公路隧道施工塌方成因及處理措施

高 龍

（寧夏交通建設(shè)股份有限公司，寧夏 銀川 750000）

隨著公路工程項目建設(shè)的快速推廣，較好地滿足了我國基礎(chǔ)交通建設(shè)的發(fā)展需求，對帶動沿線經(jīng)濟(jì)、方便出行等都具有重要意義。由于城市地質(zhì)環(huán)境的實際情況有很大差異，在進(jìn)行公路隧道工程建設(shè)的過程中更容易產(chǎn)生施工安全與風(fēng)險事故，特別是在隧道的開挖建設(shè)過程中，由于支護(hù)受力不當(dāng)，更容易產(chǎn)生巖石等的坍落情況，是公路隧道施工建設(shè)中的重點治理環(huán)境，技術(shù)人員應(yīng)加強前期勘查工作，充分結(jié)合地質(zhì)情況確定隧道的施工方法，減少隧道塌方等安全事故的發(fā)生。

1 公路隧道施工塌方的概述

公路隧道工程建設(shè)是在穿山越嶺的基建項目當(dāng)中最常見的工程環(huán)節(jié)之一，但在其建設(shè)過程中，由于安全防范不足、地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化等因素的影響，較容易產(chǎn)生隧道塌方的施工安全風(fēng)險，不僅會給施工企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，還會帶來人員傷亡和社會影響，也是公路隧道工程建設(shè)當(dāng)中需要防范和處理的重點環(huán)節(jié)。公路隧道的塌方是在隧道頂部應(yīng)力作用增大過程中產(chǎn)生巖石、泥土等的塌落情況，特別是在隧道工程的前期開挖過程中，由于外力作用的影響會降低隧道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，松軟的巖體和沙土?xí)a(chǎn)生一定的裂隙，造成隧道塌方的風(fēng)險[1]。隧道塌方的風(fēng)險貫穿于項目建設(shè)的全過程中，需要通過可靠的支護(hù)建設(shè)和襯砌回填來進(jìn)行防范處理，也可利用圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性監(jiān)測來進(jìn)行預(yù)測和防范。

2 公路隧道施工塌方的成因

2.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素

公路隧道工程屬于地下結(jié)構(gòu)施工，其建設(shè)質(zhì)量和施工安全會受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的影響，特別是對一些地基軟弱和地下水系分布豐富的區(qū)域更容易留存隧道施工的安全風(fēng)險點，這也對技術(shù)人員的前期勘察與地質(zhì)調(diào)研等提出了更高的要求。在巖溶地區(qū)、膨脹土地區(qū)、斷裂帶區(qū)域等地質(zhì)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行公路隧道開發(fā)建設(shè)時的技術(shù)難度更大，更容易在施工過程中產(chǎn)生一些不可預(yù)見的塌方風(fēng)險[2]。公路隧道的整體建設(shè)寬度較大，對地基和圍堰結(jié)構(gòu)的荷載需求更高，部分隧道工程建設(shè)當(dāng)中的支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載力無法有效滿足其支撐需求，在持續(xù)的震動和開發(fā)影響之下會產(chǎn)生一定的塌方風(fēng)險。另外，隧道工程的防水要求更高，在強過水通道的影響之下，隧道地基部分的穩(wěn)定性會逐漸下降，在滲透軟化的作用下會產(chǎn)生隧道施工塌方的情況。

2.2 工程設(shè)計因素

公路隧道工程的施工建設(shè)嚴(yán)格按照項目設(shè)計方案執(zhí)行，但在部分工程項目的方案規(guī)劃過程中缺少模擬測試、論證優(yōu)化等環(huán)節(jié)，導(dǎo)致設(shè)計方案的科學(xué)性和可行性不強，在實際建設(shè)過程中，會產(chǎn)生一定的塌方風(fēng)險。如在隧道工程的支護(hù)建設(shè)當(dāng)中，技術(shù)人員需要根據(jù)周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘察結(jié)果確定人工支護(hù)搭建的方式和荷載量，一旦出現(xiàn)設(shè)計參數(shù)與現(xiàn)場實際不匹配的情況時，地基和圍堰部分的支護(hù)穩(wěn)定性會不斷下降，造成隧道部分區(qū)域塌方的情況[3]。在公路隧道工程建設(shè)的過程中，可能會涉及不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布情況，所適用的支護(hù)建設(shè)和安全防護(hù)手段也存在一定差異，部分設(shè)計人員忽略了前期地質(zhì)勘察工作的重要性，在項目當(dāng)中采用了統(tǒng)一的維穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)和處理方法，導(dǎo)致施工人員在實際建設(shè)過程中存在著一定的塌方風(fēng)險。

2.3 施工建設(shè)因素

部分施工單位對公路隧道工程建設(shè)的工序、技術(shù)和設(shè)備等沒有形成充分的認(rèn)知，在實操過程中存在著安全意識淡薄、風(fēng)險防范不足的情況，特別是一些不規(guī)范的施工操作方法留存了很大的安全隱患，更容易在建設(shè)過程中造成隧道塌方的情況。參與隧道工程一線施工的部分操作人員文化水平程度較低，對隧道支護(hù)施工建設(shè)當(dāng)中的部分方法要點沒有充分地理解，過分依賴個人工作經(jīng)驗進(jìn)行實操處置，實際施工能力水平參差不齊，不利于提升公路隧道工程的建設(shè)質(zhì)量和現(xiàn)場安全。設(shè)計單位和施工單位之間的技術(shù)交底交流工作不夠充分，導(dǎo)致管理人員對隧道施工建設(shè)當(dāng)中的要點和難點沒有形成正確認(rèn)識，無法較好地指導(dǎo)施工人員的現(xiàn)場工作開展，也容易誘發(fā)隧道施工建設(shè)當(dāng)中的塌方等風(fēng)險情況。

2.4 安全認(rèn)知因素

公路隧道施工當(dāng)中的塌方情況具有一定的突發(fā)性，但在塌方事故的發(fā)生前期會出現(xiàn)隧道圍巖穩(wěn)定性下降的預(yù)兆，有經(jīng)驗的管理人員能夠通過圍堰結(jié)構(gòu)參數(shù)監(jiān)測的方式判斷公路隧道的塌方情況，但部分缺乏安全認(rèn)知的施工人員對隧道塌方的認(rèn)識還不夠清晰，沒有掌握正確的塌方預(yù)防和處置方法，導(dǎo)致在隧道塌方事故發(fā)生的過程當(dāng)中沒有及時妥善處理，甚至存在著二次塌方等安全事故的情況。部分施工和管理人員對隧道建設(shè)塌方防范工作的責(zé)任劃分不夠清晰，將其視作勘察和設(shè)計單位的工作內(nèi)容，忽略了對圍堰結(jié)構(gòu)監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用和管理，導(dǎo)致在隧道施工建設(shè)過程中存在塌方的安全風(fēng)險[4]。部分施工單位對隧道塌方的認(rèn)識存在偏差，認(rèn)為通過塌方事故能夠修改項目的設(shè)計方案、增大工程量以獲得更大的利潤，將施工現(xiàn)場的安全性置于不顧。

3 公路隧道施工塌方的處理措施分析

3.1 塌方處理技術(shù)

第一，公路隧道工程建設(shè)前期需要通過將水處理解決好施工現(xiàn)場的地下水影響，并在工程現(xiàn)場的邊緣位置處開挖排水渠、集水井，盡可能減少水給隧道地基、圍巖等結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來的影響。在一些反坡位置，需要增加集水抽排的公路，針對坑壁和底部的積水使用專門的管道進(jìn)行引排，避免積蓄后滲透進(jìn)地基影響公路隧道建設(shè)的安全性。

第二，隧道塌方事故處理中要盡可能縮短每段開挖的間距，這是減少圍巖暴露的重要方式，施工人員要對循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行嚴(yán)格按照，按照短開挖的方式進(jìn)行處理。

第三，針對一些已經(jīng)出現(xiàn)開裂、破碎的巖層結(jié)構(gòu)可以使用人工開挖的方式來進(jìn)行清方處理，但在一些較為特殊的區(qū)域內(nèi)也可以利用弱爆破的方式來加快處理效率，但技術(shù)人員需要對爆破炸藥的分布、用量等進(jìn)行嚴(yán)格計算，采用淺眼布藥的方式完成弱爆破處理。

第四，支護(hù)和襯砌建設(shè)是提升塌方現(xiàn)場安全性的重要途徑，能夠有效控制地基和圍巖結(jié)構(gòu)的形變問題，技術(shù)人員需要結(jié)合隧道塌方的范圍、塌穴位置等確定支護(hù)結(jié)構(gòu)分布，并對其強度參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使其能夠有效滿足支護(hù)荷載的需求。襯砌施工要求盡快，可以和開挖建設(shè)工作同步進(jìn)行，確保襯砌成環(huán)。

第五，實時監(jiān)測是預(yù)防隧道塌方事故的重要手段，技術(shù)人員需要在隧道內(nèi)部布設(shè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測裝置，當(dāng)出現(xiàn)圍巖變形、地基沉降等情況時能夠立即警報，減少安全風(fēng)險和經(jīng)濟(jì)損失等情況。

3.2 控制塌方范圍

為避免公路隧道塌方事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，在事故初步處理的過程中，技術(shù)人員需要采用更加高效、可靠的搶險措施形成有效保護(hù)，將隧道的塌方情況控制在一定范圍之內(nèi)。

第一，技術(shù)人員在塌方現(xiàn)場進(jìn)行勘察時，需要組織施工人員對塌方的隧道頂部、側(cè)壁等存在較大裂縫的區(qū)域進(jìn)行清理、錨固和支護(hù)，避免有碎石墜落等產(chǎn)生安全風(fēng)險。在裂縫區(qū)域的清理過程中，施工人員要注意使用合理的作業(yè)工具，一般不選擇具有振動性的方式，避免造成二次塌方或地質(zhì)沉降等情況[5]。

第二，在塌方現(xiàn)場的錨固支護(hù)作業(yè)過程中，施工人員需要先對隧道區(qū)域內(nèi)的原有支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，使其能夠更好地負(fù)載隧道圍巖等部分的荷載受力，必要時可以建立新的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如錨桿、土釘?shù)龋部蛇x擇混凝土噴射的方式來進(jìn)行處理。

第三，在清理完成后，施工人員要對隧道塌方區(qū)域的兩端處進(jìn)行局部襯砌建設(shè)，將塌方的事故范圍限制在襯砌的結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)，再按照從兩端到中間的方式逐步進(jìn)行加固處置，為后續(xù)的塌方體處理形成良好保障。

3.3 塌方體的處理

技術(shù)人員在進(jìn)行公路隧道工程的塌方處理過程中，需要針對塌方的嚴(yán)重程度、影響范圍等來確定合適的處理辦法，有效兼顧施工安全和建設(shè)進(jìn)度、投資成本等方面需求。

第一，針對一些塌方體積較小的事故，技術(shù)人員可以在塌方范圍之內(nèi)使用噴錨或支護(hù)的方式來形成有效支撐，使塌方區(qū)域周邊的圍巖結(jié)構(gòu)具備良好的支撐荷載能力，對后續(xù)的清方處置形成有效保障。在對小體積的塌方事故進(jìn)行清方處理時，施工人員可以從兩端或一端開始逐步深入塌方區(qū)域的中心位置，并隨挖進(jìn)行混凝土的噴射和臨時構(gòu)建的支撐，充分保證事故處理現(xiàn)場的作業(yè)安全[6]。

第二，針對一些塌方體積較大的事故現(xiàn)場，技術(shù)人員需要采用先護(hù)后挖的方式來進(jìn)行處理。當(dāng)隧道坍塌造成堵塞時，施工人員無法進(jìn)入其內(nèi)部進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的搭建，則可以通過注漿的方式實現(xiàn)加固，并穿過坍塌體實現(xiàn)內(nèi)部作業(yè)。

第三，在一些地質(zhì)條件較為復(fù)雜的區(qū)域內(nèi)，會存在大量的地下水系分布情況，這些水流一旦集聚在隧道塌方事故區(qū)域內(nèi)會影響圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，技術(shù)人員需要在事故處理的同時加強隧道外側(cè)的排水作業(yè)，加強對施工現(xiàn)場的有效保護(hù)。

3.4 塌方路段的支護(hù)

先護(hù)后挖的處理方式能夠更好地保證塌體部分的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，特別是對于塌穴高、塌渣多的塌方事故，技術(shù)人員需要根據(jù)其規(guī)模和穴頂位置選擇合理的支護(hù)建設(shè)方式來實現(xiàn)維穩(wěn)。錨噴支護(hù)的建設(shè)方式可以利用砂漿、混凝土材料使破碎的危石之間形成更加穩(wěn)定的連接，再利用錨固支撐的方式提升塌方之門的荷載水平，有效防范的塌方范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。在錨噴支護(hù)建設(shè)之前，施工人員需要由外向內(nèi)、由上而下地進(jìn)行活動危石的清理。在混凝土和砂漿的噴涂時，應(yīng)當(dāng)按照分層噴涂的方式進(jìn)行處理，每噴射2 層后即可進(jìn)行錨桿支護(hù)。技術(shù)人員需要根據(jù)具體的塌方情況確定支護(hù)建設(shè)的方式，圍堰部分穩(wěn)定性不足時還可以通過混凝土掛網(wǎng)的方式來予以改善，有效避免在現(xiàn)場清理施工過程中產(chǎn)生的塌落、墜石等風(fēng)險[7]。在利用支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)建設(shè)時，技術(shù)人員可以選擇人字形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，更好地保證了支撐結(jié)構(gòu)的強度和剛度。施工人員在搭接支護(hù)結(jié)構(gòu)時，要注意錨桿和巖石之間的空隙，使用軟木等進(jìn)行充分填塞，避免造成隧道塌方的加劇。

3.5 襯砌回填施工

在塌方部分經(jīng)過支護(hù)建設(shè)保證穩(wěn)定后，技術(shù)人員需要結(jié)合現(xiàn)場實際情況組織施工人員開展清方和襯砌施工工作，妥善處理隧道塌方事故后的工作。

第一，施工人員需要從邊緣位置處開始進(jìn)行塌方事故現(xiàn)場的清方處理，特別是一些塌穴較大的區(qū)域需要按照自上而下的順序進(jìn)行清除，必要時也可以利用小范圍、弱強度的爆破來輔助清房工作的進(jìn)行，及早封閉塌體范圍并完成襯砌的回填處理。

第二，施工人員應(yīng)當(dāng)在襯砌部分的拱圈位置處選擇注漿孔，為回填施工做好準(zhǔn)備工作[8]。施工人員可以在襯砌部分的拱背上使用片石進(jìn)行護(hù)拱，構(gòu)建出的空腔部分可以使用小型的砌塊進(jìn)行回填處理，最終使用混凝土或砂漿材料從注漿孔位置來實現(xiàn)密封回填，并保證混凝土材料的混合比例控制，保證回填部分的緊實性和荷載力，規(guī)避塌方等二次事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

公路隧道的塌方事故對工程項目的開展會產(chǎn)生重要影響，技術(shù)人員須做好施工地的地質(zhì)勘察與監(jiān)測工作，當(dāng)出現(xiàn)局部失穩(wěn)情況時能夠及時對其進(jìn)行處理，有效控制塌方的范圍和損失。針對小范圍的塌方事故，技術(shù)人員可以使用噴射混凝土和支頂裝置來進(jìn)行處理，針對大范圍的塌方事故，技術(shù)人員需要利用注漿加固的方式保證坍體部分的穩(wěn)定性，并利用排水措施減少塌方現(xiàn)象的加劇，并及時做好清方處理和砌塊回填，不斷提升公路隧道工程建設(shè)的穩(wěn)定性與安全性。