公路隧道塌方原因分析及其施工处理措施

张泽军

甘肃顺达路桥建设有限公司，甘肃兰州 730050

公路隧道施工过程中，塌方问题是较为常见的事故类型。公路隧道施工过程中的塌方因素是多种多样的，塌方给公路隧道施工造成极大的安全隐患，对工程进度产生直接影响，甚至造成严重的人员、财产损失，为避免公路隧道工程中出现塌方问题，必须采取有效措施予以处理。

1 公路工程隧道塌方的主要类型及其原因分析

1.1 隧道塌方的主要类型

1.1.1 洞口出现塌方

公路工程隧道中的洞口段一般多为堆积层，其风化较为严重，岩体破碎程度高，整体的自稳能力和稳定性都非常差，而且处于浅埋地段，若在施工过程中，未在进洞前对周边仰坡进行技术处理或处理措施不到位，进洞过程中都可能出现洞口顶端围岩应力重分布；在这部分重力作用下，会造成洞口出现下沉、开裂、变形的现象，当这些现象发展到一定程度，围岩平衡会被打破，造成大面积失稳，出现洞口塌方问题[1]。

1.1.2 洞内出现塌方

公路工程隧道中的洞内塌方情况包含洞内岩质塌方和洞内土质塌方两种类型，分别出现在岩石隧道和土质隧道两种施工环境当中。在岩质隧道开挖过程中，周边岩层中的岩石处于悬空状态，受重力作用会出现下沉或收敛变形的现象，以便将其内部应力释放出来，而岩体内存在层理及节理，在重力综合作用下，会出现下落、挤出的趋势，若此时未能采取有效措施予以支护，岩面就会出现“掉块”问题，当累积到一定程度就会出现塌方。在土质类隧道开挖过程中，由于隧道周边围岩硬度较低，其周围一定范围内容易出现松弛变形的情况，随着这些形变问题的扩展，围岩的整体强度会逐步降低，若此时土压增大会造成局部塑性破坏，围岩内部会出现空洞造成局部坍塌、下沉；若塑性区域进一步扩展，土压会出现剧增，最终造成围岩整体失稳，形成塌方问题。

1.2 隧道塌方问题原因分析

1.2.1 地质方面的原因

公路工程中的隧道施工是一类典型的地下工程，易受地质情况影响，由于不能确定施工区域准确的地质特征，容易在施工过程中遭遇不良地质问题，出现各类事故，因此，必须重点关注不良地质区域的隧道设计、施工工作。综合各类隧道塌方事故问题的研究发现，地下水会加剧隧道塌方问题的影响，在施工过程中必须重视水流使围岩强度、应力发生的变化，因孔隙水压力增大，小结构面上的有效正应力会变小。若围岩存在软结构面，其中的填充物会在水流作用下流失或成为液态，严重降低岩体抗剪强度。同时，地下水理化作用会大大降低岩石强度，对于质地较软的会转化成液态或者发生膨胀，甚至出现流沙及侵蚀问题。

1.2.2 设计方面的原因

公路工程隧道建设过程中若存在塌方事故，一般都会与设计前的地质勘察环节存在漏洞和不足有直接关联。公路工程隧道设计过程中，首先，要对待建区域进行地质勘察，充分了解隧道建设区域的地质结构和地层状况，确保满足隧道支护等系统的要求，由于受到技术、装备等方面的影响无法对建设区域进行全面、细致的地质勘察工作，容易出现实际支护类型与设计存在差异，或者设计参数与实际要求相差较大，无法保证从隧道开挖到二次衬砌施工期间内围岩的稳定性，严重情况下会出现工程塌方事故，增加了公路工程隧道施工难度。

1.2.3 施工方面的原因

我国公路工程隧道施工较为主流的方式就是采用新奥法进行施工，而新奥法当中联合支护和柔性是重要影响因素。在公路工程大断面隧道施工过程中可以借助这两个方面为开挖创造良好的技术条件，促使隧道施工进度不断加快，而在隧道开挖后围岩初始应力状态一定会出现各类变化，在施工过程中重新分布的围岩应力会对隧道结构产生影响，进而造成安全问题。受限于我国不少公路隧道施工单位的管理模式和技术水平，造成施工过程中存在操作不规范的环节，而就是这种不规范造成塌方事故的出现。如：隧道开挖后，施工单位发现局部围岩状态较好，会出现麻痹心理，造成属于管理的情况出现，而喷射混凝土的施工又滞后于开挖施工，对于新开挖的掌子面未能及时予以封闭，围岩松弛、变形的范围逐步扩大，载荷逐渐增加；另外，隧道施工前受外部因素影响，对现场地质状况掌握不足、急于进洞、爆破方式不当、软弱围岩仰拱施作不及时、二次衬砌施作延时较久、围岩和初期支护无法承受应力重新分布后的作用等，这些问题都会造成塌方问题的出现。

1.2.4 认识管理方面的原因

在公路工程隧道施工过程中，部分施工单位不遵循相应的设计要求和规范标准，未能严格落实施工组织设计工作，对现场围岩支护方式擅自改动，改变开挖方式，在施工现场的管理工作上较为松散，不能负起相应的管理控制责任，有关的安全意识和责任感较为薄弱。

2 塌方形态

2.1 局部塌方

一般情况下，局部塌方会发生在隧道拱部的大块状岩体当中。由于施工过程中岩体结构面被大量切割，形成不同外形的结构体，整体处于不稳定的状态，在进行隧道洞室开挖后，这部分不稳定的岩体结构会克服结构面摩擦力向着洞内方式进行滑移，到一定程度后会形成塌方，此类塌方的规模一般较小，容易出现在四级及以下的硬岩中，要想预防局部塌方问题，必须及时进行初期支护，并在相应部位进行锚固，同时加喷混凝土。

2.2 拱形塌方

一般拱形塌方会出现在层状或碎块状岩体情况下，处于坑跨范围内的岩层多出现在隧道拱部，对于拱形塌方扩大，甚至引发侧壁崩塌的情况，都是拱形塌方的类型。这种塌方问题多出现在四级以下松软地层当中。对于浅埋的公路隧道会出现通顶、深埋隧道中由于存在摩擦拱，塌方高度、规模都相对较大。要想控制拱形塌方问题，必须采用锚杆、钢支撑、混凝土喷涂的综合方式进行处理，同时可以采用超前支护或注浆的方式提升处理效果，施工过程中合理控制施喷方式和初期支护时机，并随时进行现场控量测。

2.3 异型塌方

这种塌方问题主要是由于隧道施工区域的地质条件较为特殊，并且存在浅埋、偏压等因素，造成隧道出现塌方问题。对于存在特殊地质条件的区域，隧道施工前必须对其进行细致的地质勘探，确定其地质条件和各项影响因素，为后续进行施工方法的选择提供依据，同时也是避免出现异型塌方问题的关键所在。对于存在浅埋、偏压的隧道施工区域，要提前对地表进行加固，采用合理的辅助工法和超前支护进行处理。

2.4 膨胀岩隧道塌方

膨胀岩隧道塌方问题的出现，主要是由于隧道岩层中的膨胀压力较高，并显著作用于混凝土支护系统中，由于岩层中的膨胀问题，其摩擦和剪切强度出现损耗，造成岩层材料的重力载荷、水压力等出现问题。要想预防膨胀岩隧道塌方问题，多是在进行混凝土支护的基础上采用混凝土衬砌的方式进行处理，混凝土衬砌可以形成良好的拱顶，能有效改善膨胀岩隧道塌方问题。

3 公路工程隧道塌方的施工处理措施

3.1 根据施工具体状况制定有效方案

对于掌子面发生塌方的问题，要在施工前对隧道建设区域的地质状况进行细致了解，并制定合理的施工技术方案，避免出现施工不当的问题。而且还要对可能出现塌方的部分，采用早强锚杆和挂设钢筋网喷护混凝土措施进行处理，或者采用加长小导管超前支护的方式来提高施工安全性。

对于初期支护后，若出现隧道塌方问题，一般都是因为后续支护工作时机存在延迟，造成前期支护发生形变或强度不足，无法对围岩进行持续控制，对于这种塌方问题要结合实际施工情况，强化现场监控力度，加强现场勘察测量工作，并及时做好后期支护工作，采用加强支护的方式通过塌方地段。

3.2 根据水文地质条件制定有效方案

对于隧道施工过程中受地质情况影响造成的塌方问题，要通过加固围岩，使用超前注浆支护、型钢钢架强支护的方式进行处理，确保稳固后才能通过塌方段。若是存在水文地质条件引发的塌方问题，首先要做好地下水的堵、截、排工作，在处理完成后才能处理现场塌方问题。若是由于冒顶问题造成的塌方，要及时对地表径流进行排泄工作，避免塌方范围扩大。

4 结语

公路工程建设过程中的隧道塌方问题会对工程安全产生较大危害，在施工过程中必须采取有效措施予以解决，将隧道工程中的防塌、治塌作为重点工作来抓，通过加强前期地质勘探工作力度，为隧道工程设计提供全面地质资料，并结合公路隧道施工情况制定相应设计、施工方案，遵循相应的施工原则，采取必要措施防止隧道塌方问题的出现，针对出现塌方问题的隧道工程要根据现场具体情况采取有效措施予以处理，降低隧道塌方造成的损失，并及时总结、分析，开发出更为高效、先进的防塌方技术、设备，努力杜绝公路工程隧道塌方问题的出现。

[1] 李增增.隧道塌方的预防与处理措施[J].城市建设理论研究（ 电子版），2017（ 26）：92.