖的自穩(wěn)性，也能增強(qiáng)其的承重能力，為隧道的施工提供了重要的安全保障[3]。

c.提高施工隊(duì)的技術(shù)含金量。

目前，我國(guó)公路隧道的建設(shè)技術(shù)和國(guó)外相比還是比較落后，但是我國(guó)高速公路的建設(shè)量卻是最多的，建設(shè)者們遇到了越來越多的問題，也導(dǎo)致了塌方的產(chǎn)生。因此就需要培養(yǎng)專業(yè)的地質(zhì)工程師，對(duì)施工地段的地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)精確的勘查，這樣就能讓隧道設(shè)計(jì)者計(jì)算出準(zhǔn)確的支護(hù)參數(shù)，也能采取正確的措施對(duì)軟弱圍巖進(jìn)行處理。同時(shí)也要引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的隧道建設(shè)的鉆孔機(jī)等器械，讓注漿法等措施的作用發(fā)揮到最大。

2)塌方處理的應(yīng)急措施。

在塌方事故發(fā)生后，要先加固巖體，防止塌方事故的二次發(fā)生，在確保巖體穩(wěn)固后，再進(jìn)行對(duì)塌方地段的處理。在塌方發(fā)生48 h后，等圍巖地質(zhì)之間的力互相平衡，觀察隧道塌方地段的拱頂沉落值與水平收斂值是否穩(wěn)定，待穩(wěn)定時(shí)即可開始對(duì)塌方隧道進(jìn)行施工重建。

a.處理地下滲水。

一般軟弱圍巖隧道發(fā)生塌方時(shí)，會(huì)有許多地下水滲出，此外也有可能出現(xiàn)雨水下滲造成更嚴(yán)重的塌方事故，為了阻止這種事故的發(fā)生，應(yīng)先阻斷地表的雨水下滲，以及利用排水管將地下的滲水排出到隧道外，防止?jié)B水將軟弱圍巖浸濕，導(dǎo)致軟弱圍巖變得更加松軟，破碎。

b.超前小導(dǎo)管法加固圍巖。

小導(dǎo)管是用管壁厚為5 mm的，直徑為42 mm，長(zhǎng)至十幾米的鋼管，小導(dǎo)管具有初期支護(hù)效果明顯，安全系數(shù)高的特性。小導(dǎo)管是在隧道開始修建時(shí)對(duì)軟弱圍巖添加一個(gè)徑向力，保持軟弱圍巖的穩(wěn)定。在塌方發(fā)生時(shí)，對(duì)小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，加固塌方周邊的圍巖地質(zhì)層，未進(jìn)行注漿的小導(dǎo)管，還可做排水管，排出地下滲水，超前小導(dǎo)管法示意圖見圖2[4]。

圖2 超前小導(dǎo)管法示意圖（單位：cm）

c.塌方地段隧道內(nèi)處理。

軟弱圍巖隧道發(fā)生塌方事故后，從隧道拱頂會(huì)落下大量的洞渣以及巖石。首先要對(duì)塌方的坡面進(jìn)行回填洞渣，增強(qiáng)塌方體坡腳的穩(wěn)定性，也同時(shí)為施工人員提供了安全保障;在塌方地段設(shè)置臨時(shí)支撐加固裝置，防止圍巖的再次變形發(fā)生塌方;對(duì)塌方地段松散的巖層噴射混凝土，使其在進(jìn)行超前小導(dǎo)管的注漿時(shí)，注漿液不會(huì)溢出，這樣將整個(gè)塌方地段完全封閉起來，增加后續(xù)施工的安全性。

3 結(jié)語

在用正確的搶救方式處理了隧道的塌方事故后，還要進(jìn)行對(duì)隧道塌方區(qū)處理效果的檢測(cè)，最開始階段要保證一天兩測(cè)，測(cè)量隧道拱頂?shù)南鲁林岛褪諗课灰疲胶竺鏋橐惶煲粶y(cè)，保證隧道的拱頂下沉量不超過相對(duì)值的0.41%，收斂值不超過標(biāo)準(zhǔn)值的0.38%，這就表明隧道塌方地段地質(zhì)穩(wěn)定，塌方處理措施成功。本文簡(jiǎn)單的闡述了現(xiàn)在軟弱圍巖塌方事故產(chǎn)生原因，以及如何預(yù)防高速公路軟弱圍巖隧道塌方事故和在塌方發(fā)生后的主要應(yīng)急措施，盡量將損失降到最低。但是目前塌方的類型多種多樣，而且高速公路軟弱圍巖隧道的塌方事故的危害一般都比較嚴(yán)重，而且具有突發(fā)性和不可預(yù)知性，通常導(dǎo)致大量的人員傷亡。因此建設(shè)公路隧道的技術(shù)人員要在研究軟弱圍巖隧道的施工技術(shù)的道路上不斷前進(jìn)，力求能在將來克服隧道塌方這一災(zāi)害。

[1] 王 峰.武廣客運(yùn)專線某隧道塌方處理技術(shù)探討[J].市政·交通·水利工程設(shè)計(jì)，2011，11(6):54-56.

[2] 馮俊琪.深切地形軟弱圍巖隧道塌方原因研究[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，11(1):142-143.

[3] 宋 波.達(dá)陜高速公路隧道塌方機(jī)制及處治措施研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(5):26-27.

[4] 周應(yīng)麟，陳秋南.隧道軟弱圍巖塌方處理研究[J].中外公路，2010，32(5):26-27.