高速公路隧道施工塌方成因及相关对策研究

潘天军

（贵州省公路工程集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

随着我国高速公路工程建设的持续推进，隧道工程施工阶段，地质条件差的区域时有塌方问题。导致隧道塌方的原因有很多，通常是多种因素叠加导致。塌方事故会严重影响隧道建设的整体质量，拖慢隧道工程建设工期[1]。为避免隧道塌方危及高速公路工程施工安全和施工质量，需要深入探讨高速公路隧道施工塌方的原因及防治对策。因此，在开工前要对施工现场的地质条件进行全面勘测，基于勘测结果制定更加合理的施工方案，有效防治隧道塌方，提高施工人员应对塌方事故的能力。

1 隧道施工塌方控制的意义

塌方事故是高速公路隧道工程施工中的常见安全事故，给公路工程建设造成诸多困扰。因此，解决隧道施工塌方问题是确保高速公路工程建设顺利开展的关键。要解决塌方问题必须先查明塌方原因，预防和处治隧道塌方事故，真正保障施工人员的安全，降低施工成本，加快施工进度，实现利润最大化。

2 高速公路隧道施工塌方原因分析

2.1 地质原因导致的塌方问题

高速公路隧道工程施工周期较长，容易受周边地质影响。施工时往往有不少施工场地跨越地质断裂带，给隧道工程顺利施工带来负面影响。施工过程中断层地带局部失稳，打破原本的承载力平衡，累积的压力达到一定数值后就会引发隧道塌方[2]。因此，在正式开始隧道施工前应该开展实地勘测，深入了解该施工区域的地质构造，认真审阅施工设计图纸、勘测资料，避免在未全面掌握地质条件的情况下盲目施工。为避免类似原因引发隧道塌方事故需在隧道工程施工前仔细研究施工现场地质情况，制定详细的施工组织方案，总结以往类似工程隧道塌方处治经验。

2.2 施工组织设计造成的塌方问题

合理的施工组织设计是保证高速公路隧道施工安全和施工质量的前提。工程实践中，很多隧道塌方事故都是由于施工组织设计不合理，对各种影响隧道施工的因素考虑不足导致的。

（1）施工前需全面深入地研究施工区域的地质条件以及施工环境，结合实际情况制定合理的施工方案，避免因施工组织设计不合理导致隧道塌方。应尽可能细化施工方案，充分预测施工过程中可能发生的安全事故，制定有效的应对措施。在施工过程中必须按时、按计划进行施工。

（2）高速公路隧道工程属于地下工程，整体建设规模较大。由于整个隧道工程需经过不同地质条件的山体，因此很难获得完整详细的整体地质勘测资料。现有勘探技术难以全面地了解整个隧道工程施工区域的地质情况，这就需要施工人员具备丰富的施工经验，专业技能过硬，施工方案完善，避免隧道塌方事故的发生。

（3）施工设计人员应具备良好的专业素质，以应对施工设计问题。但在施工设计过程中，由于施工和地质资料不全，存在较大的施工安全风险，这也是导致高速公路隧道施工塌方事故的重要原因之一。

2.3 施工过程中造成的塌方问题

除了合理的施工方案，自然灾害等不可抗力因素也是导致隧道塌方的重要因素，部分高速公路隧道施工塌方事故并不是地质原因或施工组织设计不合理导致，而是由于自然灾害等不可抗力因素导致的。

（1）公路隧道工程施工自然环境千差万别，如自然环境严苛，部分施工材料还和外界产生特殊反应导致材料质量下降，影响隧道工程施工质量，甚至引发隧道塌方。例如，部分高速公路隧道工程施工区域处于地质活跃板块，活动的板块会导致地震、泥石流等自然灾害，给隧道施工带来无法预测的安全风险。

（2）开挖隧道时，如隧道周边地质结构稳定性不足，隧道围岩结构受环境影响而发生变化，难以保障施工安全，容易引发隧道塌方。

（3）严苛的气候条件也是引发隧道塌方事故的重要原因，施工管理人员必须具备丰富的施工经验，以确保发生塌方事故时能够及时有效地处治，尽量降低塌方事故的危害。

（4）除上述因素外，人为因素也是引发隧道塌方事故的关键因素。有些施工方为获得更多的经济利益而盲目压低施工成本，施工方案不合理，施工时偷工减料，忽视施工过程中的安全管理，施工操作不当，容易引发隧道塌方事故。因此，高速公路隧道施工过程中须遵循施工安全规范做好施工安全管理，防止因人为因素导致隧道塌方事故[3]。

3 高速公路隧道施工避免塌方的处理方式

3.1 洞口避免塌方处理

（1）高速公路隧道出入口部位须进行洞口工程施工，洞口直接承受山体纵向作用力，以确保隧道围岩、边坡、仰坡结构的稳定性。

（2）隧道洞口处的塌方规模不大，处治难度相对较小，可结合隧道洞口实际情况确定是否卸载刷坡。由上而下清理洞口处塌方风险较高部位，加固边坡坡面。洞口结构可采取端墙结构、翼墙结构等，防止隧道塌方事故发生。

3.2 易塌方地段初期处理

（1）塌方易发区域前期处治尤为关键，因此，应高度重视隧道塌方易发区域的前期处治，以遏制隧道塌方事故发展。具体方法是在隧道洞身位置做衬砌围护，衬砌材料主要为混凝土、锚杆、型钢、钢筋格栅等。

（2）首先隔离隧道塌方易发区域，然后对易发区域进行加固。对于部分特殊地质区域需根据普氏平衡拱理论进行挖掘作业，加强隧道塌方易发区域监测力度，重点监测区域内地质结构的稳定性，如发现异常情况需及时采取有效措施，防止塌方的产生及发展。

3.3 易塌体提前处理

（1）如隧道塌方区域土体较软，应使用水泥砂浆填充塌方体。发生隧道塌方时应尽快隔离塌方区域，加强塌方区域监测，及时处理塌方周边区域，防止事故进一步蔓延。

（2）待塌方区域地质情况趋稳后应制定切实可行的处治方案，尽量减少塌方对隧道围岩结构的影响。如塌方范围较大，需进行衬砌加固以确保隧道结构安全稳定。

4 高速公路隧道施工塌方的预防控制措施

4.1 加强排水

（1）水具有流动性，稳定性不如土壤，施工时水流冲刷侵蚀土体将导致土体密度改变，整体稳定性降低，从而引发塌方事故。因此，应做好施工阶段的排水。

（2）施工初期，应做好施工期间的排水设施设计，尽量减少水流对隧道土体的影响。可利用泵送设备进行“防、截、排、堵”，保证隧道不积水，边墙、设备箱孔不渗水[4]。

4.2 短开挖，强支护

（1）高速公路隧道工程施工时间较长，涉及工序复杂，且每个工序之间的间隔时间较长，施工过程中挖开的岩体长时间暴露在外容易出现性质改变，导致隧道围岩结构失稳。

（2）施工时可采取短开挖，强支护的方式缩短工序之间的时间间隔，确保一道工序结束后迅速进入下一道工序，实现工序的无缝衔接，避免岩体长期外露后结构改变，导致隧道塌方事故出现。

4.3 爆破控制

高速公路隧道施工中，爆破是常见的施工环节，通过施工爆破可加快施工进度，提高施工效率。但爆破施工影响范围大，危险性高，如控制不当可能会导致隧道塌方。因此，爆破前需做好以下几点：

（1）爆破前应结合施工现场情况详细规划爆破过程，提出合理的爆破施工方案，防止爆破操作不当引发塌方事故。

（2）精确控制爆破炸药用量以及爆破点，尽量降低爆破对周围区域岩体及构造物带来的扰动，保证隧道施工安全。

（3）爆破后应密切关注工程地质、水文地质情况，统计地质数据，为后续施工提供可靠的数据参考。

4.4 加强监测

加强监测可以帮助施工人员及时掌握高速公路隧道施工情况，尽早发现施工安全隐患，从而避免隧道塌方事故。

（1）基于工程测量控制基准开展隧道工程监测工作，实行监测预警制度，重点监测位移参数，按照不同部位进行分级监控。

（2）组建专门的工程测量组，安排专人负责测点布设、定期测量、数据分析以及测量仪器维保等工作，及时向施工方提供测量数据。

（3）加强监测以及时发现施工安全隐患，修补施工管理漏洞，全面掌握施工动态，控制施工过程，从而保障施工安全。

4.5 变更设计

高速公路隧道施工过程中应密切关注隧道围岩结构变化，以及时调整施工方案[5]。

（1）高速公路隧道工程施工环境复杂多变，往往难以做到全面的施工勘测，因此，为避免盲目施工引发隧道塌方，需强化施工过程监测，为施工变更设计提供参考依据。

（2）施工方可基于施工监测向施工监理方申请施工设计变更，监理方审查通过后可以对原有施工方案进行变更。

4.6 超前地质预报

（1）自然因素是导致高速公路隧道塌方的主要因素之一，利用先进的监测技术可实现对地质情况的准确预测，避免塌方事故的发生。

（2）常用地质情况预测技术主要有探地雷达法、隧道地震波法等，可对施工现场地质情况进行准确预测，是预防塌方事故的有效手段。

5 高速公路隧道施工的安全管理

5.1 安全管理的保障措施

做好安全培训工作。目前，许多项目建设管理人员的专业素养还有待加强，安全知识储备欠缺，许多专职的安全管理人员也存在着工作经验不足，在实际施工过程中难以辨别风险源，无法对风险情况进行动态管理。因此，应加强对专职安全人员的培训，提升专业人员的专业技术能力，培养能够灵活应对各种动态风险的技术性人员。强化安全培训的体系管理及执行力度，进一步促进安全人员执行力的提升，将有关制度落到实处。

5.2 爆破施工安全管理

做好施工安全管理是确保爆破施工安全的关键，爆破施工过程中需做好爆破用品管理。爆破炸药、引爆装置管理不当会严重威胁施工安全。

（1）爆破施工前需制定合理的爆破方案，经施工监理部门审核批准后才能开始施工。

（2）认真核查爆破施工人员的岗位资格，确保爆破施工人员具备爆破施工岗位资格证书，严禁无证上岗操作。

（3）应加强爆破施工过程监测。可用新型数码电子雷管，通过现代信息技术精准监测爆破时间、引爆装置的使用情况。

5.3 土石方开挖作业安全管理

高速公路隧道施工包括土石方开挖作业，由于高速公路隧道往往需贯穿复杂山地，土石方开挖作业须进行放坡。因此，土石方开挖作业安全管理直接影响高速公路隧道工程整体施工安全[6]。

（1）实地勘测施工场地周边环境，如土石方开挖作业区有积水，应先排出积水，施工前在土石方边坡上方挖设截水沟、排水沟，以保证施工过程中能够顺畅排出雨水。

（2）进行土石方开挖时应密切关注边坡结构的稳定性，开挖前应设置好边坡稳定性监测点，以掌握边坡结构的稳定性。

（3）加强隧道围岩稳定性监测，针对地质环境复杂的区域需布设隧道围岩位移监测设备，安排专人定时采集位移数据。

（4）土石方开挖作业现场需安排专门的施工安全管理人员，重点关注施工现场对周边居民的影响以及与其他施工单位施工是否存在冲突，强化施工安全管理，做好各施工环节的组织协调工作。

6 结论

隧道是高速公路工程中常见的构造形式，可以确保公路交通顺畅，是我国地下工程施工技术水平的集中体现，有助于提升我国道路交通基础设施整体质量。为防止高速公路隧道塌方事故的发生，应深入分析隧道施工塌方形成原因，并提出相应的控制对策。该文对高速公路隧道施工塌方原因进行了深入分析，探讨了避免高速公路隧道施工塌方防治方案，对类似工程具有参考价值。