公路工程隧道施工塌方治理技术研究

孙良蕊

（菏泽鑫盛路桥公路工程有限公司，山东 菏泽 274000）

1 工程概况

某公路隧道全长1080m，160m为其埋深最大值，单洞属于双向双车道，14.66m为隧道净宽，7.8m为隧道净高。由于构造运动的强烈影响，隧址区中部形成断裂破碎带。依照钻探结果显示，破碎带发育构造角砾岩或断层泥，与断层带相近部位的灰岩存在溶蚀情况。原设计当中，隧道K3+882-K3+731段采用III深支护，施工以双台阶法为准。上下台阶距离可达到50m左右。在上台阶掘进施工中，当施工至K3+731段时，初次支护后，第二天进行超前小导管等施工时，隧道顶部偏右2m部位出现岩体局部失稳垮塌问题，此时迅速停止施工，并将设备、人员紧急撤出，紧接着垮塌范围进一步加大，并有250m3锥形体出现于掌子面位置，可判定为中规模塌方，本次塌方造成的损失包括：超前小导管完全失效；破坏了最近处的一榀钢拱架拱顶和右拱腰部位，未见人员伤亡［1］。

2 公路隧道施工活动中发生坍塌的原因

2.1 不良地质及水文地质条件

1）隧道一旦通过断层及其破碎带，或在薄岩体的小褶皱错动发育地段，潜在应力释放，围岩失稳，引起围岩坍塌。2）在特殊裂隙发育地段、破碎带和软弱脉夹层地段，相互挤压的块体开挖后将失去稳定性。3）在地下水的作用下，开挖后岩石表面的强度大大降低，失去了自身的稳定能力，导致坍塌［2］。

2.2 隧道设计因素

1）选隧址时，地质调查不详细，对不良地质认识不到位，缺乏详实的地质、水文地质资料，造成施工方案编制错误。2）不良地质条件下预支护及加固方案设计不合理，施工过程中支护强度不足，导致塌方。

2.3 施工方法和措施不当

1）由于地质条件不清或施工方案编制者缺乏相应经验，所选施工方法不适合地质条件。2）施工过程中，当地质条件发生变化，支护方案或施工方法需要变更时，施工方法未及时变更。3）初期支护施工不及时，支护搭设不符合要求。初期支护是充分利用围岩稳定性，防止隧道塌方的技术措施。施工不当会导致围岩过度累积变形和坍塌。4）隧道开挖后，必须及时进行初期喷射混凝土封闭围岩，减小变形，使开挖轮廓周围围岩变形逐渐稳定。开挖后，地层长期暴露，导致围岩松动、风化，失去自稳能力，发生坍塌事故。5）高速公路山区隧道开挖多采用钻爆法开挖；6）监测是新奥法建设的重要组成部分。施工过程中如不及时测量，或测量数据异常时未采取有效措施，已完成的初期支护部分可能因变形过大而坍塌。7）围岩开挖后，对开挖轮廓线内的孤石、松散危岩进行处理。如果处理方法不当，会造成人工塌陷。

3 公路隧道坍塌的相关治理措施

3.1 大管棚处理技术

大型管棚施工的第一道工序是在拱顶以上开挖1-1.5m高的管棚。然而，在管棚开挖阶段，坍塌影响的初始变形通常比较严重，也会引起严重的开裂问题，不能保证人员和工程的安全。崩塌的主要部分是碎石土。由于其粘结性能差，结构松散，很难准确控制钻机的钻进方向，导致钻渣在钻进过程中坍塌沉陷，钻机方向偏差较大，影响工程质量。因此，必须加强对大管棚施工环节的质量控制，有效提高结构的强度性能，同时避免出现严重的施工偏差问题，从而保证大管棚的结构性能满足工程需要防止坍塌事故的发生［3］。

3.2 小管道超前灌浆方案

小导管的主要优点是不需要开挖工作室，施工速度快，操作方便，可实现多台钻机同时钻进施工。虽然注浆施工次数较多，钢管安装数量较多，但小导管注浆施工灵活灵活。同时，小导管注浆施工可随时针对地质条件较差的地区，确保其结构性能合格。在对施工路段进行综合分析调查后，综合考虑经济性、施工难度、安全性等因素，选择合适的塌方处理方案，小导管超前注浆施工应严格按照施工技术标准进行，以更好地消除不良地质条件的影响，保证后续钻孔施工顺利进行，确保工程安全，防止坍塌事故。

3.3 超前支护

施工前应调查确定围岩标高。对于易发生塌方事故的软弱破碎地段，应根据工程需要选择适当的超前支护施工方法，以提高围岩结构的稳定性，避免隧道塌方事故的发生。采用超前支护可以有效地防止塌方事故的发生。支护施工应严格按照设计方案进行，以更好地提高隧道工程的安全性。

3.4 应急处置措施

稳定塌体、控制塌方规模是本隧道工程塌方应急处置的重点，通过应急处置，可以有效避免塌方进一步扩展。具体施工流程如下［4］。

1）采用Ф6.5mm的钢筋网（25cm×25cm）与C25混凝土（25cm厚）结合的方式，封闭塌体表面，随后在塌方底部填筑渣土，并进行压实。2）当塌体恢复自稳能力后，可按梅花型布设注浆小导管，直径为50cm，长度为4m，通过注浆法加固塌体。3）针对K3+8746-K3+731段，可在拱部120°范围内径向按梅花型布设无缝锚管，做注浆加固处理。

3.5 处理山体滑坡

1）若塌方量较小，且在塌方范围内已进行喷锚或支护较牢固时，可从两端或先一端再向下逐渐消除塌方。注意拱顶及围岩变化的可能性，避免二次坍塌。开挖后应立即搭设临时支护，临时支护必须紧靠塌方空腔面。如果坍塌体过大，不能完全保证不会发生二次坍塌，不要清理坍塌体。塌方体采用临时锚喷支护、钢拱支护或模板混凝土作为拱顶临时支护。在保证安全的前提下，拱脚应下挖作刚性支撑。

2）当塌方量较大，因塌方块体无法进入塌方区支护时，可采用长管棚或注浆加固塌方体。崩塌体稳定后，按照“短进尺、弱爆破、早封闭”的原则开挖塌方体，尽快进行衬砌。有时，为了减少坍塌空洞的暴露时间，可采用一次性模板混凝土封闭支架。当崩塌地段围岩完整性差或富水时，应采用预注浆加固塌方段围岩。

3）如遇塌方冒顶，应在塌方体处理前对洞口进行支护，并对洞周岩石表面进行喷锚封堵，以防塌方体在隧道内再次开挖时，上部顶板发生二次塌方。当地质条件较差时，沉孔周围的地面也应采用锚杆或表面注浆加固。地表四周及洞口以上应采取防排水措施，防止雨水进入塌方洞软化围岩。如果塌陷空洞顶部地表埋深很浅，塌陷空洞较大，可根据情况开挖进行表面处理。

4 结语

为满足公路交通运输需求，我国隧道工程数量日益增多，在建设规模持续扩大的同时，仍会出现各类问题，尤其是隧道塌方问题。目前，在隧道塌方治理方面已积累了大量经验，但每一个工程的实际情况并不相同，应充分考虑工程具体情况，采取针对性的治理措施，从而保证隧道施工安全。