探討高速公路隧道塌方的原因分析及其防治措施

宋賀

摘 ? ?要：本文通過開展某高速公路合同段隧道工程介紹，分析塌方問題的原因，論述了預防塌方問題的有效措施，提出了處理塌方問題的有效方法。

關鍵詞：高速公路;隧道塌方;防治措施

1 ?前言

高速公路隧道施工過程中，塌方問題作為十分常見的工程項目災害，大概占各類項目重大地質災害問題產生機率的九成。如果出現塌方問題，嚴重造成機械設備毀壞，直接導致延誤項目工期，提升工程項目成本費用，同時給項目施工人員生命安全帶來嚴重威脅。隨著各類隧道工程項目的不斷建設，目前施工過程中出現的塌方問題情況越來越頻繁，每年投入的塌方問題處理費用大幅度增加，因此高速公路隧道塌方問題原因分析和防治措施受到高度關注。

2 ?工程案例概述

2.1 ?某隧道工程項目概況

某高速公路隧道項目位于古田縣絆洋鄉淮溪村，采用雙洞單向行車，端墻式洞門，右洞進口里程為YK91+311.0，標高為482.86m，出口里程為YK94+299.0，標高為425.00m;總長2988m，其中Ⅱ圍巖1250m、Ⅲ圍巖1290m、Ⅳ圍巖350m、Ⅴ圍巖98m。左洞進口里程為ZK91+310.0，標高為482.82m，出口里程為ZK94+275.0，標高為425.10 m;總長2965m，其中Ⅱ圍巖1210m、Ⅲ圍巖1250m、Ⅳ圍巖410m、Ⅴ圍巖95m。主洞凈寬10.75m、凈高5m。

2.2 ?某隧道工程地質條件介紹

（1）地形地貌情況。隧道位置屬于典型的構造-剝蝕形式中低山地貌，當地地形起伏波動較大，山坡位置地形較陡，其中自然坡度超過25°，甚至局部地形超過42°。當地隧道進口處位置超過463.7m，隧道出口處位置超過439.7m。當地植被類型基本都為雜木。（2）工程地質條件。隧道區域上測區位于屏南梅林斷陷帶、周寧華安斷隆帶中;北東向的福安—南靖斷裂帶在線路終點西側通過;南北向的政和—大埔斷裂帶從線路起點西側通過。（3）水文地質條件。隧道整體位于當地地形侵蝕基準面位置，隧道山坡坡體情況較陡，當地地表水資源總體呈現較貧乏特點;洞頂圍巖屬于中-微程度的風化巖，未見規模較大、透水性較好的斷裂發育。YK92+115及YK92+910、YK93+070位置屬于溝谷，存在長年地下流水，對隧道項目開挖作業存在一定影響。隧道區范圍里面上部位置地下水類型屬于風化基巖內部的裂隙-孔隙水類型，總體水量十分貧乏，主要受大氣自然降水的不斷補給，對隧道項目開挖作業過程影響較小。

2.3 ? 項目施工情況

該隧道項目采取新奧法的方式，進行光面爆破作業，運用固定錨桿、鋼筋網設施、噴射砼等施工工藝，實現隧道的初期支護作用。隧道項目開挖方法主要按照圍巖類別情況，采取不同的隧道項目施工方式。根據Ⅴ圍巖特點，按照CD法實施開挖作業，根據Ⅳ級圍巖段特點，按照臺階法實施開挖作業，根據Ⅱ、Ⅲ級圍巖特點，按照全斷面法實施開挖作業。

3 ?塌方問題原因分析

高速公路隧道塌方問題屬于圍巖結構的一種破壞過程，根據巖體力學相關理論，隧道圍巖破壞過程機理主要包括弱面控制方式、強度—應力控制方式和混合方式。根據破壞過程形式和作用工作機理，具體分為下面三種方式。

第一，掉塊式破壞方式。這種方式的破壞過程機理是因部分臨空圍巖在自重不斷作用下，順著地質軟弱結構面出現掉落或倒塌的情況，又可以叫做有限弱面控制方式，破壞規模一般不大，主要表現為掉塊現象或小塌方現象。第二，潰散式塌方破壞方式。這種方式的破壞過程機理是因部分臨空圍巖在自重不斷作用下，順著地質內部結構弱面出現潰散情況，主要出現在當地的沒有地下水存在的破碎山體圍巖內部，可以叫做無限弱面控制方式，破壞規模一般屬于中小程度的塌方現象。如果沒有及時進行有效支護，能夠進一步發展成為大塌方災害。第三，涌流狀破壞方式。這種方式的破壞過程機理是由于飽水的泥砂部分在水壓力的反復作用下，造成沖破項目隧道開挖面附近的內部結構薄弱部位，導致大量泥石（砂）流不斷涌出。這種問題的塌方規模基本屬于大塌方程度。

4 ?預防塌方問題的有效措施

（1）完善超前地質災害預報工作。對隧道項目開挖面位置的前方地層情況開展探測預報工作，有效判明地層類型和實際含水，為后續實施超前支護處理和止水處理提供決策依據，進一步完善隧道項目超前支護工作參數。特別是施工開挖過程不斷接近已經完全設計探明的當地富水帶地形時，開展細致的分析和全面觀察項目開挖工作面本身的巖性變化情況。如果存在探孔突水等不良情況，必須及時合理調整項目施工方法。（2）提升施工監控量測力度，開展信息化項目施工。對當地地表沉降情況、拱頂下沉情況、圍巖收斂情況實施有效量測，及時對各類地質數據開展細致分析，實時反饋信息，不斷完善設計參數和項目工藝。如果量測數據指示圍巖收斂變形情況已經開始接近控制標準臨界數值時，及時運用合理方式開展加固處理，抑制地質變形情況，避免由于變形突變問題造成坍塌情況。（3）根據不同圍巖特點，分別按照不同的隧道開挖方式開展。實施分步開挖作業時，支護應該確保有效的閉合成環，提升支護力度，避免出現拱腳下沉和內移情況，造成地質過大變形，造成拱部巖層坍塌問題。（4）細致管理開挖作業工序，特別是項目開挖進尺過程，防止各種違章施工出現。管理合理的爆破裝藥量，降低對隧道軟弱破碎圍巖產生嚴重擾動。（5）確保項目施工質量。項目固結止水處理、鋼架加工制作、地形支護等工作應該滿足具體的設計及規范標準。（6）項目施工期間，隧道洞口位置需要常備各類的搶險材料，主要包括方木、型鋼等物資。

5 ?處理塌方問題的有效措施

高速公路隧道施工過程中盡管采取了各類預防塌方問題的措施，但由于項目地質條件比較復雜，完全預防塌方問題很難實現。處理塌方問題措施，需按照塌方段出現的實際情況，區別處理。

5.1 ?潰散式塌方問題處理方式

這種塌方問題基本發生在當地沒有地下水存在的擠壓破碎帶結構地段，出現塌方的規模一般不大，同時塌方問題出現后存在一段暫時結構穩定時間。第一，當塌方高度小于3m時，可以采用填實封閉處理方式。首先，實施噴砼封閉巖面部分，要求噴射厚度達到10cm左右。然后，開展架設臨時支撐結構。最后，進行架格柵工序和掛模板工序，采取噴射砼的方式填實對應的塌方空間。第二，當塌方高度大于3m時，可以采用架空封閉處理方式。首先，實施噴砼封閉塌體巖面部分。然后，進行打錨桿、掛網、復噴砼等工序。最后，進行架格柵工序，采取格柵外用竹排的方式充當外模部分。

5.2 ?涌流式塌方問題處理方式

涌流式塌方問題出現的位置大多集中在地下水比較豐富、巖石部分已經呈現風化成泥沙狀結構或者泥包石結構的地段。針對涌流式塌方的處理方式，可以采取進行全段面注漿加大管棚的超前支護方式。首先，在涌水涌泥較緩時用裝滿砂的草袋封堵缺口，確保隧道開挖面附近圍巖的穩定。另外，可以在開挖面附近架立臨時性的鋼架進行支撐。如果存在涌水涌泥量情況超過預期數值，能夠在隧道塌方段位置按照超前大管棚形式的預注漿處理開展超前支護工作。另外，為了進一步保證項目后續開挖過程的可靠穩定，后續施工中還應加強初期支護的強度。

6 ?結束語

高速公路隧道所出現的塌方事故是極具突發性的，導致這種問題發生的原因較多。一旦發生塌方，將嚴重影響工程工期，增加費用支出，延遲交通通行。所以分析塌方原因并選擇有效的控制與處理措施，才可有效防止塌方問題出現。

參考文獻：

[1] 吳旻碩，李曉.隧道圍巖強度不均地段塌方成因及其處理方法[J].工程地質學報，2008（5）36～39.

[2] 吳旻碩，李作恒.隧道圍巖強度不均地段塌方成因及其處理方法[J].石家莊鐵道學院學報，2007（2）：36～39.