公路隧道塌方的原因分析及其防治措施

摘要：随着我国大规模基础建设的开展, 隧道工程已成为铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程。在这种形势下, 隧道工程的重要性越来越显著。本文阐述了隧道塌方及其危害，分析了塌方产生原因，总结了塌方防治措施。
关键词：公路隧道 塌方 原因 防治措施
中图分类号：x734文献标识码：a 文章编号：
隧道施工地质情况千变万化，必须根据地质情况、围岩稳定情况等等，制定切实可行的预防措施。塌方以其高发性、高危性严重威胁着隧道施工安全，防塌、治塌工作已经成为隧道施工的首要问题。一旦塌方要实施有效的塌方处理方法，并立即组织实施。尽可能的减少塌方损失。
一、隧道塌方及其危害
1、隧道塌方
近几年来，施工安全事故发生的越来越频繁，给工作人员的人身安全和社会造成了极大的影响。隧道塌方是施工中较常发生的安全事故之一。所谓隧道塌方是指施工过程中由于应力作用洞顶与两侧的部分岩石和泥沙土大量塌落的现象。造成塌落主要是因为在开挖时，隧道周围的松软岩体由于土体压力的作用而产生了裂缝破坏。还有可能是因为围岩内部早已经有节理和层理松弛剥落的现象。隧道塌方事故随时可能发生在整个隧道施工的过程中，隧道开挖、施工支护甚至在隧道衬砌之后都有可能发生塌方。
2、塌方危害
一旦发生隧道塌方事故，带来的后果不可谓不严重。不仅对施工人员造成极大的人身安全威胁，还延长了隧道的施工工期、增大了工程预算、极大程度的破坏了机械设备和降低了施工单位的施工质量。隧道塌方有高发性和高危性两大特点，除了了给施工安全带来严重的威胁，还给社会造成了不良的影响。我们不得不对塌方的成因进行深入的研究，在今后的施工过程中采取有效的工程预防和防治措施来减少塌方带来的危害。
二、塌方产生原因
1、地质因素
隧道工程属地下工程，地质情况千变万化，施工过程中受各种不可预见的地质现象及地质构造的影响巨大。公路隧道工程受多变的地质条件影响，如遇到地下水、岩溶、断层破碎带、高地应力、岩爆、瓦斯、偏压浅埋、膨胀土等条件，使施工难度大，安全性差；而且公路隧道开挖跨度大，单洞三车道隧道开挖跨度达16 m，形状扁平，且防水要求高,加之受勘查水平及其他很多相关因素的制约，这些无疑加大了公路隧道的施工难度和塌方事故产生。此隧道中地层岩性为砂土状及碎块状强风化熔结凝灰岩层，厚度大、地层渗透系数大，属强过水通道，水量丰富。水渗入围岩使软化系数大的岩石强度降低, 结构面的抗剪强度减小，导致塌方。洞室埋深浅,大部分处于埋深小于40 m的浅埋地段。塌方处地表人工采土开挖范围较大,未采取防护措施。
2、设计因素
公路隧道工程设计方法当前主要有工程类比法、理论计算法及现场监控法等, 这些方法又以工程类比法运用得最为广泛。在设计过程中若对围岩判断不准或情况不明，从而设计的支护类型与实际要求不相适应，也是导致施工中产生松驰坍塌等异常现象的原因，而且设计中的地质勘查周密详尽与否也是造成施工塌方事故产生的诱发甚至主导因素。
3、施工因素
施工中的不规范施工也是导致塌方的重要因素之一。目前，中国公路隧道施工队伍的技术、管理及施工水平参差不齐，加之一些建设环节的操作不规范，有的施工企业及人员对新奥法原理缺乏深入学习、认识、研究和应用，导致不规范施工现象较为普遍。
4、认识因素
不可否认的是，“不塌方、不赚钱”的观念目前还在一定范围内存在。有些施工单位及施工人员甚至期盼着塌方，从而增加工程量或者设计变更以带来更大的施工利润。另一方面，“地质工作是设计人员的任务，而不是施工人员的事”这一传统观念致使减弱甚至忽略了施工过程中的地质勘测及预报工作，从而也加大了施工塌方事故产生的可能性。
三、塌方防治措施
1、塌方施工技术措施
（1）先排水
在施工前和施工中都要采取相应的防排水措施，施工时随工作面的向前推进应挖好排水沟。反坡掘进时，还应准备足够的抽水设备。坑壁或坑底有水流出时，应凿眼安置套管集中引排，使其不漫流。
（2）短开挖
控制每循环进尺，使各部开挖工序间的距离尽量缩短，以减少围岩暴露时间。
（3）弱爆破
破碎岩层尽量用风镐等人工开挖，必须爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制用药量。
（4）快、强支护
每步开挖后要及时进行初期支护并封闭成环，针对围岩变形情况，调整支护参数确保支护结构有足够的强度。
（5）快衬砌
衬砌工作须紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成环。
（6）勤检查、勤量测
加密监控量测频率，发现围岩变形或异状，立即采取有效措施及时处理隐患。
2、塌方处理措施
（1）防止塌方扩大
塌方发生后，首先要采取有效的抢险措施，防止塌方范围继续扩大。在塌方范围内顶部与侧壁的危石及大裂缝处，要抢先进行清除或锚固。加强原有支护，对塌方范围前后原有的支护进行加固，以防止塌方扩大。在塌方范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆。对塌方两端尽快作好局部衬砌，以保证塌方不扩大。
（2）处理塌方
如塌方体积较小，且塌方范围内已进行喷锚或已架设好较为牢固的构件支撑时，可由两端或一端先上后下地逐步清除坍碴，随挖随喷射混凝土，随架设临时构件支撑支顶。如塌方体较大，或地表已下沉，或因坍体堵塞无法进入塌方范围进行支护时，则可注浆加固坍体，然后用“穿”的办法在坍体内进行开挖、衬砌。在处理塌方的同时，要加强排水作业，以减少水对塌方的影响。
（3）塌方段支护
塌方稳定以后要立即着手进行支护，以确保安全。一般情况下，锚喷支护要比架设支撑的方法更快、更安全、更省料。
锚喷支护前要由外向里、自上而下逐段清理危石，先在围岩表面喷一层砂浆，再分层喷混凝土，每层5cm，在喷射1～2 层混凝土以后立即打锚杆，挂网喷射混凝土。在稳住了塌方体以后，即可清除塌方，进行模筑衬砌和衬砌后回填。
用支撑构件处理塌方时，可以根据塌方洞体的情况采用人字架支撑、排架支撑、井箍支撑等形式将塌方体支住。支撑构件必须有足够的强度和刚度，支撑之间一定要连接紧密，不得移动和变形，支撑杆件和岩体之间一定要用填塞木塞紧，以免塌方继续扩大。
（4）衬砌和回填
塌方支稳以后，立即清方进行模筑衬砌，快速成环，在衬砌拱圈的适当位置预留注浆孔。在衬砌背后先在拱背上浆砌2～3m 片石护拱，其余空腔再用轻型砌块回填，最后采用注水泥浆、水泥砂浆或其它材料将其回填密实。
由于隧道地质条件复杂，应高度重视监控量测和超前地质预报工作，对施工过程中可能出现的局部地段围岩破碎引起的失稳、塌方和可能遭遇的断层、涌沙、涌水都能及时预测，并对其位置、桩号、规模及发展趋势作出明确标识，提醒施工人员采取合理的开挖和支护方法，预防塌方的发生。同时，加强围岩变形观测。此外，还应提高安全防范意识，认真做好技术培训工作，进一步提高管理人员、操作人员的技术水平和安全生产知识; 储备塌方处理应急预案，并进行演练，确保实施方案快速、有效，并在原设想方案无法实施和效果不佳时及时采取第二方案; 做好抢险过程中的安全防护工作，确保抢险人员和机具的安全。对开挖施工过程中出现塌方现象进行准确分析事故原因，并及时采取一系列有效措施，以便有效控制塌方。