摘要：随着我国社会经济的快速发展，越来越多的公路隧道工程投入建设之中，给更多地方的交通带来便利。就隧道工程而言，其建设难度较大，保障施工安全和质量需要投入更多的技术和资金。在隧道浅埋段，预防坍塌以及坍塌后的治理措施的研究是就显得尤为重要。受到自然环境如雨水情况，岩土质量以及各种人为施工因素如爆破、支护等影响，隧道浅埋段可能会出现变形、坍塌等情况。在此本文针对隧道浅埋段引起坍塌的因素展开探讨，并提出了预防坍塌以及坍塌后的预防措施，希望具有一定的参考价值。
关键词：隧道浅埋段；预防坍塌；综合处理技术
引言
近几年来，我国公路、铁路交通发展越来越快，在一些地形相对复杂的地区，常常会涉及隧道施工，其中隧道浅埋段的施工难度较大需要考虑的因素众多，比如围岩容易破碎，坍塌风险高等。另外，隧道浅埋段因为上覆土层较薄，当存在收敛或者坍塌时，可能引起不同程度的地面沉降，甚至造成冒顶，对附近的正常环境造成不利影响。所以，为了减少坍塌的出现，必须要在隧道掘进施工、支护施工以及排水注浆施工等方面进行控制，提升施工要求，减少各种因素对隧道围岩的扰动，有效预防坍塌。针对已坍塌部分采取合理地补救措施，防止二次坍塌的出现。
1导致发生隧道浅埋段坍塌事故的主要因素
1.1工程水文地质条件的影响
工程水文地质条件是进行隧道设计与隧道施工必须要考虑的因素。而且不同岩层的水文地质条件要进行具体的分析。在隧道浅埋段部分，岩层和土质情况都是经过长年气候和环境的影响形成的，与各种自然因素和人为活动都有着密切联系。隧道浅埋段的地质水文特性往往是不断变化的，而且具有一定的随机性。概扩来讲，隧道浅埋段的水文地质条件具有复杂性、随机性以及多样性的明显特征。就当前情况来看，开展隧道工程的众多施工企业都会进行勘察工作，从宏观到微观不断地加深对环境的认识，并普遍采用从区域地质到工点地质进行有层次的研究方法。当施工地点的水文地质条件较为复杂时，要进一步加强细节性的、深入的勘察研究。比如通过钻孔探测等方法了解地层情况，提升地质预报的准确度等。
1.2施工技术以及管理措施的影响
当水文地质条件较好时，可以有效满足形成平衡拱的要求，但是如果施工技术与工艺方面存在问题，也会引起隧道浅埋段的坍塌。通过多个案例的分析研究，得出造成隧道浅埋段坍塌事故的人为原因主要有以下三个方面：第一，爆破尺寸过大及强度超限。对于隧道浅埋段的爆破一般要求要保持减小的尺寸和强度。有些工程为了赶进度，增加了爆破的尺寸和强度，这种不合理的爆破对围岩产生了扰动，破碎的围岩难以保持稳固的平衡态，在较强爆破的影响或其他施工的扰动下出现坍塌事故。第二，在施工过程中支护施工存在问题，衬砌没有紧跟。有些隧道工程的施工过程中，没有充分重视初期的支护紧跟隧道掘进，在自然因素或者其他人为因素的影响下，没有支护和衬砌的支持，隧道结构的防护能力不能有效承受围岩压力，导致围岩松动或破碎掉落等问题，严重时引起坍塌。第三，在隧道施工之前没有进行充分的勘测，对施工地点的地质情况和地层变化掌握不全面，一味地按照经验式的掘进和支护方法进行施工，导致当地的地质水文出现的变化与施工手段不匹配时，隧道的支持能力难以得到有效保证，可能出现坍塌等问题。
1.3气候原因
除了以上说到的由于施工当地的水文地质、环境因素还有施工时的技术不到位管理不够严格以外，当地的天气也会严重影响工程的质量导致坍塌。有一处隧道坍塌后专家进行分析，虽然在施工时没有充分考虑到当地的地质环境问题是导致坍塌的主要原因，但是在研究中专家们发现不仅如此在坍塌的前一天当地下了大暴雨，导致土质稀松事故发生处对应地表面有积水汇集下渗，坍塌体含水率大;坍塌附近围岩局部有类似蜂窝状结构的土体出现，所以在施工之前一定还要对于该地区的气候因素进行考虑，如果要施工的地区会长期处于雨季那就要在施工时多多考虑加护问题，也要考虑到当地的土质会由于下雨产生松动等等问题。
2隧道浅埋段坍塌案例
2.1某隧道浅埋段的岩体情况较差，岩层较为破碎且含水量较多。掌子面的左右两侧和前方有溶蚀的沟槽，通过泥水填充，岩土整体稳定性差，受到扰动后容易掉渣。在施工过后，该区域出现坍塌问题，经过探测可知，隧道浅埋段前方存在一个溶洞，坍塌堆积物中有很大一部分溶洞堆积物。坍塌出现后，地表出现凹坑，塌陷坑尺寸约为24m×15m左右，深度大约为10m。由于塌方地段的周围环境复杂，地质条件不佳，又受到地下水和溶洞的影响，在进行塌方处理时要进行妥善的安排。
2.2郴宁高速公路坍塌
郴宁高速公路是我国湖南境内的一段主干线高速公路的一段，其中有一段虎形山隧道地形起伏很大，山高坡陡。地表被岩溶侵蚀形成了丘陵地貌。在2010年八月发生坍塌现象。这段坍塌的设计属于浅埋段的设计，隧道的顶部围岩产生破损并在左侧产生一小溶洞，溶洞以经开始产生渗水现象且有一些泥质物体存在，整体性还是很完整。在当天继续进行欠挖0.6m后顶部产生掉块的现象，经过研究发现掉下的属于薄层的风化石片。随后泥土也开始往下掉，慢慢的掉落的面积越来越大，导致坍塌。坍塌物均为沙性土夹泥，当天晚上坍塌物以经达到洞内35m，拱顶全部坍塌。
2.3龙头山隧道
龙头山隧道位于广州珠江，是黄埔大桥上的一段很重要的隧道，它是我国第一座有着八条车道双向分离式的高速公路的隧道。这条隧道的净宽是18m，净高8.95米，设计的行车速度100km，洞门采用的是1：1的削竹式洞门。隧道总长达到2016m。该隧道所处的地貌属于长期风化的丘陵地区，土质松散不稳定呈土黄色还含有少量石英砂，施工难度很大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该隧道于2005年九月发生坍塌事件，经过专家的研究发现，隧道内的侧壁第 30 ～ 36 榀钢架被挤出失稳 ,37～ 46 榀钢架初期支护出现裂缝 ,造成核心土坍塌 ,坍塌的长度达到8m，前后影响范围达到12m。经过分析坍塌的原因是由于在施工时一直在下暴雨，雨水进入土体导致土体被软化，土体由于雨水出现流失现象，孤石没有可以支撑的点，进而影响施工中注浆的效果没有达到预期，土质的抗剪强度降低，而且在爆破时扰动很大，导致仰坡不稳。除此之外还发现在进行开挖导坑的时候施工时没有注意拱脚位置，导坑还采取的台阶开挖方式，拱脚没有落地。根据该路段的监控也发现在大面积产生塌方之前，该工程的衬砌拱顶已经开始大范围的下沉，但是现成的施工单位并没有对其进行处理，这也是导致最后大面积塌方的主要原因之一。该工程塌方后施工单位及时进行了临时的支护搭建，回填片石，防止了进一步的坍塌，还在塌方周围的支护中设置了注浆小导管，提高了周围岩石的稳定性和抗剪力。稳定后将下导坑封闭更换临时钢支撑。
3处理坍塌的方法与措施
3.1对洞外水进行截排处理
为了有效应对地下水、地表水和岩溶水的影响，要先对坍塌处前方的溶洞进行处理，通过设置集水井来排水。集水井的一端和岩溶水的流动处相连，另一端连接排水沟，并保持排水的通畅顺利。对于地表积水，要在坍塌坑的外侧部位开设截水沟，并与排水沟相连。同时要注意排水沟的通畅，最好用防水砂涂抹其表面，如果遇到降雨天气可以保证雨水及时地顺着排水沟排走，避免引起更加严重的塌方。
3.2洞内塌方影响带施工
完成截排水后，要及时修护隧道洞内的塌方影响带。第一步要清理干净塌方堆积物，按照由外向内的顺序进行，并注意保持塌方体清理面的坡度达到1:1，以便保持稳定。塌方堆积物清理完毕后要用2～3排的沙袋对掌子面进行封堵，稳固塌方体。以后再通过注浆的方式对塌方影响带进行环向加固，针对上述塌方情况，需要采用3.5m长的注浆小导管进行梅花形布置灌注。
3.3洞外塌坑处理措施
完成洞内塌方体的清理后，需要继续进行洞外塌坑的处理。首先进行塌坑的抛石硬化处理，根据实际状况，抛石的厚度为2m。其次，进行边坡的修整，按照从上到下的顺序修整塌方处的边坡，并控制坡度为1:1.5，最终使塌方室呈现漏斗状，并在顶部设置棚子进行防雨。然后，进行坡面的加固。用钢管把水引到洞外，为坡面加固做好准备。再对坍塌面进行加固，利用注浆小导管进行加固，控制好管间距，并布设钢筋网、喷洒混凝土对坡面进行加固封闭。
3.4洞内塌方段施工
隧道浅埋塌方段的施工需要进行更加复杂的处理。清理好坍塌物后，保持掌子面为1:1的坡，保证稳定性。然后利用工字钢对塌方涉及范围进行加密，工字钢之间保持50cm的间距，并用角钢或者槽钢连接起来。坍塌段的洞顶用大管棚进行支撑，并强化拱架之间的连接强度。完成加固后进行洞外回填。首先要在隧道外部进行素混凝土的回填，并利用40cm厚的防水砂进行素混凝土顶面和底面的处理。以后在上面填上土方，在填筑过程中要注意分层进行，并按照分层顺序进行步步夯实，一般每层厚度不能多于20cm，当回填到地面以下1m左右时，用种植土进行回填，直到超过地面10cm为止。
3.5后续洞身浅埋段塌方预防措施
在完成各种清理与加固工作后，还要采取相应的预防措施防止塌方的再次出现。第一，进行更加充分的地址探测和预报，根据施工地区的实际地质情况选择合理的施工方法。第二，注重超前支护的实施。通过小导管和管棚的交错布置以及灌浆加固等方法对开挖的浅埋段的软弱或破碎地层进行加固，最终形成一个一体化的预防坍塌的体系。第三，在进行开挖时，必须要先进行稳固的支护，再利用小尺寸弱爆破的形式进行开挖，并保持较高的测量密度，利用设备对薄弱部位进行实时检测，并采取合理的方式进行开挖施工。第四，加强监控和管理。要对地质条件有明确的认识，并加强对沉降和周围围岩位移的变动情况的测量，及时发现异常情况。第五，保证仰拱和二次衬砌施工的及时进行，尽快使洞身形成封闭环，并紧接着进行二次衬砌，充分提升隧道浅埋段的稳固与安全。
3.6采用浅埋暗挖的方法施工
在进行隧道浅埋段的施工时可以采用浅埋暗挖的方法进行施工，这种方法是在隧道施工时最为传统也是最为常用的方法。这种方法是在施工时对于承载力不是很好的围岩进行加固，采用型钢拱架和锚喷混凝土对围岩进行初期的支护。当初期的支护以及衬砌做好后就可以增大围岩的承载力，甚至可以不用围岩进行承重。浅埋暗挖这种方法的优点很多，地层在使用之前就被进行了加固措施，增强了承载能力，开挖前就加固了底层开挖时初期支护进行及时的支护作用，初期支护的结构要求要与围岩紧密贴合，这样就能够对于围岩进行很好的保护作用以及增大承载能力，初期支护的结构也是多种多样可以完美的贴合围岩。而且采用浅埋暗挖法施工对于周围的影响很少，不会影响到周围居民的生活，对地下管线地上的建筑都能够达到极小的影响，所以在很多隧道施工时施工方都愿意采用浅埋暗挖的方法进行施工。
结语
总而言之，隧道浅埋段的施工必须加强控制，最大程度地降低出现坍塌的几率。由于隧道浅埋段坍塌问题是由众多自然因素和人为因素的造成的。应对自然因素的影响要加强预先的勘测，根据地质水文情况选择合理的支护和施工方法。应对人为因素，要加强施工工艺的控制，做好坍塌预防措施。对于已经出现的塌方，要按照相应的顺序进行坍塌物的清理，坍塌洞内洞外的加固，并做好再次塌方的预防，充分保证隧道浅埋段的施工质量和安全。
参考文献
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[3]彭爱红，王琛，俞文生．梅沙隧道洞口塌方原因分析及治理［J］．公路交通技术，2009(5)．
论文作者:索勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：隧道论文; 围岩论文; 水文地质论文; 地质论文; 方法论文; 因素论文; 情况论文; 《基层建设》2019年第1期论文;