隧道工程施工及突發事故處理措施研究

中交第四公路工程局有限公司

【摘 要】以川西某隧道施工為實例，闡述了隧道施工的施工過程及施工中的注意事項。在實際施工經驗的基礎上，總結了隧道施工中的工程質量通病和包括隧道坍塌、突水、突泥和巖爆等突發事故的特點及其應對措施。

【關鍵詞】隧道；工程施工；工程質量通病；突發事故

1.工程概況

四川省雅安至康定高速公路項目起于雅安市草壩，接樂山至雅安高速公路，設對巖樞紐互通式立交與雅安至瀘沽高速公路相接后，經天全、新溝，設隧道穿越二郎山后，經瀘定，瓦斯溝止于康定縣城東菜園子。路線全長134km。

本標段工程主要包括橋梁、涵洞、隧道及路基等工程，其中隧道主洞建筑限界：凈寬10.25m×2。標段共有隧道9338m/6座，為分離式隧道，隧道分布特征見表1。

2.地質背景

研究區位于四川盆地西緣山地，為盆地到青藏高原的過渡地帶。由海拔平均4000多米的世界屋脊向東傾斜，降至500多米的四川盆地西角。區內山脈絕大多數為背斜山，與地質構造帶走向一致。沿線山脈縱橫，地表崎嶇，地貌類型復雜多樣。形態上，以山地為主，高山、中山、低山、平壩等地貌形態齊全。本標段線路海拔1315m～1420m。

沿線地層分布主要受構造控制，低山丘陵河谷區主要地層為第三系礫巖，白堊系礫巖、砂巖，泥盆系大理巖、片巖，中元古界石英片巖、片麻巖。南陽盆地主要地層為第四系膨脹土和第三系泥巖、砂礫巖。此外發育少量構造巖類和花崗質侵入體。

工程標段屬亞熱帶季風山地氣候，年平均氣溫15.1℃，降水量由東向西隨高度遞增，年平均降水量達1660毫米，雨季長達半年。區內地表河流為天全河，水量豐富，河內流量主要來自雨水補給，其次是地下水補給和冰雪融水補給。

標段沿線發育滑坡、錯落、崩塌、巖堆及危巖落石、溜坍、泥石流、巖溶、地震液化等不良地質現象。基本地震動峰值加速度為0.20g，相應的地震基本烈度為Ⅷ度。

3.隧道施工過程

3.1施工設計方案

隧道施工主要重點關注下述方面：（1）洞門開挖，在修通施工便道后，開始洞口土石方的挖運。開挖之前，注意邊、仰坡受地表水沖刷而形成塌方[1]。（2）明洞開挖，在洞口截水溝完成后進行。應密切注意開挖邊坡率，并在開挖后及時進行邊坡防護。之后施工仰拱、邊墻基礎，整體灌筑拱墻。驗證明洞砼是否達到設計強度，再進行防水層和明洞回填。（3）洞身開挖，依據圍巖特點，不同等級的圍巖采用相應的開挖方式。如，Ⅴ級圍巖及圍巖淺埋段采用留核心土環形遵循、Ⅳ級圍巖采用臺階法和Ⅲ級圍巖采用全斷面進行開挖。開挖期間務必保證洞內通風正常，應用軸流風機供風，吐濁納新。（4）支護，包括超前和初期支護。洞口段利用雙層小導管進行加固，超前支護采用φ42超前小導管，初期支護采用和φ22藥卷錨桿等。支護過程重點注意大管棚、Φ42注漿小導管、型鋼拱架、φ25/Φ22藥卷錨桿、鋼筋網和噴射砼的施工。（5）防水層施工，隧道拱墻上添加防水板和無紡土工布進行防水，二者在盲溝施工完且二襯施工之前完成鋪設。防水板放置于11號鐵絲上，防水卷材的鋪掛工藝采用熱風雙焊縫鋪掛。（6）襯砌砼由兩個集中拌和站供應，施工過程注意按配合比配料，其順序遵循先仰拱和拱墻整體的灌注，再電纜槽和水溝施工。（7）防排水，其施工原則是排水為主，兼以防水、堵水和截水等，以期達到洞內排水通暢。進行縱橫向排水盲管施工，設置洞內排水溝。（8）洞內路面施工，采用機械攤鋪進行隧道水泥砼路面施工。（9）隧道監控量測，是施工質量和施工進度的保證，需完成包括測點埋設、日常量測和數據處理等工作，并將量測信息及時反饋于施工。（10）地質超前預報，鑒于隧道工程地質及水文地質條件的復雜性，在施工中采取隧道地震探測儀和地質雷達等手段進行超前地質預報，為探明區內不良地質現象，以確保施工安全。

3.2施工技術措施

根據標段隧道圍巖地質條件較差的特點，以確保隧道施工質量為目的，采取如下技術措施：（1）進洞施工，將洞口的截、排水設施，洞頂溝、坑等凹處進行夯實填平等工作，在進洞施工之前完成。開挖順序為先洞口邊及仰坡開挖，再洞內。（2）洞口淺埋段應用超前小導管進行注漿，開挖進尺需嚴格控制，減少爆破、擾動強度和爆破振動，并及時進行初期支護，減少圍巖暴露時間。在一些地方，出現地下水高于路肩標高的情況，設降水井和集水坑，并設置泵站梯級將之抽排出洞。（3）洞身開挖，在地質不良現象地段遵循“短進尺、弱爆破、強支護”的施工原則，對裝藥量進行嚴格控制、改用機械和人工開挖，適當預留沉降量。（4）洞身施工，重點是超前小導管、鋼架、鋼筋網和噴混凝土的施工。超前小導管設置前后兩排，長度應大于1m；鋼架安放時應垂直于隧道中線，傾斜度偏差不大于2°；鋼筋網采用焊接的搭接方式，搭接長度為1～2個網格；采用分層分層噴射混凝土，每次噴射混凝土厚度的不小于40mm，濕潤養護工作在凝土終凝2小時后進行。（5）襯砌施工，以隧道斷面尺寸為基準，混凝土襯砌施工以保證襯砌厚度為原則。 3.3工程質量的通病

通過標段隧道施工，結合前人的工作經驗[2、3]，本文總結了隧道工程質量常見的通病，并對其相應的預防措施進行歸納（表2）。

表2 隧道工程質量通病及預防措施表

序號 質量通病 預防措施

1 隧道拱背回填不實 在出現超挖坍塌時，嚴格按規范和驗標要求辦理，拱腳以上1m范圍內的超挖，必須用與拱圈同等級混凝土一次回填；其余部分，超挖在允許范圍內可用與襯砌同樣材料回填，超挖大于規定時可用片石混凝土或漿砌片石回填；

回填后，必須經質量員檢查合格后，方可進行下道工序。

2 隧道排水溝、電纜槽不平直 采用成熟的型鋼模板體系施工方法，每倒用一次都要進行整修；

放樣點宜5m一個，模板縱向接縫處要重點檢查標高，加強支撐，防止跑模；

搗固密實，頂面抹面要設專人負責；

不得提前拆模，以防拆模造成棱角破壞。

3 隧道滲漏水 按設計要求施工防排水設施，灌注混凝土時保證防排水設施位置正確，牢固、不破損；

洞身施工防水層前先進行支護表面修整處理，防止防水層被戳破；

采用防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理的原則；

襯砌混凝土要搗固密實，加強結構自防水；

按規范安裝止水條、止水帶采用鋼筋卡定位和固定，按設計埋設排水盲溝；

提高混凝土的抗滲性。

4 邊墻施工縫接觸面處混凝土不密實 設計斷面預制端頭板，立模要牢固并充分濕潤模板；

加強搗固，拐角處一定要振搗密實；

木工現場值班，發現跑模，立即糾正。

3.突發事故及應對措施

隧道施工過程中，由于發生突發地質災害事件和存在各種工程質量通病（表2），致使隧道本身及其施工作業處于突發事件的威脅中，下面從隧道坍塌、突水、突泥和巖爆等幾個方面進行分析，并提出相應的應對措施。

隧道坍塌，施工現場主要表現在：（1）圍巖量測結果顯示，圍巖的變形速度急劇加快；（2）圍巖面巖塊不斷剝離墜落；（3）支護噴混凝土的表面出現龜裂、裂縫或脫皮掉塊；（4）鋼架發生嚴重變形；（5）掌子面圍巖裂隙中滲水量或涌水量顯著加大。出現上述狀況，施工人員務必迅速撤離現場。具體應對措施包括：（1）對坍塌情況隨時進行觀察、監測和記錄；（2）于坍塌后方設置拱線和邊墻橫向支撐，必要時可在拱部設傘形支撐；（3）綜合分析，查找坍塌原因，實施加固，排除險情。

隧道突水事故，主要是掌子面施工時突然涌出的大量水流。其應對措施包括：（1）施工人員需配備救生衣；（2）以人為本，先撤離施工人員，切斷電源；（3）積極進行抽水排水作業，洞內水泵不能滿足抽水需要時，及時啟用洞外抽水設備；（4）積水面下降后，應對浸泡段和隧道初期支護進行檢查，并對有裂紋和松動的壁墻及時進行處理。

隧道突泥事故，應對措施包括：（1）做好突泥事故的預防工作，一旦突泥事故發生，立即撤離掌子面施工人員；（2）待突泥能量釋放后，組織搶險人員進洞搶救。應用鋼筋、鋼管和型鋼作為骨架，利用草袋、坑木封堵缺口，最后利用噴射混凝土將突泥口封閉，并加固周圍洞身；（3）設置安全監控測量點，密切注意圍巖的收斂變化情況。

隧道巖爆事故，應對措施主要有：（1）首先進行找頂工作，一切以巖爆部位找頂為前提；（2）對巖爆部位的支護進行加強，必須遵循先打安全錨桿（必要時可以掛網），并根據實際情況進行噴漿封閉，之后再進行開挖作業；（3）錨桿安裝完成后，再于在錨桿之間鉆適量的空眼，以達到減小巖爆二次發生的機率的目的；（4）施工人員樹立良好的安全意識，做好及時撤離的準備；（5）在巖爆重災區，應在最短的時間內對圍巖進行錨噴網支護。

參考文獻：

[1]中華人民共和國交通部. 公路工程施工技術規范（JTJ 032-94）. 人民交通出版社，2004.

[2]交通運輸部工程質量監督局. 公路隧道工程質量通病防治手冊[M]. 人民交通出版社，2004.

[3]中華人民共和國交通部. 公路橋涵施工技術規范（JTG/T F50-2011）. 人民交通出版社，2011.

作者簡介：

白英利，1975年8月生，男，吉林松原，本科畢業，工程師，公路、市政、鐵路土建施工中交第四公路工程局有限公司。