公路工程中隧道施工塌方成因及處理措施

公路工程中隧道施工塌方成因及處理措

施摘要：在公路工程建設(shè)過程中，有很多的項(xiàng)目會涉及到隧道施工，隧道結(jié)構(gòu)不僅能夠保證公路的暢通性，還能夠體現(xiàn)出我國地下施工的整體水平，能夠切實(shí)提高我國的交通運(yùn)輸水平，在部分公路隧道施工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)坍塌的情況，不僅會對我國公路交通安全產(chǎn)生巨大的危險(xiǎn)，還會影響到未來交通行業(yè)的順利發(fā)展，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生一定的制約，所以必須針對隧道施工塌方產(chǎn)生的原因進(jìn)行明確，找到有效的處理措施。關(guān)鍵詞：公路工程；隧道塌方；處理措施1引言在公路項(xiàng)目建設(shè)過程中，隧道是一種地下工程，由于地下的環(huán)境和地質(zhì)狀況都比較復(fù)雜，所以在施工過程中管理難度很大，如果在建設(shè)過程中出現(xiàn)災(zāi)害性事故，很有可能會延誤施工工期，還會加大施工企業(yè)的成本投入，甚至?xí)霈F(xiàn)人員的傷亡，如果沒有進(jìn)行妥善的處理，很有可能會留下質(zhì)量隱患，影響到公路工程的后續(xù)運(yùn)行和維護(hù)。在隧道施工過程中塌方問題經(jīng)常遇到，在本文中就將針對塌方產(chǎn)生的原因以及處理措施進(jìn)行分析和探討。2公路隧道工程塌方類型2.1隧道洞口處的塌方現(xiàn)象一般來說隧道的洞口是發(fā)生塌方最為常見的位置，其主要地質(zhì)類型是堆積型。導(dǎo)致洞口出現(xiàn)塌方的原因是由于部分隧道區(qū)的巖石由于長期的風(fēng)化存在很多的裂縫，而且其延展性比較強(qiáng)，其巖層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了嚴(yán)重的破損，隧道整體的巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定能力比較差，在施工過程中，需要對洞口頂端的圍巖進(jìn)行支護(hù)處理。如果在施工過程中選擇的技術(shù)不夠嚴(yán)謹(jǐn)或者處理不到位，很有可能會由于開挖等外力因素導(dǎo)致隧道的洞口出現(xiàn)碎裂塌陷的問題，嚴(yán)重到一定程度，圍巖的整體平衡就會缺失，導(dǎo)致洞口內(nèi)大范圍的失穩(wěn)，出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象。2.2隧道洞內(nèi)的塌方現(xiàn)象隧道洞內(nèi)出現(xiàn)塌方，主要分為土質(zhì)塌方和巖質(zhì)塌方兩種類型。一般在土質(zhì)和巖層隧道的施工過程中非常多見。巖層隧道進(jìn)行開挖以后，由于頂層和開挖的位置之間會出現(xiàn)懸空的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候隧道的圍墻結(jié)構(gòu)和拱頂由于沒有了原有巖石的支撐，再加上地面重力的作用，很有可能會導(dǎo)致巖石出現(xiàn)下沉或者變形的現(xiàn)象，由于一部分地區(qū)本身的巖層結(jié)構(gòu)就存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，再加上多種外力的作用，彳艮有可能會導(dǎo)致巖層被擠出，如果施工企業(yè)在開挖過程中沒有對隧道采取必要的支護(hù)措施，或者支護(hù)的作用力不夠，很有可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的塌方。土質(zhì)隧道開挖以后，其周圍的巖層整體硬度比較低，而且在開挖的范圍內(nèi)，由于外力的作用，彳艮有可能會出現(xiàn)松弛變形的情況，這種結(jié)構(gòu)土體的強(qiáng)度將會受到嚴(yán)重的影響，如果沒有及時(shí)采取支護(hù)措施，就會進(jìn)一步加大土壓，出現(xiàn)局部塌陷和沉陷，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)圍巖結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性，造成塌方的現(xiàn)象。3公路工程隧道出現(xiàn)塌方的原因3.1受不當(dāng)施工影響隧道工程施工過程中出現(xiàn)塌方的主要原因和人為因素有著密切的關(guān)系，由于施工過程中的不當(dāng)操作，很有可能會導(dǎo)致隧道工程出現(xiàn)塌方的問題，有一些公路隧道施工過程中，由于作業(yè)人員不具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際的開發(fā)中經(jīng)常會出現(xiàn)爆破參數(shù)不當(dāng)或者開挖不當(dāng)，等原因?qū)е聨r石出現(xiàn)松散的問題，進(jìn)而導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方。舉例來說，“承巖理論”是保證隧道開挖以后采取正確支護(hù)方式的理論知識，能夠有效防止圍巖出現(xiàn)松散的問題，減少塌方的危險(xiǎn)，在這樣的情況下，就需要在巖石原有承載能力的基礎(chǔ)上添加襯砌結(jié)構(gòu)，提高巖石的承載能力，如果在施工過程中沒有采取及時(shí)的支護(hù)措施，或者沒有進(jìn)行襯砌很有可能會導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方。3.2設(shè)計(jì)方面公路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)對于隧道的質(zhì)量也有著很大的影響，由于設(shè)計(jì)人員沒有深入到施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地的考察，這樣設(shè)計(jì)出來的施工方案也有可能會導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方的問題。在進(jìn)行隧道施工之前，如果設(shè)計(jì)人員僅憑借自身的經(jīng)驗(yàn)對隧道情況進(jìn)行分析，沒有進(jìn)入到施工現(xiàn)場進(jìn)行分析，很有可能會導(dǎo)致施工現(xiàn)場的情況與設(shè)計(jì)方案不符，由于設(shè)計(jì)人員沒有充分了解地質(zhì)的資料，隨意編造數(shù)據(jù)很有可能會影響支護(hù)參數(shù)，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方。3.3地質(zhì)方面隧道施工過程中出現(xiàn)塌方問題與地質(zhì)本身的關(guān)系也很密切，如果隧道施工過程中其地質(zhì)情況較差，施工人員很難確定施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)狀況，如果在具體的施工環(huán)節(jié)遇到地下水，就會導(dǎo)致施工中出現(xiàn)塌方的問題，由于施工人員沒有對圍巖的強(qiáng)度進(jìn)行改變和分析，就會加大孔隙內(nèi)的壓力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面上的正應(yīng)力減小，地下水的存在也會在一定程度上降低巖石的強(qiáng)度，甚至?xí)霈F(xiàn)流沙的現(xiàn)象，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方的危險(xiǎn)。3.4水文因素高速公路隧道出現(xiàn)塌方的另一個(gè)原因就是由于連續(xù)的暴雨以及地下水的侵襲。如果地下水位出現(xiàn)改變，很有可能會影響到周圍的圍巖，造成圍巖軟化。由于其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)出現(xiàn)了很大的改變，長時(shí)間的侵蝕作用下，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力都會進(jìn)一步下降，圍巖的膠結(jié)能力也會減弱，就會導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象。通過相關(guān)研究表明，現(xiàn)階段有48%隧道塌方的原因，都是由于地下水位的影響，水流能夠改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，加大孔隙壓力，圍巖結(jié)構(gòu)面的填充物會使夾層液化，進(jìn)一步影響圍巖的結(jié)構(gòu)，由于地下水位的變化，還有可能會帶來物理和化學(xué)的作用，進(jìn)一步降低圍巖的強(qiáng)度。4塌方治理基本原則要想從根本上治理隧道工程的塌方問題，在實(shí)際的治理過程中，首先需要保證施工安全，不能在施工現(xiàn)場留下安全隱患，出現(xiàn)塌方以后應(yīng)對隧道工程進(jìn)行及時(shí)的加固，防止塌方問題繼續(xù)惡化，根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，對塌方問題進(jìn)行噴射混凝土封閉等妥善的處理，保證施工的安全性。在實(shí)際的治理過程中需要采取相應(yīng)的治理措施，根據(jù)塌方出現(xiàn)的原因以及實(shí)際的地質(zhì)情況，制定好治理方案，確保施工人員的技術(shù)水平和綜合能力都能夠符合工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，能夠妥善應(yīng)對施工中存在的問題，在具體的治理過程中還應(yīng)該保證施工環(huán)境的安全性。就目前的實(shí)際狀況來看，進(jìn)行塌方問題的處理治理主要有以下幾種方式：第一，明確出現(xiàn)塌方的原因，對他方的程度進(jìn)行分析，確定好塌方的實(shí)際位置，同時(shí)還應(yīng)該對塌方以后對整個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)生的危害進(jìn)行分析。第二，研究治理方案，針對出現(xiàn)塌方的區(qū)域以及地表以下的區(qū)域采取相應(yīng)的治理措施。第三，在治理塌方問題的過程中，首先應(yīng)進(jìn)行可行性分析，對圍巖加固裂縫問題等進(jìn)行認(rèn)真的深入的研究。5塌方治理方案5.1科學(xué)選擇開挖方法和設(shè)計(jì)方案第一，應(yīng)做好地質(zhì)勘查工作。在正式開始施工之前，應(yīng)聘請專門的勘察人員對施工現(xiàn)場的情況進(jìn)行認(rèn)真的勘察，在進(jìn)行勘查之前，相關(guān)的工作人員應(yīng)對勘察中用到的設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和檢查，確?？辈烊藛T的專業(yè)能力能夠符合勘察的標(biāo)準(zhǔn)，保證勘察人員的專業(yè)能力和選擇的勘察技術(shù)、勘察設(shè)備，都達(dá)到勘察精準(zhǔn)度的要求，并且還應(yīng)該對施工現(xiàn)場的地下水位、年降水量、地下水量進(jìn)行明確，給出精準(zhǔn)的勘察數(shù)據(jù)，這樣就能夠?yàn)楹罄m(xù)的工程設(shè)計(jì)提供可靠的支持，防止坍塌的出現(xiàn)。第二，施工企業(yè)應(yīng)對隧道區(qū)域的整體環(huán)境進(jìn)行明確了解該地區(qū)內(nèi)的巖層類型，地質(zhì)結(jié)構(gòu)等等正確選擇開挖方式，控制好開挖臺階的高度，同時(shí)還要對整個(gè)開挖過程加大管理力度，防止出現(xiàn)開挖不合理或者過度開挖的行為，利用監(jiān)測儀器對整個(gè)開挖過程中隧道應(yīng)力的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，這樣就能夠幫助施工企業(yè)及時(shí)做出相應(yīng)的措施，防止出現(xiàn)坍塌。5.2制定專門的施工方案針對每個(gè)不同的施工點(diǎn)，制定相應(yīng)施工方案。根據(jù)塌方的段落、周邊圍巖的巖性、地下水情況制定不同的塌方處理方案，處理時(shí)需要對整個(gè)施工現(xiàn)場進(jìn)行修整，施工人員應(yīng)對平臺修整方法、臺階施工方法等進(jìn)行分析。首先對塌方區(qū)域內(nèi)堆積體和坍口進(jìn)行噴射混凝土封閉固結(jié)處理，防止塌方進(jìn)一步惡化，其次使用超前預(yù)注漿的方式進(jìn)行注漿加固，施工人員隨時(shí)關(guān)注注漿效果，對拱部塌腔進(jìn)行回填的時(shí)候，主要是使用C15~C20的混凝土進(jìn)行泵送，同時(shí)還應(yīng)該利用加護(hù)拱的方式對初期支護(hù)部分進(jìn)行有效的加固，在處理塌方段的時(shí)候，可以使用防水板臺車放置在二襯段落對初期支護(hù)塌方處理的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，施工人員配合管理人員進(jìn)行操作。5.3隧道塌方施工步驟第一，隧道出現(xiàn)塌方以后，對掌子面進(jìn)行加固能夠有效防止隧道塌方的進(jìn)一步惡化，所以在施工過程中需要對掌子面進(jìn)行有效的加固，可以選擇中空錨桿或者小導(dǎo)管注漿技術(shù)等多種措施。第二，對隧道影響段進(jìn)行處理，進(jìn)行掌子面加固，以后還需要對受到塌方影響的部分進(jìn)行處理，可以選擇鋼筋網(wǎng)混凝土或者工字鋼的形式進(jìn)行有效的加固，根據(jù)塌方的實(shí)際狀況選擇有效的處理措施，保證隧道巖層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第三，對塌方段進(jìn)行處理。針對隧道出現(xiàn)塌方的部分，可以使用臨時(shí)護(hù)拱法來進(jìn)行處理，在處理之前對于不合格的部分首先應(yīng)進(jìn)行處理，還可以設(shè)置排水管道，使用噴射混凝土的方式進(jìn)行封閉處理，保證巖層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第四，對塌方便進(jìn)行開挖和支護(hù)，經(jīng)過隧道塌方以后采取有效的處理之后可以繼續(xù)進(jìn)行開挖，這時(shí)就能夠按照原有的施工技術(shù)方案以及相關(guān)規(guī)范來進(jìn)行作業(yè)，防止再次出現(xiàn)事故。根據(jù)塌方的程度，可以選擇合適的處理方法，將塌方的位置全部清理干凈以后，嚴(yán)格按照相關(guān)的操作流程進(jìn)行作業(yè)。5.4利用管棚注漿法及小導(dǎo)管注漿技術(shù)使用管棚注漿法進(jìn)行隧道的加固，首先需要在隧道開挖周邊的位置設(shè)置鋼管，而且鋼管之間還要留有一定的距離，使用鋼管對超前管棚周圍的圍巖進(jìn)行注漿，能夠有效對整個(gè)塌方區(qū)域進(jìn)行加固，使用管棚支護(hù)技術(shù)能夠切實(shí)提高巖層的承重能力，減少形變壓力，選擇的鋼管多為厚壁鋼管，沿著隧道的輪廓在布置的過程中能夠有效降低其變形量，在一定程度上，增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際承受力。使用小導(dǎo)管注漿技術(shù)，一般不需要進(jìn)行工作室的開挖，而且整個(gè)施工過程速度非?？?，主要是利用多個(gè)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工方式非常的靈活，由于使用這種注漿方案，其整體柔性非常大，對于地質(zhì)條件比較差的環(huán)節(jié)可以進(jìn)行補(bǔ)注，出現(xiàn)巖石破損以后，可以利用注漿壓力將其滲透到裂縫中，這樣就能夠使圍巖膠結(jié)，將其形成一個(gè)整體，切實(shí)提高應(yīng)對塌方問題的能力。5.5隧道塌方的預(yù)防措施隧道是一種非常典型的地下工程，由于地質(zhì)條件存在很嚴(yán)重的不確定性，所以在施工過程中巖石即使開挖對象又是支護(hù)對象、在開挖以后原有的巖體結(jié)構(gòu)以及受力平衡將會被破壞，在自重的影響下，巖石的應(yīng)力將會重新分布，這樣就形成了新的受力平衡，所以正確掌握開挖地區(qū)的地質(zhì)狀況，充分了解圍巖的結(jié)構(gòu)以及自穩(wěn)能力，采取有效的支護(hù)措施和開挖方法，能夠有效防止隧道塌方事故的出現(xiàn)，還能夠保證隧道施工安全，節(jié)約施工周期。在具體的施工過程中，首先需要對隧道開挖路段的地質(zhì)情況進(jìn)行認(rèn)真的勘察，在施工之前做好現(xiàn)場勘察工作是非常重要的，能夠充分了解施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、地貌結(jié)構(gòu)以及特征，按照勘察獲得的相關(guān)參數(shù)，選擇合適的施工方案，準(zhǔn)備好施工中用到的材料和機(jī)械設(shè)備，保證隧道開挖的順利進(jìn)行。第二，設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，對隧道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行合理的控制，如果過大會加大施工的成本投入，如果過小圍巖的穩(wěn)定性將達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，所以應(yīng)根據(jù)隧道的實(shí)際狀況，結(jié)合地質(zhì)條件，確保隧道施工的安全性，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。第三，對水進(jìn)行治理，在隧道施工過程中，水對于隧道工程的影響非常大，特別是對圍巖結(jié)構(gòu)的破壞程度，針對風(fēng)化比較嚴(yán)重的地段，更容易出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，也進(jìn)一步加大了施工的難度。所以，在治理過程中首先應(yīng)該做好水的治理工作，采取必要的措施，做好防水工作，分階段的進(jìn)行排水，可以防止由于水的原因?qū)е滤淼莱霈F(xiàn)塌方。6公路隧道塌方實(shí)例6.1工程概況某隧道長度，設(shè)計(jì)為1943m，其進(jìn)出口的高度大約為3118m，根據(jù)設(shè)計(jì)施工方案的要求，在2012年的8月17號進(jìn)行該隧道的施工，完成爆破以后，其臺階出現(xiàn)水流和掉塊的現(xiàn)象，形成錐形體，隨后巖層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，然后噴射混凝土開裂、掉塊，最終導(dǎo)致了大范圍的塌方現(xiàn)象.6.2塌方原因分析相關(guān)工作人員根據(jù)隧道出現(xiàn)塌方的原因進(jìn)行認(rèn)真的研究，可以發(fā)現(xiàn)隧道右上邊的空洞面積超過了左側(cè)，而且壓力明顯高于左側(cè)，由于兩側(cè)的受力結(jié)構(gòu)不夠均勻，存在一定的偏差，這也是導(dǎo)致隧道出現(xiàn)塌方的直接原因。該隧道的塌方段為斷層破碎段，其巖石的性質(zhì)，強(qiáng)度很低，而且剛度很差，在施工過程中，該隧道需要穿過富水?dāng)鄬咏?jīng)過長時(shí)間受到地下水的侵蝕，在加上雨水的天氣導(dǎo)致巖石的強(qiáng)度進(jìn)一步下降，最后出現(xiàn)了塌方的現(xiàn)象。此外，施工因素也是導(dǎo)致該隧道出現(xiàn)塌方的主要原因，在施工過程中沒有采取系統(tǒng)性的，包括控制措施也沒有設(shè)置相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致隧道塌方。6.3塌方段的綜合治理方案出現(xiàn)塌方以后可以及時(shí)采取噴射混凝土進(jìn)行封閉，相關(guān)工作人員在對塌方的現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查以后，明確具體的狀況進(jìn)行綜合分析，決定采用超前小導(dǎo)管注漿的施工方法，將三臺階超短臺階法轉(zhuǎn)變?yōu)镃RD施工方式，增加小導(dǎo)管的長度，其縱向距離也增加1.1米，環(huán)形距離增加26厘米，而且還應(yīng)該控制主將壓力為1.8MPa，對掌子面進(jìn)行噴射封閉以后進(jìn)行注漿，選擇I18型號的工字鋼架作為支撐，有專業(yè)的人員對裂縫的位置進(jìn)行開鑿，拆除已經(jīng)變形的鋼筋網(wǎng)。6.4塌方治理結(jié)果分析該隧道出現(xiàn)塌方以后，使用小導(dǎo)管注漿法、噴射混凝土以及CRD法進(jìn)行處理，出現(xiàn)隧道的位置進(jìn)行了有效的治理，對塌方的位置進(jìn)行治理以后還需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測量測，處理完成以后圍巖的穩(wěn)定效果，為后續(xù)的塌方治理工作提供可靠的經(jīng)驗(yàn)。7結(jié)束語在公路隧道施工過程中遇到塌方問題，首先需要明確出現(xiàn)塌方的原因，然后針對施工現(xiàn)場的具體情況，采取有效的處理措施。導(dǎo)致塌方出現(xiàn)的主要原因就是施工原因和設(shè)計(jì)原因，在預(yù)防塌方問題時(shí)，需要根據(jù)施工現(xiàn)場