浅谈隧道塌方原因、防治和处理措施

徐兆明

（中交第三公路工程局有限公司交通轨道分公司， 北京 100000）

1 隧道塌方及其危害

1.1 隧道塌方

塌方事故主要是因为隧道掌子面或已开挖未衬砌段因围岩自稳能力差，支护措施又不够，造成围岩坍塌，或者是隧道掘进过程中，不了解前方地质情况，当遇到不良地质段时，围岩失稳，造成塌方。

1.2 塌方的危害

隧道一旦发生塌方事故，后果将非常严重，主要体现在两个方面：一是会危及洞内人员的生命安全，损坏机械设备。由于塌方事发突然，作业人员和机械设备有可能没来得及撤离就可能被塌方体掩埋了，洞内空间狭小，救援困难，因此被困人员的伤亡率很高，设备受损严重。二是造成较大的社会影响，一旦发生塌方事故，往往会面临停工、罚款、追责等处罚，对施工单位的社会形象产生负面影响。

2 塌方产生原因

隧道塌方的原因主要有地质原因、设计原因、施工原因等。

2.1 地质原因

地质条件对隧道工程有重大影响的大。因技术手段的制约，施工时对地质情况的了解不准确。现在的公路、铁路双线隧道的跨度较大，如遇到断层、溶洞、地下水、承压水、软岩夹层、地质破碎带等不良地质时，围岩的整体性差，自稳能力弱，在地下水的作用下，很容易造成隧道塌方。

2.2 设计原因

隧道设计时，需要进行地质勘测，以便掌握隧道的地质情况，对围岩级别作出准确评判并选择合理的支护参数，但实际工作中，受自然条件和交通条件的限制，有些地质勘测工作无法进行，只能用工程类比法对隧道地质进行估判，容易与实际地质产生偏差较大。

2.3 施工原因

施工队伍的管理水平低，整体素质差，风险意识弱，施工措施不当，注重进度轻视安全是造成隧道塌方的重要原因。主要有以下几点：①安全意识淡薄，施工过程中，蛮目抢进度，围岩变化后，仍然不改变施工方法和支护措施；②没有作好光面爆破，超欠挖严重，岩面凹凸不平，造成围岩因应力集中而发生塌方；③开挖进尺过长，没有及时施作初期支护，开挖面到仰拱和二衬步距过大，围岩暴露时间过长而失稳；④不按设计要求施工，偷工减料，没有作好支护措施，如钢架间距过大、锚杆长度、数量不够、喷混凝土厚度不够等。

3 塌方防治措施

3.1 掌握地质情况，正确判定围岩级别

设计阶段要按要求进行地质勘探，勘探资料完整准确，能全面反映隧道地质情况，对隧道地质作出准确的判定。对设计阶段不能进行地勘的地段，在施工过程中，要重点关注，运用各种手段，提前进行地质预报，并根据地质预报资料，进行动态设计，避免给施工留下隐患。

3.2 选择合理的施工方法

施工方法不当是引起塌方的直接因素，施工前要认真审核设计图纸，对隧道可能发生塌方的地段，要有相应预防措施并作好必要的应急准备。根据隧道工期要求、地质条件、人员素质和设备配置情况等选择合适的施工方法。当隧道穿过地下水发育，不良地质段时，通过改变开挖方式，缩小开挖断面，调整支护参数来预防塌方的发生。如采用分台阶小段面开挖，减少单次炸药用量，减轻对围岩的扰动，严格控制循环进尺，加强初期支护并及时施作，加快仰拱和二衬施工，尽早封闭稳定围岩。

3.3 严格按照新奥法组织施工

新奥法是采用光面爆破进行隧道开挖，充分发挥了围岩的自稳能力。对围岩及时进行初期支护，在围岩的自稳能力与初期支护共同作用下，有效控制围岩的变形。并通过监控量测分析围岩和支护的变形趋势来指导隧道设计和施工。“光面爆破、初期支护和监控量测”是新奥法隧道施工的三大要素。

3.3.1 实施光面爆破

实行光面爆破能有效地控制超欠挖，使隧道周边能形成规则的轮廓线，防止了围岩因开挖面凹凸不平而产生应力集中，不但能为初期支护提供了良好的工作面，减少初期支护的工程量，也能减少对围岩的扰动，提高围岩的自稳能力。

3.3.2 作好初期支护和超前支护

作好隧道的超前支护和初期支护，能对隧道塌方进行有效预防。超前支护能对不良地质形成支护棚架，对松散围岩进行注浆，可加强围岩的整体性。隧道开挖后，应力会重新进行分布，局部围岩会松驰变形，因此及时对围岩进行支护，有效限制围岩的变形，对预防围岩的塌方就非常重要。根据不同级别的围岩，应该采取相应的支护措施。可选用的措施有管棚，小导管注浆及格栅（型钢）钢架，网锚喷支护等。管棚、小导管要控制好角度和方向，不能侵入隧道开挖轮廓线，也不能上挑过多而失去棚架的作用。锚杆要垂直穿过岩层面，通过锚杆将各岩层串在一起，钢架要紧贴岩面。网锚喷支护要及时跟进到掌子面，不能让围岩暴露时间过长而失稳，喷混凝土一次不到位时，要及时进行补喷，确保支护效果。

3.3.3 监控量测和地质预报

监控量测也是新奥法施工的重要内容之一。通过监控量测，并对变形数据进行处理分析，可了解围岩的变形情况，预测围岩的变形趋势，判断支护措施是否合理。如果支护措施不当，可及时对支护参数进行调整，科学指导施工。

加强超前地质预报，特别是地下水的预报，对于预防隧道塌方有着十分重要的意义。通过超前地质预报，可提前掌握隧道前方是否有不良地质，围岩结构是否完整，地下水是否发育。能有效预防隧道突泥、涌水、瓦斯等极端灾害性事故的发生，大大降低隧道发生地质灾害的概率，也为动态设计提供地质依据。超前地质预报在保障隧道施工安全、缩短工期、控制成本等方面有重要作用，具有重大的经济效益和社会效益。

3.4 作好地下水的治理

“治坍先治水”，地下水的流动能软化围岩，加剧塌方的发展，因此要对水采用“防、排、截、堵”的方法进行处理。隧道可能发生或已经发生大量涌水时，就要采取顺坡排水或机械抽水措施疏排地下水，也可采取对围岩预注浆以封堵地下水等治理措施。

3.5 加强观察，提前预防塌方

塌方事故虽然事发突然，但在发生前，一般都会出现一些塌方预兆，施工过程中要加强观察分析。如洞内不时有小块岩石掉落，初期支护发生裂缝，且裂缝越来越大；洞内地下水流量突然变大，颜色由浊变清，说明裂隙中的充填物已基本被冲走了；洞顶滴水位置不定，说明围岩压力在快速增加，变形正急剧加速，发生塌方的可能性越来越大。对于异常情况，要认真分析，作好预防。在实际过程中，还有许多塌方预兆，只要认真观察总结，塌方是可以预防的。

4 塌方处理

塌方发生后，应立即停止施工，将人员和机械设备撤离到安全位置，防止损失进一步扩大，并马上启动应急方案。对塌方应调查清楚原因，根据调查结果制定合理的处理方案。如果塌方处治措施不正确，还可能会造成二次塌方。

塌方处理遵循“瞻前顾后”的原则。先对后方未塌方段进行加固处理，防止塌方继续发展，扩大损失。

4.1 小塌方的处理

小塌方按“小塌清，先支后清”的原则处理。利用塌方间隙时间，抓紧处理。在清理前，在塌方体上方设置临时支撑，必要时也可喷混凝土作临时支护。在确保安全的前提下，边清理边支护。各后续支护措施要加强并紧跟。可采取增设型钢钢架，加大锚杆长度和数量，增加喷射混凝土厚度等支护措施，对钢架背后因塌方造成的空洞要用混凝土或浆砌片石回填。

4.2 大塌方的处理

塌方较大时，按“大塌穿，先棚后穿”的原则处理。较大塌方发生后，如果按小塌方的处理措施继续清理塌方体，可能会造成进一步塌方。应对围岩用管棚方式进行支护，同时将塌方体视为松散堆积体，对塌方体进行注浆，使塌方体固结成一个整体，在管棚的掩护下清理塌方体，边清理边施工初期支护，塌方段的初期支护要比设计要求更强，以对围岩形成更强的支撑。

塌通天是隧道塌方的的一种极端情况。塌通天后，还要进行地表塌陷穴口的处理，将穴口回填密实，封闭并作好排水系统，防止雨水浸泡塌陷穴口。塌方处理完成后，尽快进行衬砌施工，尽早封闭。

当隧道塌方特别大，处理时间长，工期又很紧张时，为保证工期，还可以选择挖迂回导坑，避开塌方段直接进入隧道前方，同时进行塌方处理和正洞施工。迂回导坑位置选择时，要认真分析比较各种不利因素，避免在迂回导坑施工过程中又发生塌方。

5 结束语

隧道塌方关系到员工的生命安全和企业的社会声誉，必须引起高度重视。因此作好隧道塌方的预防工作非常重要，施工过程中，设计单位要配合施工单位作好动态设计，优化设计方案。要遵守新奥法的要求，综合运用各种措施，合理组织，科学施工，预防塌方事故的发生。当塌方发生后，要制定切实可行的处治方案，安全高效处理塌方，确保隧道的施工安全。