淺談高速公路隧道施工塌方及控制

林文新

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢公司　福州　350000）

淺談高速公路隧道施工塌方及控制

林文新

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢公司福州350000）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通運(yùn)輸在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用將會越來越突出，高速公路作為交通運(yùn)輸中重要的樞紐，高速公路的安全施工問題是關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展大計和人民日常出行的重大民生問題。隨著我國高速公路隧道技術(shù)的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)縱橫發(fā)展的需求，出現(xiàn)了越來越多的大隧道工程，由于隧道所經(jīng)地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工管理不到位等等原因，導(dǎo)致公路隧道塌方的情況屢屢發(fā)生，給國家和人們帶來了重大經(jīng)濟(jì)損失，本文將結(jié)合筆者多年的公路隧道施工經(jīng)驗，探討造成高速公路隧道施工的成因及控制處理的措施。

高速公路；隧道施工；塌方事故；控制

自改革開放以來，公路隧道平均每年新建350km，28座水下公路隧道已建成通車，目前公路隧道已由重丘走向深山、由陸地走向水下、由山區(qū)走向城市。面對地震、火災(zāi)和暴雨等災(zāi)害日益頻發(fā)，面對高地應(yīng)力、活動斷裂、高寒、高海拔和富水等復(fù)雜地質(zhì)條件，面對保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源等日益增強(qiáng)的建設(shè)理念，面對我國跨江海、穿高原等重要戰(zhàn)略通道建設(shè)的實(shí)際需要，公路隧道建設(shè)尚存在很多亟待解決的問題[1]。

1　國內(nèi)高速公路隧道施工的發(fā)展情況

1.1我國公路隧道發(fā)展歷程簡介

①我國最早的交通隧道是陜西古褒斜道上的石門隧道，始建于公元66年。②建國60～70年代，我國開始在干線公路修建百米以上的隧道，但標(biāo)準(zhǔn)不高。④80年代后期，我國才真正開始興建高速公路和高速公路隧道。⑤90年代開通的成渝高速公路的中梁山隧道，把我國公路隧道單洞長度提高到3000m以上，并在處理通風(fēng)、塌方、瓦斯、地下水和營運(yùn)管理與交通監(jiān)控技術(shù)等方面取得了突破性進(jìn)展。⑤云南楚大高速公路的九頂山隧道（長3204m）開創(chuàng)了我國山嶺長大隧道的建設(shè)史；上海穿越黃浦江江底隧道（長度超過3000m）標(biāo)志著我國水下沉埋隧道修建技術(shù)達(dá)到了新的水平；遼寧沈大高速公路韓家?guī)X隧道（亞洲最寬的四車道公路隧道）[2]。⑥進(jìn)入21世紀(jì)，我國公路網(wǎng)交通逐漸向崇山峻嶺穿越，向離岸深水延伸。

1.2國內(nèi)公路隧道建設(shè)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

（1）基礎(chǔ)理論方面。“新奧法”原理的引入和推廣，公路隧道技術(shù)人員逐漸注意到隧道圍巖為“三位一體”（產(chǎn)生荷載、承載結(jié)構(gòu)和建筑材料）的特性，控制爆破、錨噴支護(hù)和現(xiàn)場監(jiān)測等手段成功應(yīng)用，淺埋暗挖法正在探索實(shí)踐當(dāng)中。

（2）研究手段方面。借助計算機(jī)對隧道工程進(jìn)行全過程數(shù)值模擬的研究方法逐漸得到了廣泛應(yīng)用，總體上，工程類比法、經(jīng)典解析法、數(shù)值模擬法和實(shí)驗法構(gòu)成了隧道工程的研究方法體系，特別是后兩者已成為解決重大技術(shù)難題的主要有效手段。

（3）勘測設(shè)計技術(shù)方面。地質(zhì)勘察手段方面，如現(xiàn)代物探工具和高速地質(zhì)鉆機(jī)的使用；初測地質(zhì)勘查和施工階段地質(zhì)超前預(yù)報工作中普遍采取了地震波反射法、聲波反射法、紅外線探水法和地質(zhì)雷達(dá)等；在設(shè)計理念方面，環(huán)保意識有所加強(qiáng)；計算機(jī)技術(shù)的采用為設(shè)計提供了量化依據(jù)；計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）手段的普及，使繪圖工作的狀況大為改觀。

（4）結(jié)構(gòu)形勢方面。出現(xiàn)了連拱式和小凈距式的隧道結(jié)構(gòu)型式，此外，分岔式隧道結(jié)構(gòu)型式、橋隧混合結(jié)構(gòu)型式、地下立交結(jié)構(gòu)型式的工程實(shí)踐也日益增多。

2　造成我國高速公路隧道施工出現(xiàn)塌方事故的原因——以天竺寺隧道ZK22+841～ZK22+889處塌為例

天竺寺隧道是泉州市環(huán)城高速公路的一座連拱淺埋短隧道。隧道進(jìn)洞口（南安端）樁號K22+690，出洞口（石井端）樁號K22+ 926，長236m，最大埋深約55m，隧道凈空（寬×高）14.5m×5.0m。洞內(nèi)采用電燈照明，自然通風(fēng)。2012年8月21日下午17：10，K22+ 841～K22+889段左主洞坍塌，冒頂。

2.1地質(zhì)方面的原因

（1）該段位于隧道出口段，巖體為黃色坡積土和砂土狀全風(fēng)化凝灰?guī)r，自穩(wěn)性極差，埋深4～26m，淺埋，向出口和左側(cè)呈斜坡狀，嚴(yán)重偏壓。前期連續(xù)兩個臺風(fēng)，導(dǎo)致大量降水，洞身四周土體中滲入大量水，土狀全風(fēng)化凝灰?guī)r（俗稱“高嶺土”）遇水膨脹，自穩(wěn)性急劇下降，拱架基礎(chǔ)局部因滲水變得軟弱，大量滲水增加負(fù)重，嚴(yán)重偏壓，導(dǎo)致崩塌。

（2）施工期間多降雨，地下水豐富，通過裂縫進(jìn)入巖體，造成頂板受水量加大，泥夾層交互，結(jié)構(gòu)松散，長期受地下水軟化、沖蝕，使得巖層之間出現(xiàn)相對滑動，使得隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不均，加之隧道施工跨度大，在重度施工作用下，圍巖失去平衡出現(xiàn)坍塌事故。

2.2施工組織方面的原因

①施工單位不能及時根據(jù)地質(zhì)條件變化適時調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方案。②施工缺乏有效管理和指揮，應(yīng)變能力和防危意識差。施工期間連續(xù)兩個臺風(fēng)，導(dǎo)致大量降水，圍巖裂隙含水量增加，重量加大，出現(xiàn)變形和滑動趨勢，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)下沉；施工時方法不當(dāng)，開挖尺度過大，過分?jǐn)_動圍巖，拱腳處基巖承載力較低，而初期支護(hù)沒有及時跟進(jìn)，在進(jìn)行上邊墻施工開挖時，擾動圍巖和拱圈，使支護(hù)拱圈的下沉量更加嚴(yán)重，日積月累，最后造成塌方。

2.3施工質(zhì)量方面等其它原因

據(jù)施工現(xiàn)場檢查時發(fā)現(xiàn)有的材質(zhì)老化嚴(yán)重，沒有及時維護(hù)更換且加固不夠，例如：鎖腳錨桿數(shù)量不足，施打深度不夠；初期支護(hù)背后回填不密實(shí)；支護(hù)拱圈的厚度與設(shè)計厚度有出入；變更設(shè)計后導(dǎo)管注漿不密實(shí)，連接部位焊接或栓接不牢固等等。

3　針對我國高速公路隧道施工出現(xiàn)塌方事故的控制及處理措施——以天竺寺隧道ZK22+841～ ZK22+889處塌為例

因為塌方的情況各有差異，筆者在此歸納總結(jié)三種塌方的處理方案及塌方處理過程和結(jié)論：

3.1塌方處理的施工要求

①地表注漿從低處向高處進(jìn)行，洞頂注漿完成后方可進(jìn)行暗洞施工；②做好監(jiān)控量測，監(jiān)控信息及時反饋，以便指導(dǎo)設(shè)計和施工，確保施工人員安全；④項目部由領(lǐng)導(dǎo)帶班、技術(shù)人員和安全員輪流值班，遇到突發(fā)事件，立即采取應(yīng)急處理措施；⑤在施工過程中，應(yīng)以安全為重，為了防止作業(yè)人員疲勞，宜采用4班以上工作制，禁止無關(guān)人員進(jìn)入洞內(nèi)，安全員應(yīng)隨時注意觀察圍巖變化。若有突變，所有人員必須立即撤離；⑤開工前做好施工技術(shù)交底，施工安全交底；⑥編制隧道塌方段施工安全應(yīng)急預(yù)案；⑦如現(xiàn)場實(shí)際情況發(fā)生變化，相應(yīng)施工方案可以做局部調(diào)整。

3.2塌方的處理過程

（1）應(yīng)急處理。對凹槽四周施做截水溝防止降水進(jìn)入塌方體，采用彩條布覆蓋凹槽。封閉進(jìn)出口，安排專人值班。

（2）塌方過渡段的處理。①對凹槽部位邊仰坡噴錨支護(hù)，對塌方體進(jìn)行地表注漿，塌方體掌子面雙層雙向小導(dǎo)管，開挖先進(jìn)行側(cè)壁導(dǎo)坑施工，即對進(jìn)出口掌子面坍塌坡腳堆疊沙袋，形成工作平臺，其他部位表面噴20cm厚C20混凝土封閉；后采用多臺階法開挖主洞（挖掘尺寸不超過60cm），進(jìn)行初期支護(hù)（按照設(shè)計LS5c樣式進(jìn)行施工），下臺階開挖后施做仰拱（仰拱緊跟主洞掌子面，開挖控制在3～5m，使拱架盡早閉合成環(huán)）、二襯（按照原設(shè)計要求施工，二襯應(yīng)緊跟初支護(hù)施工）。②地表注漿。對山體坍塌凹槽進(jìn)行適度夯實(shí)，邊仰坡進(jìn)行噴錨支護(hù)：坍塌凹槽部位采用φ70小導(dǎo)管支護(hù)注漿，間距1.5m×1.5m布孔，洞頂注漿范圍為初期支護(hù)拱外5m范圍，拱內(nèi)鋼拱架拱腳以上范圍。地表注漿施工應(yīng)控制好角度，保證注漿質(zhì)量，以達(dá)到固結(jié)松散塌體的目的（注漿控制要點(diǎn)：a.注漿孔位置可根據(jù)實(shí)際地形進(jìn)行調(diào)整。b.采用φ80mm地質(zhì)鉆機(jī)成孔，鉆進(jìn)過程中控制垂直度，成孔后及時安裝φ70PVC進(jìn)行注漿作業(yè)。c.單孔注漿可采用間斷注漿，即若漿液從其他山體裂隙中流出可暫停注漿，待圍巖內(nèi)漿液基本初凝時補(bǔ)充注漿，防止?jié){液溢流。d.漿液配比采用1：1水泥漿，壓力控制在0.5～1MPa，終壓控制在1.5MPa。e.注漿人員配備專用防護(hù)面罩。f.注漿前工程試驗人員應(yīng)做好注漿試驗）。

（3）監(jiān)控測量。加強(qiáng)對塌方體的與隧道地表的監(jiān)控量測，對洞周塌方范圍與地表進(jìn)行定時、定位的觀測，隨時掌握塌方體動向，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以便對圍巖穩(wěn)定進(jìn)行分析，修正和完善處理方案。根據(jù)不間斷的監(jiān)測的結(jié)果發(fā)現(xiàn)對塌方采取以上處理措施是可行有效的[4]。

4　結(jié)束語

綜上所述，截止2013年底，全國公路隧道為7433處、537.42萬m，其中，特長隧道267處、114.15萬m，長隧道1221處、206.53萬m。秦嶺終南山隧道、上海崇明隧橋、廈門翔安海底隧道等重大工程相繼建成，目前我國公路隧道建設(shè)規(guī)模主要表現(xiàn)為眾多超特長隧道和超大跨扁平隧道的建設(shè)，隧道的施工技術(shù)水平已接近國際先進(jìn)水平，部分已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。但是我們依然要正視自己的不足，加強(qiáng)高速公路隧道施工過程中的安全管理，做好預(yù)防措施，減少塌方事故給國家和人們帶來的損失。

[1]合華，楊林德，橋正本.深基坑工程動態(tài)施工反演分析與變形預(yù)報[J].巖土工程學(xué)報，2010（4）：133～135.

[2]王運(yùn)金.九嶺山隧道塌方治理及塌方治理效果檢測[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2013（2）：234～235.

[3]邱禮球，王彥虎.高速公路隧道通過煤礦采空區(qū)施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2009（5）：616～619.

[4]姜杰，常明.靈石隧道之石膏礦采空區(qū)設(shè)計研究[J].山西交通科技，2009（4）：137～138.

U458.3

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1673-0038（2015）19-0232-02

2015-4-22