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摘要：隧道塌方造成了施工人员伤亡、机械设备损坏、经济损失和工期延误，也给工程质量埋下了隐患。因此，隧道施工安全任务艰巨，打造品质工程面临挑战，消除塌方是当下隧道建设中急需达到的重要目标。
关键词：公路隧道；坍塌；预防技术
1 隧道塌方成因分析
隧道施工是在原有介质内构筑结构，隧道开挖改变了原始应力状态。隧道开挖后原岩应力释放产生变形，过大变形会产生松弛，松弛超过地层承受极限就会脱离母体形成松散荷载，在没有支护结构或支护结构不能有效控制松弛、支撑围岩松散荷载时极可能发生塌方。
一般而言，在原始地层中，围岩本身具有一定的结构承载能力，围岩不仅仅是荷载，也承载结构的一部分力，很多时候还是承载结构的主要部分。隧道工程技术人员在隧道设计和施工中，一直致力于充分利用围岩这一特性，从维护和利用围岩的自稳能力为基本出发点，及时对围岩进行支护，控制围岩的变形和松弛以保持围岩稳定，使围岩成为支护体系的组成部分，消除塌方产生的根源。只有围岩稳定才能在地下形成安全的地下空间，围岩稳定是隧道建筑成形的关键，也是预防塌方的核心，保持围岩稳定是隧道设计、施工始终要坚持的目标。隧道塌方原因很多，成因复杂，归纳起来主要有4方面的因素:第一，自然因素。通常指不良工程地质条件，如软岩、高地应力、断层破碎带、富水地层、岩溶等。第二，设计因素。主要指隧道设计经验和水平、对隧道的认识、对地质条件的了解程度以及对施工的预判、设计是否合理、措施是否得当、动态设计是否及时跟进等。第三，施工因素。包括施工开挖方法是否合理、支护是否及时、施工的严密性和精细程度等。第四，管理因素。包括建设管理和施工管理、建设工期、施工投入和质量控制等。
2 地质条件对隧道塌方的影响
2.1 岩体结构
围岩变形受岩体结构影响，是围岩稳定的内在因素。岩体中因原生或后期构造变动、风化作用等形成各种软弱结构面，岩体的破坏形式通常是岩体被结构面切割成分离的结构体，并沿结构面拉开或滑移。各类结构面具有不同的工程性质:沉积结构面通常具有抗剪强度低的特点，隧道内主要破坏形式是拱顶、侧墙的失稳、坍塌，如松软、层理复杂的沉积岩层、坚硬岩石中的软弱夹层、水理性质差的粘性土层、风化层，特别是在地下水作用时容易形成不利于围岩稳定的软弱结构面；火成结构面的破坏形式常常是沿接触、破碎带的崩塌和掉块，产状平缓或与岩体边缘近于平行，浅层侵入岩或火山岩体中发育的柱状节理，都可能对隧道稳定性产生不利影响；变质结构面中的片理及软弱夹层易于形成许多平行的软弱结构面而使洞体围岩产生坍塌。各种结构面(如节理、裂隙、断层)都是破坏岩体的整体性，降低围岩稳定性的因素，使岩体强度降低，成为地下水的径流通道和贮存场所。结构面对围岩稳定性的影响不仅取决于结构面本身的性质、类型、胶结和充填程度等的特征，也受结构面的组合、与洞轴线的位置关系控制。结构面的不利组合使围岩出现局部岩体分离滑动、掉块。与隧道轴线垂直的结构面与平行于隧道轴线的陡倾角结构面相互割裂，形成分离体块体，可能导致侧墙岩体滑动；薄层状水平岩层的强度较低时，容易产生拱部岩体掉块。在结构面较为发育的围岩中，局部岩体掉落、滑移可能导致围岩坍塌、整体失稳。
2.2 地质构造
褶皱越强烈的地区，地质构造越复杂，岩体破坏程度越严重，对围岩稳定越为不利。褶皱越平缓，岩体完整性越好。褶曲轴部常有引张裂隙，且易于富集地下水，对围岩稳定不利。
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2.3 岩石强度
岩石强度越高，围岩稳定性越好。坚硬岩石(花岗岩、安山岩、灰岩、石英砂岩等)的围岩稳定性一般较好；软弱岩石的围岩力学强度低、遇水易软化、在外荷载作用下易产生压缩变形。岩体中的风化、构造破碎带以及膨胀或崩解的粘土质岩石岩、粘土岩、凝灰岩等)或硬石膏层等分布地带，成洞能力差，围岩稳定性差；土质围岩，包括人工填土、冲洪积层、坡积层、残积层、冰积层、火山灰堆积层等堆积体，这些地层结构松散、强度低，特别在地下水的作用下几乎没有结构承载能力，围岩稳定性很差。
2.4 地下水作用
地下水的作用主要表现为对岩石溶解、溶蚀、软化岩石、降低岩石强度、影响岩体的整体性。水还能使某些结构面成为软弱结构面，对结构面起润滑剂作用，当岩体有多种结构面分布时，水的活动能促使岩块沿充水结构面滑移，加速围岩变形，特别是破碎带与软质岩石遇水后，围岩稳定性很差，使围岩失去稳定，导致洞室坍塌等。地下水是影响隧道围岩稳定性最活跃的因素，隧道围岩的崩塌，特别是大规模的塌方，往往与地下水有关。
3 预防塌方对地质认识的要求
3.1 充分认识围岩地质条件
围岩是隧道结构的一部分，是隧道施工的主要对象之一，必须要有正确的认识，通过解读地质勘察报告、设计文件和超前地质预报成果，掌握隧道围岩地质条件、水文条件、环境条件，以及前方可能遇到的主要地质问题，提前做好应对措施，做到知己知彼，百战不殆。
由于受勘察技术手段、技术水平以及勘察条件的限制，加上前期勘察投入不足、周期短，地质勘察成果很难做到精准。因此，必须在施工过程中扎实开展跟踪地质调查工作，对揭露的围岩地质条件进行验证、核实、再评判；必须在施工过程中做好超前地质预报工作，通过现代物探和超前钻探等手段，对前方未开挖区段的围岩地质条件进行探测，结合地质勘察工作成果进行综合分析，对围岩地质条件、水文条件作出恰当的评价，对围岩稳定性作出判断。
3.2 充分展示地质勘察成果
工程地质勘察是专业性很强的工作，由专业地质工程师来完成，结构工程师再结合地质工作成果加以应用。所以，地质工作成果需要用其他专业人员都容易理解的方式准确表达出来，不仅仅是给出地质条件的文字描述和物探成像图片，还需给出反映地层岩性、岩层产状、节理裂隙、断层、岩溶、采空区分布、土石分界、岩层分界、地下水流向等地质信息，以及这些地质信息与隧道的空间位置关系，给出方便结构工程师结构设计的地质纵断面图、横断面图(包括洞口和洞身)，或通过满足工程设计和施工精度要求的三维、可视化手段展示这些关系，这对隧道设计工程师和施工工程师都有很大的帮助。尽管目前要做好这些工作是困难的，但地质工作是一切工作的基础，为工程服务，需要向这一目标努力。
3.3 认真解读地质勘察成果
结构工程师和施工工程师要认真解读地质勘察成果，熟悉工程所面临的地质环境，分析隧道围岩的各项指标。简单地了解围岩级别是不全面的，还应将地质信息的理解落实到工程结构设计和施工中，采用合理的支护手段和参数，采取相应的工程措施。
结束语：
隧道塌方是很复杂的工程现象，每一处塌方都有它特定的工程环境和自身的特点，存在一些不确定因素，给预防和处治带来很多困难。但按照我国现有技术力量和工程经验，绝大多数隧道塌方是可以避免的。把复杂的地质问题进行分析、归纳、总结，弄清楚施工中的难点、重点，找出可能发生塌方的地段、可能引发塌方的主要因素，预备好防止塌方和处理塌方的机具材料；采取科学、及时、有效的工程措施，采用正确的施工方法，坚持短进尺开挖、减少围岩扰动的控制爆破、及时有效地施作支护衬砌，把各个施工环节做好、做实，才是预防塌方的根本。
参考文献：
［1］蒋树屏．公路隧道工程品质与技术对策［J］．现代隧道技术，2017，54(4):1－12．
［2］李建平．谈公路隧道塌方的原因及预防与处理措施［J］．山西建筑，2012，38(36):181－182．
论文作者:卢宝美,谭朋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/15
标签：围岩论文; 隧道论文; 地质论文; 结构论文; 岩石论文; 条件论文; 稳定性论文; 《防护工程》2018年第36期论文;