公路隧道塌方原因分析及其施工處理措施

張澤軍

甘肅順達路橋建設有限公司，甘肅蘭州 730050

公路隧道施工過程中，塌方問題是較為常見的事故類型。公路隧道施工過程中的塌方因素是多種多樣的，塌方給公路隧道施工造成極大的安全隱患，對工程進度產生直接影響，甚至造成嚴重的人員、財產損失，為避免公路隧道工程中出現塌方問題，必須采取有效措施予以處理。

1 公路工程隧道塌方的主要類型及其原因分析

1.1 隧道塌方的主要類型

1.1.1 洞口出現塌方

公路工程隧道中的洞口段一般多為堆積層，其風化較為嚴重，巖體破碎程度高，整體的自穩能力和穩定性都非常差，而且處于淺埋地段，若在施工過程中，未在進洞前對周邊仰坡進行技術處理或處理措施不到位，進洞過程中都可能出現洞口頂端圍巖應力重分布；在這部分重力作用下，會造成洞口出現下沉、開裂、變形的現象，當這些現象發展到一定程度，圍巖平衡會被打破，造成大面積失穩，出現洞口塌方問題[1]。

1.1.2 洞內出現塌方

公路工程隧道中的洞內塌方情況包含洞內巖質塌方和洞內土質塌方兩種類型，分別出現在巖石隧道和土質隧道兩種施工環境當中。在巖質隧道開挖過程中，周邊巖層中的巖石處于懸空狀態，受重力作用會出現下沉或收斂變形的現象，以便將其內部應力釋放出來，而巖體內存在層理及節理，在重力綜合作用下，會出現下落、擠出的趨勢，若此時未能采取有效措施予以支護，巖面就會出現“掉塊”問題，當累積到一定程度就會出現塌方。在土質類隧道開挖過程中，由于隧道周邊圍巖硬度較低，其周圍一定范圍內容易出現松弛變形的情況，隨著這些形變問題的擴展，圍巖的整體強度會逐步降低，若此時土壓增大會造成局部塑性破壞，圍巖內部會出現空洞造成局部坍塌、下沉；若塑性區域進一步擴展，土壓會出現劇增，最終造成圍巖整體失穩，形成塌方問題。

1.2 隧道塌方問題原因分析

1.2.1 地質方面的原因

公路工程中的隧道施工是一類典型的地下工程，易受地質情況影響，由于不能確定施工區域準確的地質特征，容易在施工過程中遭遇不良地質問題，出現各類事故，因此，必須重點關注不良地質區域的隧道設計、施工工作。綜合各類隧道塌方事故問題的研究發現，地下水會加劇隧道塌方問題的影響，在施工過程中必須重視水流使圍巖強度、應力發生的變化，因孔隙水壓力增大，小結構面上的有效正應力會變小。若圍巖存在軟結構面，其中的填充物會在水流作用下流失或成為液態，嚴重降低巖體抗剪強度。同時，地下水理化作用會大大降低巖石強度，對于質地較軟的會轉化成液態或者發生膨脹，甚至出現流沙及侵蝕問題。

1.2.2 設計方面的原因

公路工程隧道建設過程中若存在塌方事故，一般都會與設計前的地質勘察環節存在漏洞和不足有直接關聯。公路工程隧道設計過程中，首先，要對待建區域進行地質勘察，充分了解隧道建設區域的地質結構和地層狀況，確保滿足隧道支護等系統的要求，由于受到技術、裝備等方面的影響無法對建設區域進行全面、細致的地質勘察工作，容易出現實際支護類型與設計存在差異，或者設計參數與實際要求相差較大，無法保證從隧道開挖到二次襯砌施工期間內圍巖的穩定性，嚴重情況下會出現工程塌方事故，增加了公路工程隧道施工難度。

1.2.3 施工方面的原因

我國公路工程隧道施工較為主流的方式就是采用新奧法進行施工，而新奧法當中聯合支護和柔性是重要影響因素。在公路工程大斷面隧道施工過程中可以借助這兩個方面為開挖創造良好的技術條件，促使隧道施工進度不斷加快，而在隧道開挖后圍巖初始應力狀態一定會出現各類變化，在施工過程中重新分布的圍巖應力會對隧道結構產生影響，進而造成安全問題。受限于我國不少公路隧道施工單位的管理模式和技術水平，造成施工過程中存在操作不規范的環節，而就是這種不規范造成塌方事故的出現。如：隧道開挖后，施工單位發現局部圍巖狀態較好，會出現麻痹心理，造成屬于管理的情況出現，而噴射混凝土的施工又滯后于開挖施工，對于新開挖的掌子面未能及時予以封閉，圍巖松弛、變形的范圍逐步擴大，載荷逐漸增加；另外，隧道施工前受外部因素影響，對現場地質狀況掌握不足、急于進洞、爆破方式不當、軟弱圍巖仰拱施作不及時、二次襯砌施作延時較久、圍巖和初期支護無法承受應力重新分布后的作用等，這些問題都會造成塌方問題的出現。

1.2.4 認識管理方面的原因

在公路工程隧道施工過程中，部分施工單位不遵循相應的設計要求和規范標準，未能嚴格落實施工組織設計工作，對現場圍巖支護方式擅自改動，改變開挖方式，在施工現場的管理工作上較為松散，不能負起相應的管理控制責任，有關的安全意識和責任感較為薄弱。

2 塌方形態

2.1 局部塌方

一般情況下，局部塌方會發生在隧道拱部的大塊狀巖體當中。由于施工過程中巖體結構面被大量切割，形成不同外形的結構體，整體處于不穩定的狀態，在進行隧道洞室開挖后，這部分不穩定的巖體結構會克服結構面摩擦力向著洞內方式進行滑移，到一定程度后會形成塌方，此類塌方的規模一般較小，容易出現在四級及以下的硬巖中，要想預防局部塌方問題，必須及時進行初期支護，并在相應部位進行錨固，同時加噴混凝土。

2.2 拱形塌方

一般拱形塌方會出現在層狀或碎塊狀巖體情況下，處于坑跨范圍內的巖層多出現在隧道拱部，對于拱形塌方擴大，甚至引發側壁崩塌的情況，都是拱形塌方的類型。這種塌方問題多出現在四級以下松軟地層當中。對于淺埋的公路隧道會出現通頂、深埋隧道中由于存在摩擦拱，塌方高度、規模都相對較大。要想控制拱形塌方問題，必須采用錨桿、鋼支撐、混凝土噴涂的綜合方式進行處理，同時可以采用超前支護或注漿的方式提升處理效果，施工過程中合理控制施噴方式和初期支護時機，并隨時進行現場控量測。

2.3 異型塌方

這種塌方問題主要是由于隧道施工區域的地質條件較為特殊，并且存在淺埋、偏壓等因素，造成隧道出現塌方問題。對于存在特殊地質條件的區域，隧道施工前必須對其進行細致的地質勘探，確定其地質條件和各項影響因素，為后續進行施工方法的選擇提供依據，同時也是避免出現異型塌方問題的關鍵所在。對于存在淺埋、偏壓的隧道施工區域，要提前對地表進行加固，采用合理的輔助工法和超前支護進行處理。

2.4 膨脹巖隧道塌方

膨脹巖隧道塌方問題的出現，主要是由于隧道巖層中的膨脹壓力較高，并顯著作用于混凝土支護系統中，由于巖層中的膨脹問題，其摩擦和剪切強度出現損耗，造成巖層材料的重力載荷、水壓力等出現問題。要想預防膨脹巖隧道塌方問題，多是在進行混凝土支護的基礎上采用混凝土襯砌的方式進行處理，混凝土襯砌可以形成良好的拱頂，能有效改善膨脹巖隧道塌方問題。

3 公路工程隧道塌方的施工處理措施

3.1 根據施工具體狀況制定有效方案

對于掌子面發生塌方的問題，要在施工前對隧道建設區域的地質狀況進行細致了解，并制定合理的施工技術方案，避免出現施工不當的問題。而且還要對可能出現塌方的部分，采用早強錨桿和掛設鋼筋網噴護混凝土措施進行處理，或者采用加長小導管超前支護的方式來提高施工安全性。

對于初期支護后，若出現隧道塌方問題，一般都是因為后續支護工作時機存在延遲，造成前期支護發生形變或強度不足，無法對圍巖進行持續控制，對于這種塌方問題要結合實際施工情況，強化現場監控力度，加強現場勘察測量工作，并及時做好后期支護工作，采用加強支護的方式通過塌方地段。

3.2 根據水文地質條件制定有效方案

對于隧道施工過程中受地質情況影響造成的塌方問題，要通過加固圍巖，使用超前注漿支護、型鋼鋼架強支護的方式進行處理，確保穩固后才能通過塌方段。若是存在水文地質條件引發的塌方問題，首先要做好地下水的堵、截、排工作，在處理完成后才能處理現場塌方問題。若是由于冒頂問題造成的塌方，要及時對地表徑流進行排泄工作，避免塌方范圍擴大。

4 結語

公路工程建設過程中的隧道塌方問題會對工程安全產生較大危害，在施工過程中必須采取有效措施予以解決，將隧道工程中的防塌、治塌作為重點工作來抓，通過加強前期地質勘探工作力度，為隧道工程設計提供全面地質資料，并結合公路隧道施工情況制定相應設計、施工方案，遵循相應的施工原則，采取必要措施防止隧道塌方問題的出現，針對出現塌方問題的隧道工程要根據現場具體情況采取有效措施予以處理，降低隧道塌方造成的損失，并及時總結、分析，開發出更為高效、先進的防塌方技術、設備，努力杜絕公路工程隧道塌方問題的出現。

[1] 李增增.隧道塌方的預防與處理措施[J].城市建設理論研究（ 電子版），2017（ 26）：92.