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公路工程隧道施工塌方治理技术研究

发表时间：2021/1/29 来源：《建筑科技》2020年7月下作者：赖锋

[导读] 道路建设的发展关系到我国整体经济的发展速度和发展方向。

四川成都中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司赖锋 610072

摘要：道路建设的发展关系到我国整体经济的发展速度和发展方向。公路对于我国社会发展是非常重要的，除了经济以外还会影响到居民的日常出行。作为我国重要的建设领域之一，在建设活动过程中仍然有一些问题没有得到解决，如公路工程隧道施工塌方原因，以及治理的措施。
关键词：公路；隧道施工；塌方；治理技术
        引言
　　    我国道路建设自改革开放发展至今已经取得了非常不错的成就和成果。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。
        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。
        2.隧道施工塌方事故影响因素提取
        造成隧道施工塌方事故的影响因素有很多，许多学者对隧道施工塌方事故展开了研究。隧道塌方风险来源于工程地质、岩体结构特性、隧道结构特性、开挖、支护等方面，运用非线性模糊评价理论评判了隧道施工整体的塌方风险；在统计分析的基础上，筛选出隧道施工塌方主要影响因素，发现地下水以及隧道围岩情况对塌方的影响最大；综合运用ISM和信息熵的方法对隧道塌方风险进行分析，研究表明开挖方式的选择、地下水的发育程度、不良地质是隧道施工塌方的关键致因；将隧道施工塌方影响因素细分为12个，研究发现降雨量、隧道跨度、围岩级别、隧道埋深是隧道施工塌方的关键因素。
        3.公路工程隧道施工塌方治理技术
        3.1预防公路隧道坍塌的措施
　　    首先，施工单位以及施工人员必须对公路隧道施工周围的地质环境进行准确的勘察，要了解到该地区具体的地质条件，地形构造等，并且根据所调查的数据进行方案的设置，选择合理的施工预案，采用先进的施工设备，聘请专业的施工团队。其次，则是要做好设计支护参数工作，设计支护的参数数据对于整个工程的影响是非常大的，如果支护参数的数据过大，则会加大工程的投入力度，如果过小，则会导致隧道围岩的稳定性不足，必须要严格按照行业标准进行设计。然后，则是要做好防范工作，建立预防机制，在公路隧道施工活动当中，应采取超前的地质预报技术，可以对围岩进行一个动态的监测，对破损的地方及时进行定位和预测，而这项工作需要专业的高素质人才支持。最后，还要做好水处理工作，水对于整个隧道施工活动的影响是非常大，地下水对于岩层具有腐蚀作用，当地下水位比较高时，会对隧道当中的岩层结构造成破坏，从而发生坍塌，所以在预防工作当中要对地下水进行治理，做好防水措施及排水工作，防止地下水的倒灌。

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        3.2变形规律
　　    通过对变形监测数据的处理分析可知，隧道失稳前的拱顶会出现大面积（至少两个监测断面）沉降二级预警，虽然由于其围岩整体的自稳性没有达到一级预警，但已表现出了明显的趋势；同时受拱顶沉降的影响，隧道收敛会在一段时间内出现明显的“回弹”，这种“回弹”一定程度上给予了拱顶变形沉降的空间。因此，在隧道施工过程中，遇到连续降雨天气时需要密切联系拱顶沉降与收敛数据，联立分析隧道的自稳性情况，及时指导施工。
        3.3处理塌方
        如塌方体积较小，且塌方范围内已进行喷锚或已架设了较为牢固的支撑时，可由两端或一端先上后下逐步清除塌方，清除时注意观察拱顶及周边的围岩有无变化的可能，避免二次塌方。随挖随架设临时支撑，临时支撑必须紧挨塌腔面。如塌体稍大，不能完全保证不出现二次塌方时，不要清除塌体，在塌体上先对拱顶进行临时锚喷支护、钢拱架支撑或进行模筑混凝土作为临时支护，在保证安全的情况下再对拱脚欠挖处理，进行刚性支护。
        如塌方体积较大，因塌体堵塞无法进入塌方范围进行支护时，可采用长管棚或注浆加固塌体，待其稳定后，按照“短进尺、弱爆破、早封闭”的原则挖开塌体，并尽早衬砌，有时为了减少塌腔的暴露时间，支护可采取一次性模筑混凝土进行封闭。塌方段围岩整体性较差或富水时，还应对该段围岩进行预注浆加固处理。
        如塌方冒顶，在处理塌体前应先支护陷穴口，锚喷封闭洞穴周围岩面，避免洞内二次开挖塌体时，上顶二次坍塌。地质条件较差时，还应该对陷穴口周边地表进行打设锚杆或地表注浆加固措施。地表周围及陷穴口上空要做好防排水措施，避免雨水进入塌腔内软化围岩。如果塌腔顶部地表埋深非常浅而且塌腔比较大时，可视情况将地表挖开进行明处理。
        3.4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。
        结束语
　　    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。
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