公路隧道防塌方技术研究

魏平宽

(山西省公路局，山西太原 030006)

近年来，伴随着国民经济的高速发展，公路基础设施建设迎来了一轮建设高潮，全国各地公路建设项目遍地开花。和前几年相比，公路建设已经从平原微丘地区转向了大山深处，公路隧道的数量、规模也日趋庞大，地形、地质等建设条件也越来越复杂。各大媒体和门户网站的头版头条经常会有隧道事故的报道，从而引起全社会的关注。而这些报道中，有关隧道塌方事故的报道数量最多。作为一名公路建设者，如何避免隧道事故发生、防止塌方，确保隧道施工和人员安全，成为摆在我们面前首要解决的问题。

1 隧道塌方的主要原因

隧道出现塌方的原因很多，归纳起来，一方面是设计原因，具体来讲，在施工图设计阶段，本来要在初步设计外业资料的基础上，通过增加物探、钻探等手段，进一步补充、完善隧道的水文、地质调查，掌握围岩的强度、完整性等，从而达到细化隧道围岩分级的目的。但实际上，设计单位在施工图设计阶段，有时会因为业主着急项目上马、催促提交设计文件而省略或者简化了这一步，使施工图设计阶段的地质勘查流于形式，勘察深度不足，对隧道穿过的断层、破碎带等不良地质地段的围岩情况掌握有限，围岩级别划分过粗，设计的支护参数选取偏小，无法保证围岩从开挖到系统支护期间的稳定;同时，由于缺乏较为详细的地质和水文资料，使施工单位的施工方案出现偏差，隧道开挖后出现塌方将会不可避免。另一方面是施工及管理方面的原因。施工人员选择的开挖方案和支护参数不适应地质条件，工序间距安排不当，施工支护不及时，使开挖后的岩体过长时间暴露在外，未能及时进行封闭，围岩变形过大，造成塌方。初期支护施工不规范，偷工减料，支护后又未能按规定进行量测，或信息反馈不及时，导致决策失误，造成塌方。在隧道的施工过程中，未能严格按照设计文件、施工组织设计、施工技术规范等相关规定进行施工，达不到均衡生产、有序施工的要求，由于不合理的工期、造价等宏观决策，引起施工过程中因追求进度和工期，造成支护强度达不到应有的要求，从而引起塌方。

2 易发生塌方的地段

隧道发生塌方，与隧道所处的地质条件有着直接的关系。塌方是围岩变形由小到大，直至破坏、失稳的过程，是从量变到质变的过程，在这个量变的过程中，必然会在围岩的工程地质和水文地质特征上有一些征兆。断层及其破碎带，因其特殊的地质构造，岩层一般都受到强烈破坏，致使岩体裂隙增多、岩石破碎、地下水发育，岩体完整性差，从而降低了岩石的强度和稳定性，本身对工程建筑造成了种种不利的影响。隧道线位无法调整，需要穿越这一地层时，松散地层的围岩条件为隧道施工带来了很大的困难，通常成为隧道发生塌方的多发地段。软质围岩隧道，岩石强度低、岩体破碎、孔隙大，胶结程度差，隧道开挖能产生显著的塑性变形，一旦施工方法和工程措施不当，将极易发生隧道塌方等工程灾害。对于埋深较浅的隧道，由于覆盖层比较薄，隧道开挖后引起的松动范围内的围岩外侧岩体，经常受到地表水的侵蚀和外界自然环境的影响，岩石风化程度一般较高，围岩破碎，而紧靠洞体的围岩也会受到地表水的侵蚀和外界气温等自然环境的影响，长时间以来，岩体破碎程度进一步加剧，如果设计、施工不当，也是隧道塌方发生的高发地段。在隧道施工中，对进洞、出洞往往比较重视，洞口处埋深浅、石质差、受力结构复杂，各种不利因素集中在一起，成为施工的难点，处理不当极易发生塌方。对于设置人行横洞或者车行横洞的隧道，主洞与支洞交叉的部位，也就是通常所说的交叉三角区，这既是设计的难点，也是施工的特殊地段，如果工程处理不当，支护不足，也极易发生塌方。

3 预防塌方的措施

隧道塌方不仅延误工期、大幅度地提高工程费用，给施工带来很大的困难和巨大的经济损失，也会对人身造成伤害，同时如果处理不当，也会遗留工程质量隐患，给维修养护工作造成极大困难。导致塌方的原因虽然多种多样，但是只要采取有效的工程措施和对策，不仅可以有效减少经济损失和人身伤害，还可以使塌方事故得到有效控制。

1)加强隧道地质工作。塌方发生在施工阶段，似乎与设计关系不是很密切，因而人们往往忽视设计过程对塌方的预防，导致在施工过程中塌方的发生。实际上，在勘测设计过程中，隧道地质工作，直接影响着设计人员对工程地质、水文地质的掌握情况，更进一步讲，是判断围岩破碎程度、完整性、岩石强度的重要手段，也是选择设计参数的依据，地质勘察的科学性、准确性对预防隧道的塌方起着至关重要的作用。因此在施工前的设计阶段，尤其是施工图设计的地质勘察，进行详尽合理的地质勘察是非常有必要的，不能因为各种各样的理由省略这一步。在进行隧道设计选线时，要尽可能避开围岩破碎的不良地质地段;当隧道不可避免地要穿越不良地质段时，在设计过程中，要有详尽的设计方案，同时也要说明具体的施工措施，使施工单位对隧道穿过这一地段，提早做好打算，在思想上足够重视，合理选择与之相匹配的施工方案，及时采取有效的支护，预防塌方的产生。

虽然设计阶段的地质工作很重要，但设计阶段不可能每米一个断面进行勘察，也会有勘察不到的地方，而施工阶段是一米一米的往前推进，围岩变化往往一目了然。因此，在施工过程中，派地质人员负责现场检查隧道围岩，并与设计文件进行比对，发现围岩级别突变时，应及时通知设计单位，调整开挖方法和支护参数，避免发生坍塌，造成人员伤害和财产损失。对于没有专门地质人员的施工单位，可积极开展地质超前预报工作，通过开展此项工作，能够对隧道周围及掌子面前方的地质情况进行探测，识别和预测隧道掌子面前方及周围的工程地质、水文地质结构，提供准确的断裂带、含水带及岩体工程类别等地质参数，能有效地避免塌方的发生，确保施工安全。

2)重视施工技术研究。隧道施工中，开挖是最关键的步骤，开挖对围岩的稳定状态有着直接而重要的影响，各种不同的开挖方法，有着各自的适用范围，开挖方法选择不当，就很容易导致隧道塌方。在地质特别差的地段，优先考虑先拱后墙以及导洞掘进、合理分块的施工方法，并严格遵循“强支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快衬砌”的施工原则。在开挖前，按设计要求完成超前支护和注浆，这样就加固了掌子面前方的围岩，保证了隧道工程开挖工作面的稳定。开挖中，不能为了抢进度，而随意加大掘进进尺。爆破时，要严格控制炸药用量，不得修改爆破参数，使施工爆破对隧道围岩的影响降到最低，最大限度保护周边岩体的稳定性，发挥围岩的自身承载能力，当开挖出工作面后，应及时有效地完成喷锚支护或喷锚网联合支护，并考虑采用早强喷射混凝土、早强锚杆和钢支撑支护措施等，这对防止局部坍塌，提高隧道整体稳定性具有重要的作用。对于暂时不能衬砌的部分，开挖临时断面后，要做好临时支撑。对于地下水丰富地段，还必须制定完善的排水、堵水措施。

3)严格施工质量控制。隧道塌方大多数都与施工质量缺陷有关，因此，应加强和改善施工管理，克服重开挖、轻支护的指导思想，隧道参建人员要牢固树立安全质量意识，严格遵守施工规范和有关制度。初期支护在隧道施工中占据着极为重要的地位，隧道受力极大一部分都由初期支护承担，施工期间稳定安全与否，初期支护质量好坏起着决定性作用，因此施工中必须加强对初期支护的质量控制。格栅、钢拱架间距、落底、上下榀焊接情况，系统锚杆和锁脚锚杆数量和长度等，这些都是初期支护最关键的组成部分，也是施工过程中质量控制的重点，更是预防隧道塌方的重要手段。超前支护、外部注浆，是借助外部手段稳定隧道前方的工作面，加固围岩，其质量影响着围岩加固的密实性，也是预防塌方险情的重要工程措施。

4)加强监控量测。在隧道开挖过程中进行施工监控量测，通过现场测量获得围岩力学动态和支护工作状态的有关数据，通过对这些数据的分析，来判断围岩和支护结构体系的稳定性和工作状态，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，修正设计参数，约束围岩发生大的变形，并在复合式衬砌中，依据量测结果确定二次衬砌施作的时间，为隧道提供一定的安全储备。

4 结语

隧道塌方事故不仅会对施工企业的声誉产生不好的影响，使企业蒙受巨大的损失，而且会危害人的生命，必须引起高度重视。隧道塌方的原因是多种多样的，但只要从设计阶段入手，加强隧道地质工作，施工中，选择合理的施工方案，加强爆破控制，采取科学合理的支护手段，严把施工质量，加强组织管理，严格遵循“强支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快衬砌、勤量测”的方针组织施工，隧道塌方是完全可以避免的。

［1］ 关宝树.隧道工程施工要点集［M］.北京:人民交通出版社，2003:39-51.

［2］ JTG/T F60-2009，公路隧道施工技术细则［S］.