高速公路软弱围岩隧道塌方处理施工技术探讨

刘为公

(山西路桥集团国际交通建设工程有限公司，山西太原 030006)

软弱围岩一般分为两种类型，一种软弱围岩的岩层结构面发育良好，但是岩层地质十分容易破碎，构建不够紧密，大面积的断层带和被风化强度十分大的岩体绝大部分都是这一类型的;另一类软弱围岩是岩体本身的强度不大，比如泥岩和黄土。因此软弱围岩整体的抗压力度较低，承受拉应力的强度也不大，在隧道建设的过程中，围岩就可能因为拉应力而造成岩层的破碎而产生塌方。而我国现在修建的隧道以及地下工程的数量是世界上数目最多的，道路修建的技术也是发展最快的，此外我国的地质结构模式也是最复杂多变的。所以在高速公路隧道的修建过程中，塌方灾害时常发生，造成了道路建设工人的伤亡，因此就需要了解软弱围岩隧道塌方的原因，防患于未然，在塌方发生以后，也能及时制定出处理措施，将损失降低到最少。

1 软弱围岩隧道塌方产生的原因

塌方是因为隧道软弱围岩的承受力量强度不大所造成的一种自然灾害，塌方发生的因素要从隧道的施工、软弱围岩的岩体、隧道的设计这些方面进行全方位的考虑。

1)隧道的施工因素。

由于我国各省市的经济发展水平各不相同，各省市的高速公路施工队的技术水平也高低不一，这些都造成了在道路的修建工程中出现许多不规范甚至错误的操作。目前我国在修建公路隧道时，最常使用的方法是新奥法，这种方法是将初支护的柔韧性和围岩的联合支护相结合在一起的，但是使用这种方法经常会出现隧道围岩超挖的情况，在处理这个问题上，有一些施工队在用混凝土填补超挖的围岩部分时，不是用同标号的混凝土而是用碎石、片石，石棉瓦这些材料，这就使初支护出现了许多的缝隙和破洞，导致围岩和初支护不能整体受力，使塌方的风险增加[1]。

2)软弱围岩的岩体因素。

软弱围岩的岩体受到其结构构造的影响，断层带的结构面无规则，有角砾、裂缝等结构，在其中充满泥质或岩屑，使得其本身自稳能力差，强度差。而隧道的建设是将地应力重新的分布，所以围岩初支护就极其容易发生变形，造成塌方事故。比如:郑西客专南山口隧道大塌方事故，其塌方地段的围岩地质是属于强风化的粉砂岩和卵石土，因衬砌不到位，封闭不到位、对地质的认识也不到位，导致掌子面出现掉块、开裂(见图1)。

图1 南山口隧道大塌方示意图（单位：m）

3)隧道的设计因素。

一般我国公路隧道的设计方法主要有:理论计算法、工程类比法、现场监控法这三种。由于我国目前对地质勘查的水平不高，在隧道修建之初，对软弱围岩的地质都没有一个确切的了解，因此在公路隧道的设计过程中，支护参数和实际所需的参数相差很大，增加隧道塌方的几率[2]。

4)自然环境的影响。

在有些高速公路隧道的修建地区，降雨量充沛，而软弱围岩的岩层在充足雨量的冲刷下，容易使岩层软化，强度降低，增加塌方事故的发生。

2 软弱围岩隧道塌方的处理措施

因软弱围岩本身的地质影响，所以在隧道建造时就要考虑到如何减少塌方事故的产生，而在塌方事故产生时也要及时制定出应急措施，将人员的伤亡和经济的损失降低到最少。

1)预防塌方发生的措施。

a.注浆法。

软弱围岩本身岩体自稳性弱、强度低，所以预防塌方最常用的方法是加固岩体。注浆法是在围岩的破碎带和软弱地区，特别是隧道建造区段的地下水丰富时，就需要采取注浆法对围岩进行加固，一般注浆法能加固的范围纵向根据器材的能力和本身地质的特点，最多能加固30 m，环向最多能加固5 m，这样就能减少塌方事故的产生。

b.超前大管棚法。

超前大管棚由钢管和钢拱架构成，适用于容易破碎，松散的岩体，强膨胀性地质层。大管棚法是外径108 mm，管壁厚为8 mm的无缝钢管，钢管上的注浆孔呈梅花形排列，采用水泥浆进行注浆。大管棚法可以增强软弱围岩的自稳性，也能增强其的承重能力，为隧道的施工提供了重要的安全保障[3]。

c.提高施工队的技术含金量。

目前，我国公路隧道的建设技术和国外相比还是比较落后，但是我国高速公路的建设量却是最多的，建设者们遇到了越来越多的问题，也导致了塌方的产生。因此就需要培养专业的地质工程师，对施工地段的地质进行详细精确的勘查，这样就能让隧道设计者计算出准确的支护参数，也能采取正确的措施对软弱围岩进行处理。同时也要引进国外先进的隧道建设的钻孔机等器械，让注浆法等措施的作用发挥到最大。

2)塌方处理的应急措施。

在塌方事故发生后，要先加固岩体，防止塌方事故的二次发生，在确保岩体稳固后，再进行对塌方地段的处理。在塌方发生48 h后，等围岩地质之间的力互相平衡，观察隧道塌方地段的拱顶沉落值与水平收敛值是否稳定，待稳定时即可开始对塌方隧道进行施工重建。

a.处理地下渗水。

一般软弱围岩隧道发生塌方时，会有许多地下水渗出，此外也有可能出现雨水下渗造成更严重的塌方事故，为了阻止这种事故的发生，应先阻断地表的雨水下渗，以及利用排水管将地下的渗水排出到隧道外，防止渗水将软弱围岩浸湿，导致软弱围岩变得更加松软，破碎。

b.超前小导管法加固围岩。

小导管是用管壁厚为5 mm的，直径为42 mm，长至十几米的钢管，小导管具有初期支护效果明显，安全系数高的特性。小导管是在隧道开始修建时对软弱围岩添加一个径向力，保持软弱围岩的稳定。在塌方发生时，对小导管进行注浆，加固塌方周边的围岩地质层，未进行注浆的小导管，还可做排水管，排出地下渗水，超前小导管法示意图见图2[4]。

图2 超前小导管法示意图（单位：cm）

c.塌方地段隧道内处理。

软弱围岩隧道发生塌方事故后，从隧道拱顶会落下大量的洞渣以及岩石。首先要对塌方的坡面进行回填洞渣，增强塌方体坡脚的稳定性，也同时为施工人员提供了安全保障;在塌方地段设置临时支撑加固装置，防止围岩的再次变形发生塌方;对塌方地段松散的岩层喷射混凝土，使其在进行超前小导管的注浆时，注浆液不会溢出，这样将整个塌方地段完全封闭起来，增加后续施工的安全性。

3 结语

在用正确的抢救方式处理了隧道的塌方事故后，还要进行对隧道塌方区处理效果的检测，最开始阶段要保证一天两测，测量隧道拱顶的下沉值和收敛位移，到后面为一天一测，保证隧道的拱顶下沉量不超过相对值的0.41%，收敛值不超过标准值的0.38%，这就表明隧道塌方地段地质稳定，塌方处理措施成功。本文简单的阐述了现在软弱围岩塌方事故产生原因，以及如何预防高速公路软弱围岩隧道塌方事故和在塌方发生后的主要应急措施，尽量将损失降到最低。但是目前塌方的类型多种多样，而且高速公路软弱围岩隧道的塌方事故的危害一般都比较严重，而且具有突发性和不可预知性，通常导致大量的人员伤亡。因此建设公路隧道的技术人员要在研究软弱围岩隧道的施工技术的道路上不断前进，力求能在将来克服隧道塌方这一灾害。

[1] 王 峰.武广客运专线某隧道塌方处理技术探讨[J].市政·交通·水利工程设计，2011，11(6):54-56.

[2] 冯俊琪.深切地形软弱围岩隧道塌方原因研究[J].长安大学学报，2008，11(1):142-143.

[3] 宋 波.达陕高速公路隧道塌方机制及处治措施研究[J].成都理工大学学报，2010，32(5):26-27.

[4] 周应麟，陈秋南.隧道软弱围岩塌方处理研究[J].中外公路，2010，32(5):26-27.