公路工程隧道施工塌方治理技术研究

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摘要:随着公路建设里程的不断扩展，越来越多的公路建设在复杂的地质环境中进行。隧道工程是公路建设的重要组成部分，在隧道掘进施工中，塌方事故发生概率较大，且危害性严重。为保证隧道施工质量和安全，必须加大隧道施工塌方重视程度，根据工程实际情况，采取切实可行的治理方案，做好治理评价工作，提高治理效果。

关键词:隧道工程;塌方治理;工程概况

0引言

作为一种地下条状构筑物，隧道多修建于山岭当中，用于克服高程障碍，改善道路线形，提升行车速度，对于提升整体运输能力意义重大。然而，在隧道掘进施工过程中，往往会因为多种因素导致塌方等事故发生。隧道塌方原因很多，不仅包含不良地质的内在原因，同时还包括施工管理等外部原因。若不及时采取切实可行的措施积极治理，势必会导致垮塌面积进一步扩大，甚至会引发更大的灾害问题。针对这一问题，应结合工程实际情况，有针对性地采取措施进行塌方治理，做好加固工作，保证岩土体稳定，降低危害性。

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。根据勘查分析，不良地质体定位是填充岩溶隧道预防塌方灾害的首要工作。基于隧道地质超前预报体系和原则，并与本隧道的实际情况相结合，可采用“宏观地质预报+长距离预报(TSP203＆TEM)+短距离预报(GPR)”为综合地质超前预报方案。以不良地质体定位结果为依据，对其和隧道的空间位置关系进行了观测与分析，进而对其潜在破坏模式有了准确的判断，并制定了合理、科学的“小导管注浆+超前管棚结构支护加固”塌方治理方案。

2塌方原因分析

根据勘查实际情况，认为充填岩溶不良地质和施工管理是导致本次隧道塌方灾害发生的主要原因，具体情况如下。2．1不良地质条件。本隧道处于高山－仰峰芥次生断裂影响带的充填岩溶体，颜色为黄褐色、红褐色，属于粉质黏土，此类土体具有较大含水量，状态为松散—稍密状，承载能力严重不足，且岩体完整性差。发生塌方事故前，近7d时间为连续降雨天气，沿断层构造裂隙地面雨水不断下渗，导致岩溶填充物等物理力学性能更差。2．2施工管理的原因1)在充填岩溶区围岩塌方机理和破坏特性等方面存在认识误区，本工程存在的塌方为突跳式塌方，近乎尖点突变模型。在此情况下，若未提前进行超前水平钻探，或查明充填岩溶体就直接进行掘进施工，必定会导致塌方产生。2)施工管理意识不足，未重视地质超前预报结果。没有结合实际情况，做好风险评估工作。同时，没有按照“先探后掘”的原则，对施工方案进行适当调整，从而引发塌方。

3塌方治理措施

3．1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。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。3．2塌方治理方案。1)充填岩溶规模、充填物状态均可通过水平钻孔探明。2)隧道拱部160°范围交替施作环向间距20cm的2种注浆管，注浆管长度分别为4m、6m，6m长注浆管外插角为15°～20°，4m短注浆管外插角为20°～25°，通过水泥－水玻璃双液浆进行岩土体注浆加固。所选注浆液为42．5#硅酸盐水泥浆液，1∶1为水灰比，掺5%水玻璃，在0．5～1．0MPa之间控制注浆压力。3)当注浆加固满足设计强度需求后，掌子面后充填岩溶段加固方案为“双层钢拱架+注浆小导管+系统锚杆支护结构”，其中，双层钢拱架的纵向间距设为0．5m，注浆小导管同样采用长短组合类型，即长度为6m、4m。(4)待完成上述施工后，通过三台阶留核心土短进尺方法进行施工。当充填岩溶区施工后，需及时探明隧道支护结构外形成腔体规模和充填情况，采用的探明方法为物探或数字钻孔摄像技术，当支护结构上堆积松散岩土体厚度在6m以上，可通过“水泥－水玻璃双液浆注浆”的方法对支护结构外6m范围内的岩土体进行加固处理，很大程度上可以有效提升其稳定性和承载能力，并缓解后续垮塌岩土体冲击隧道支护结构的压力。若支护结构上堆积松散岩土体厚度在6m以下，须按照从里到外的顺序一层一层进行双液注浆加固层、泵填泡沫砼、吹填细砂或粉煤灰施工。

4塌方治理效果评价

为验证塌方治理效果，选取具有代表性的断面铺设检测仪器，对隧道塌方治理效果进行评价分析。根据治理情况，将断面压力盒、砼应变计等测量仪器安设到指定位置，按照规范规定要求，对隧道周边收敛变形初次支护等情况进行检测。在塌方灾害治理中，作为治理措施初次支护结构作用状态和围岩稳定性的宏观指标，隧道周边收敛变形具有重要作用。根据检测结果可知，其变形发展共经历4个阶段，即缓慢增长、迅速增长、逐步稳定、暂时稳定。下沉量最大处位于拱顶部位，最终在37．81mm处稳定。通过该变形发展变化情况，可见双层钢拱架的支承作用良好，在治理塌方灾害当中具有良好成效。通过6个月的跟踪观测，随着时间的不断增加，衬砌间接触压力逐步呈现出“波动—稳定”的发展趋势。接触压力最大处位于拱顶部位，为0．305MPa，通过计算可得，在二次衬砌结构设计承载值以内，与隧道结构承载需求相符。混凝土应力属于压应力，最大值为6．109MPa，位于左边墙处。通过分析钢筋、混凝土等受力状况，可见隧道二次衬砌结构主要受压应力影响，基于钢筋的性能作用，可以很好地弥补压力问题，保证隧道结构受力合理，进而提高隧道的整体稳定性。通过上述分析，可以间接表明塌方段围岩处于稳定状态，说明已经克服了充填岩溶对隧道的稳定性影响，治理效果良好。

5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。

参考文献:

［1］张孝宁．公路工程隧道施工塌方治理技术应用探讨［J］．交通节能与环保，2019(2):117－119．

作者:董磊 代志杭 单位:中交国通公路工程技术有限公司