探讨高速公路隧道塌方的原因分析及其防治措施

宋贺

摘    要：本文通过开展某高速公路合同段隧道工程介绍，分析塌方问题的原因，论述了预防塌方问题的有效措施，提出了处理塌方问题的有效方法。

关键词：高速公路;隧道塌方;防治措施

1  前言

高速公路隧道施工过程中，塌方问题作为十分常见的工程项目灾害，大概占各类项目重大地质灾害问题产生机率的九成。如果出现塌方问题，严重造成机械设备毁坏，直接导致延误项目工期，提升工程项目成本费用，同时给项目施工人员生命安全带来严重威胁。随着各类隧道工程项目的不断建设，目前施工过程中出现的塌方问题情况越来越频繁，每年投入的塌方问题处理费用大幅度增加，因此高速公路隧道塌方问题原因分析和防治措施受到高度关注。

2  工程案例概述

2.1  某隧道工程项目概况

某高速公路隧道项目位于古田县绊洋乡淮溪村，采用双洞单向行车，端墙式洞门，右洞进口里程为YK91+311.0，标高为482.86m，出口里程为YK94+299.0，标高为425.00m;总长2988m，其中Ⅱ围岩1250m、Ⅲ围岩1290m、Ⅳ围岩350m、Ⅴ围岩98m。左洞进口里程为ZK91+310.0，标高为482.82m，出口里程为ZK94+275.0，标高为425.10 m;总长2965m，其中Ⅱ围岩1210m、Ⅲ围岩1250m、Ⅳ围岩410m、Ⅴ围岩95m。主洞净宽10.75m、净高5m。

2.2  某隧道工程地质条件介绍

（1）地形地貌情况。隧道位置属于典型的构造-剥蚀形式中低山地貌，当地地形起伏波动较大，山坡位置地形较陡，其中自然坡度超过25°，甚至局部地形超过42°。当地隧道进口处位置超过463.7m，隧道出口处位置超过439.7m。当地植被类型基本都为杂木。（2）工程地质条件。隧道区域上测区位于屏南梅林断陷带、周宁华安断隆带中;北东向的福安—南靖断裂带在线路终点西侧通过;南北向的政和—大埔断裂带从线路起点西侧通过。（3）水文地质条件。隧道整体位于当地地形侵蚀基准面位置，隧道山坡坡体情况较陡，当地地表水资源总体呈现较贫乏特点;洞顶围岩属于中-微程度的风化岩，未见规模较大、透水性较好的断裂发育。YK92+115及YK92+910、YK93+070位置属于沟谷，存在长年地下流水，对隧道项目开挖作业存在一定影响。隧道区范围里面上部位置地下水类型属于风化基岩内部的裂隙-孔隙水类型，总体水量十分贫乏，主要受大气自然降水的不断补给，对隧道项目开挖作业过程影响较小。

2.3   项目施工情况

该隧道项目采取新奥法的方式，进行光面爆破作业，运用固定锚杆、钢筋网设施、喷射砼等施工工艺，实现隧道的初期支护作用。隧道项目开挖方法主要按照围岩类别情况，采取不同的隧道项目施工方式。根据Ⅴ围岩特点，按照CD法实施开挖作业，根据Ⅳ级围岩段特点，按照台阶法实施开挖作业，根据Ⅱ、Ⅲ级围岩特点，按照全断面法实施开挖作业。

3  塌方问题原因分析

高速公路隧道塌方问题属于围岩结构的一种破坏过程，根据岩体力学相关理论，隧道围岩破坏过程机理主要包括弱面控制方式、强度—应力控制方式和混合方式。根据破坏过程形式和作用工作机理，具体分为下面三种方式。

第一，掉块式破坏方式。这种方式的破坏过程机理是因部分临空围岩在自重不断作用下，顺着地质软弱结构面出现掉落或倒塌的情况，又可以叫做有限弱面控制方式，破坏规模一般不大，主要表现为掉块现象或小塌方现象。第二，溃散式塌方破坏方式。这种方式的破坏过程机理是因部分临空围岩在自重不断作用下，顺着地质内部结构弱面出现溃散情况，主要出现在当地的没有地下水存在的破碎山体围岩内部，可以叫做无限弱面控制方式，破坏规模一般属于中小程度的塌方现象。如果没有及时进行有效支护，能够进一步发展成为大塌方灾害。第三，涌流状破坏方式。这种方式的破坏过程机理是由于饱水的泥砂部分在水压力的反复作用下，造成冲破项目隧道开挖面附近的内部结构薄弱部位，导致大量泥石（砂）流不断涌出。这种问题的塌方规模基本属于大塌方程度。

4  预防塌方问题的有效措施

（1）完善超前地质灾害预报工作。对隧道项目开挖面位置的前方地层情况开展探测预报工作，有效判明地层类型和实际含水，为后续实施超前支护处理和止水处理提供决策依据，进一步完善隧道项目超前支护工作参数。特别是施工开挖过程不断接近已经完全设计探明的当地富水带地形时，开展细致的分析和全面观察项目开挖工作面本身的岩性变化情况。如果存在探孔突水等不良情况，必须及时合理调整项目施工方法。（2）提升施工监控量测力度，开展信息化项目施工。对当地地表沉降情况、拱顶下沉情况、围岩收敛情况实施有效量测，及时对各类地质数据开展细致分析，实时反馈信息，不断完善设计参数和项目工艺。如果量测数据指示围岩收敛变形情况已经开始接近控制标准临界数值时，及时运用合理方式开展加固处理，抑制地质变形情况，避免由于变形突变问题造成坍塌情况。（3）根据不同围岩特点，分别按照不同的隧道开挖方式开展。实施分步开挖作业时，支护应该确保有效的闭合成环，提升支护力度，避免出现拱脚下沉和内移情况，造成地质过大变形，造成拱部岩层坍塌问题。（4）细致管理开挖作业工序，特别是项目开挖进尺过程，防止各种违章施工出现。管理合理的爆破装药量，降低对隧道软弱破碎围岩产生严重扰动。（5）确保项目施工质量。项目固结止水处理、钢架加工制作、地形支护等工作应该满足具体的设计及规范标准。（6）项目施工期间，隧道洞口位置需要常备各类的抢险材料，主要包括方木、型钢等物资。

5  处理塌方问题的有效措施

高速公路隧道施工过程中尽管采取了各类预防塌方问题的措施，但由于项目地质条件比较复杂，完全预防塌方问题很难实现。处理塌方问题措施，需按照塌方段出现的实际情况，区别处理。

5.1  溃散式塌方问题处理方式

这种塌方问题基本发生在当地没有地下水存在的挤压破碎带结构地段，出现塌方的规模一般不大，同时塌方问题出现后存在一段暂时结构稳定时间。第一，当塌方高度小于3m时，可以采用填实封闭处理方式。首先，实施喷砼封闭岩面部分，要求喷射厚度达到10cm左右。然后，开展架设临时支撑结构。最后，进行架格栅工序和挂模板工序，采取喷射砼的方式填实对应的塌方空间。第二，当塌方高度大于3m时，可以采用架空封闭处理方式。首先，实施喷砼封闭塌体岩面部分。然后，进行打锚杆、挂网、复喷砼等工序。最后，进行架格栅工序，采取格栅外用竹排的方式充当外模部分。

5.2  涌流式塌方问题处理方式

涌流式塌方问题出现的位置大多集中在地下水比较丰富、岩石部分已经呈现风化成泥沙状结构或者泥包石结构的地段。针对涌流式塌方的处理方式，可以采取进行全段面注漿加大管棚的超前支护方式。首先，在涌水涌泥较缓时用装满砂的草袋封堵缺口，确保隧道开挖面附近围岩的稳定。另外，可以在开挖面附近架立临时性的钢架进行支撑。如果存在涌水涌泥量情况超过预期数值，能够在隧道塌方段位置按照超前大管棚形式的预注浆处理开展超前支护工作。另外，为了进一步保证项目后续开挖过程的可靠稳定，后续施工中还应加强初期支护的强度。

6  结束语

高速公路隧道所出现的塌方事故是极具突发性的，导致这种问题发生的原因较多。一旦发生塌方，将严重影响工程工期，增加费用支出，延迟交通通行。所以分析塌方原因并选择有效的控制与处理措施，才可有效防止塌方问题出现。

参考文献：

[1] 吴旻硕，李晓.隧道围岩强度不均地段塌方成因及其处理方法[J].工程地质学报，2008（5）36～39.

[2] 吴旻硕，李作恒.隧道围岩强度不均地段塌方成因及其处理方法[J].石家庄铁道学院学报，2007（2）：36～39.