湯 萍

(山西遠方路橋(集團)有限責(zé)任公司,山西 大同 037006)

談隧道施工中塌方的預(yù)防與處治措施

湯 萍

(山西遠方路橋(集團)有限責(zé)任公司,山西 大同 037006)

論述了隧道塌方的危害性，從水文地質(zhì)條件、隧道設(shè)計、施工方法等方面，分析了隧道施工中發(fā)生塌方的主要原因，并探討了預(yù)防和治理隧道塌方的措施，旨在保障隧道施工的安全進行。

隧道，塌方事故，斷裂帶，預(yù)防措施

0 引言

現(xiàn)代社會對于隧道施工質(zhì)量的要求不斷提高，而隧道施工難度越來越大，地質(zhì)條件日趨復(fù)雜。隧道施工的規(guī)模和地質(zhì)條件的復(fù)雜性對隧道施工技術(shù)以及安全性的要求越來越高，例如在隧道施工中由于地質(zhì)應(yīng)力過大而導(dǎo)致地質(zhì)不穩(wěn)，地溫過高影響隧道施工強度，隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定問題等都是引發(fā)隧道塌方的主要因素，也是隧道施工中常見的問題。為此在隧道施工各個階段進行塌方監(jiān)測，及時采取預(yù)防措施，施工中一旦發(fā)現(xiàn)有可能塌方第一時間保證人員安全，及時分析塌方可能產(chǎn)生的原因，有針對性的采用合理的施工方案。

1 隧道塌方的主要危害

隧道在實施或操作過程中由于外部環(huán)境或施工技術(shù)的影響，出現(xiàn)頂部和側(cè)面或隧道末端的部分巖石、外觀石、土巖、混凝土層有一定面積的塌陷或剝落下降的現(xiàn)象。引發(fā)隧道塌方的因素眾多，隧道塌方在時間上也存在較大的不確定性，導(dǎo)致隧道塌方事故的危害性也非常大，一旦發(fā)生隧道塌方事故將引起嚴重的事故。在隧道建設(shè)期間，除了給建筑工人帶來生命安全威脅，也導(dǎo)致施工周期延長，造成施工成本的增加。另外在后期實際運營過程中，隧道塌方事故在給人們帶來生命財產(chǎn)威脅的同時也會給社會造成不良后果，影響社會的穩(wěn)定性。事故頻發(fā)主要是由于隧道施工塌方監(jiān)測技術(shù)尚不成熟，理論研究還缺乏實踐檢驗，項目施工企業(yè)對隧道施工中塌方監(jiān)測技術(shù)的重視程度不高等。

2 發(fā)生塌方的主要原因

隧道開挖時可能由于自然因素或人為因素導(dǎo)致塌方。其中自然因素包括巖層類型及強度、巖體受力狀態(tài)、地下水的情況；人為因素則體現(xiàn)在不符合地質(zhì)條件的設(shè)計，以及不適當(dāng)?shù)氖┕し椒ㄉ稀?/p>

2.1 不良的水文及地質(zhì)條件

1)隧道穿過斷裂帶地層結(jié)構(gòu)，或處于斷層錯動地段，機械開挖造成地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力不均，導(dǎo)致巖層結(jié)構(gòu)遭受破壞，易引發(fā)塌方事故。如果地層結(jié)構(gòu)過于松散，巖層顆粒的膠結(jié)強度低，機械設(shè)備開挖過程中松軟地質(zhì)很容易出現(xiàn)大面積的塌方。

2)隧道穿越地層厚度不足的地區(qū)，如丘陵淺層、沿河傍山、溝谷地帶等，由于地層厚度難以吸收應(yīng)力，極易出現(xiàn)大范圍的塌方。

3)地下水作用也是造成隧道塌方的重要因素。地下水降低了巖層軟弱夾層的強度，稍加外力極易導(dǎo)致滑塌事故。

2.2 隧道設(shè)計不恰當(dāng)

1)隧道施工選址時對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)的分析存在漏洞，未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)松散地段。

2)對施工當(dāng)?shù)厮臈l件探測不到位，導(dǎo)致施工設(shè)計忽視地下水作用。

2.3 施工方法和措施不當(dāng)

1)隧道施工方法與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件不相適應(yīng)；出現(xiàn)頂部和側(cè)面或隧道末端的部分巖石、外觀石、土巖、混凝土層有一定面積的塌陷或剝落下降的現(xiàn)象。施工支護不恰當(dāng)，或“先拆后支”的方法，導(dǎo)致地質(zhì)層暴露時間過長，都可能導(dǎo)致周圍巖土結(jié)構(gòu)的變化，造成塌方事故。

2)施工前測量并未嚴格按照標(biāo)準規(guī)范執(zhí)行，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不全面，影響施工決策的準確性。

3)爆破炸藥量計算不準確，導(dǎo)致地質(zhì)震動過大，對塌方危險的檢測不到位，危石處理不當(dāng)，造成巖層塌方事故。爆破用藥量過多，震動過大。對危石檢查不及時、不重視，處理危石措施不當(dāng)，引起巖層坍塌。

4)噴錨支護方法錯誤或不及時，降低支護質(zhì)量。

3 隧道施工中塌方的預(yù)防措施

3.1 斷裂帶塌陷

斷裂崩塌是最常見的隧道塌方事故，而當(dāng)前針對斷裂崩塌事故檢測的技術(shù)多以斷層破碎帶檢測為主，通過檢測斷層關(guān)鍵參數(shù)來確定斷層出現(xiàn)的位置，這是因為斷層破碎帶的應(yīng)力較為集中，而受到地質(zhì)條件的影響，很容易出現(xiàn)斷層破碎現(xiàn)象，給施工安全帶來較大的隱患。

在地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的區(qū)域應(yīng)采取“先排水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測”的施工流程，加強對不穩(wěn)巖層的支護，強化安全防護措施。

3.2 隧道隧洞內(nèi)的斷層破碎帶識別與辨認

隧道的斷層和斷層破裂帶標(biāo)識和識別,與地面地質(zhì)調(diào)查和審查故障對斷層的辨認基本類似，如果根據(jù)故障的識別，除了地貌標(biāo)志,在地上地質(zhì)調(diào)查在斷層形成的識別標(biāo)志、如隧道巖石構(gòu)造、礦物質(zhì)分布特征等都可以作為判斷隧道應(yīng)力斷層的依據(jù)。有些地段甚至清楚表現(xiàn)在地面上,非常明顯，容易觀察。斷層破裂帶滑坡的判斷和預(yù)警,主要包括故障斷裂帶滑坡影響因素分析,巖體斷層破裂帶破碎的前兆，準確識別斷層的早期檢測，及早發(fā)現(xiàn)問題。

3.3 塌方的預(yù)測

在做好隧道安全施工的同時，加強對隧道塌方征兆的監(jiān)測也是非常重要的，需要在隧道施工的全過程進行塌方預(yù)測，目前常用的方法包括以下幾種：

1)觀察法。在隧道施工過程中實施探孔技術(shù)對巖層結(jié)構(gòu)及水文狀況進行檢測與分析，同時根據(jù)隧道掘進程度進行地質(zhì)結(jié)構(gòu)素描，用于判斷有無塌方的可能性。

在隧道塌方預(yù)測中對圍巖結(jié)構(gòu)的監(jiān)測十分關(guān)鍵，通過測量圍巖應(yīng)力變化，檢測支護結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)固，可以對圍巖的節(jié)理裂隙情況進行判斷，并從洞壁松動、噴射混凝土的掉落情況來判斷地表結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)下沉問題。

2)一般量測法。指對參考點的應(yīng)力變化、位移情況進行數(shù)據(jù)采集，及時發(fā)現(xiàn)變化異常特征，并對是否存在塌方可能進行預(yù)測。

3)微地震學(xué)測量法。微地震監(jiān)測技術(shù)是觀察和分析小地震事件對生產(chǎn)活動的影響，微地震技術(shù)是基于聲發(fā)傳播原理進行檢測，將微震監(jiān)測技術(shù)劃分為指標(biāo)數(shù)據(jù)采集、微震源成像和反向演化分析等環(huán)節(jié)。在指標(biāo)數(shù)據(jù)采集過程中搜集的信號波形特征可以作為分析隧道斷層及附近巖石應(yīng)力狀態(tài)的核心參數(shù)，用于表征隧道應(yīng)力變化的趨勢及預(yù)測隧道塌方破壞程度。微地震監(jiān)測有其獨特的優(yōu)點：首先它可以直接確定巖石斷裂的位置和性質(zhì)，由于它利用地震波信息，其傳感器可分布于遠離巖體破壞的地區(qū)，從而確保監(jiān)控系統(tǒng)能長時間運行而不被破壞；其次監(jiān)測覆蓋的面積非常廣。

4)聲學(xué)測量法。通過檢測巖層聲波變化來分析巖層應(yīng)力狀態(tài)，預(yù)測塌方的可能性。

以上針對塌方的檢測方法都是從塌方征兆檢測分析著手，以防患于未然的方法降低塌方事故出現(xiàn)的幾率。

隧道施工初期應(yīng)加強支護質(zhì)量，在挖掘過程中根據(jù)操作規(guī)范及時完成噴錨支護，并根據(jù)現(xiàn)場施工需求采取早強錨桿或早強噴射混凝土，以強化支護效果，提升隧道巖層的穩(wěn)定性。

4 隧道施工中塌方的處治措施

若隧道塌方事故出現(xiàn)，施工人員應(yīng)在第一時間撤離施工現(xiàn)場。負責(zé)人員及時調(diào)查塌方的原因，并制定合理有效的應(yīng)急處置方案。

1)處理塌方應(yīng)先加固未塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展。對于開洞高度較低，延伸長度較短的隧道項目，首先應(yīng)對洞體兩端進行加固處理，采取錨噴聯(lián)合支護對側(cè)面和頂部巖層結(jié)構(gòu)進行加固，穩(wěn)固巖層支架后清理殘渣，拆除臨時支架。

對于開洞高度高，而塌渣數(shù)量較大的隧道項目，塌渣全部封堵洞口時應(yīng)及時采取支護，并探測塌穴的位置和規(guī)模，采取注漿加固方法封堵渣體，待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再按照先上后下的順序清理渣體，盡快完成洞體的襯砌。

當(dāng)隧道施工地質(zhì)結(jié)構(gòu)不良，導(dǎo)致塌方出現(xiàn)冒頂時，應(yīng)在陷穴口周圍及時打設(shè)地表錨桿，并采取鋼架支撐等進行加固。

當(dāng)洞口塌方延伸到地表層，應(yīng)采取暗洞明作的策略，避免塌方進一步擴大。

2)在處理塌方事故時應(yīng)加強對地下水的防排工作。引截地下水防止對塌方區(qū)域造成侵蝕，避免出現(xiàn)二次塌方。

a.巖層地表下沉或出現(xiàn)裂縫，應(yīng)采用不透水土壤夯實結(jié)構(gòu)，并防止地下水滲入塌方區(qū)域。

b.塌方體存在地下水活動時，應(yīng)及時引流地下水。

c.塌方通頂時，塌方區(qū)域回調(diào)高度要高于地表，并用不透水黏土封堵回填口，四周開發(fā)排水通道，用防水布遮蓋陷穴口。

3)塌方出現(xiàn)后必須增加檢測強度，增加監(jiān)測點數(shù)，根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整施工方案。

4)根據(jù)塌方地段規(guī)模和地質(zhì)特點加強襯砌。塌方規(guī)模較小，可以用干砌片石及時封堵塌穴，如果塌方區(qū)域較大，則必須在回填一定量干砌片石后，用鋼支撐加固周圍巖層。對于特大塌方事故，應(yīng)開展專項應(yīng)急處置方案。

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Discussion on collapse preventing and processing measures in tunnel construction

Tang Ping

(ShanxiYuanfangHighway&Bridge(Group)Co.,Ltd,Datong037006,China)

The thesis discusses tunnel collapse hazards, analyzes major collapse causes in tunnel construction from aspects of hydrological conditions, tunnel design and construction method, and explores measures of preventing and processing tunnel collapse, with a view to guarantee tunnel construction safety.

tunnel, collapse accident, fault zone, preventive measures

1009-6825(2017)03-0180-02

2016-11-16

湯 萍(1979- )，女，工程師

U458.3

A