公路工程隧道施工塌方治理技术运用
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【摘要】就目前来看，公路隧道工程呈现出建设规模大、地理环境复杂等特征。在公路隧道工程施工期间，经常会受到各类因素影响，出现塌方问题，导致施工安全难以得到根本上的保障。论文以某公路隧道工程为例，分析该工程塌方问题发生原因，结合工程具体施工要求，制订出专项可行的塌方治理方案，以期为相关工作人员提供指导。
1引言
公路隧道工程属于地下条状构筑物的一种，主要用于改善高程障碍、保障行车速度、提高地区整体交通运行能力。在公路隧道工程施工期间，往往会受到地质环境复杂、施工规范性不强、超前地质预报不及时、出现突发紧急状况等因素影响，导致公路隧道塌方问题经常发生，严重影响公路隧道施工安全，如没有采用适宜的塌方处理方式，会导致塌方问题进一步加剧，施工机械设备和人员将面临更大的安全隐患。
2公路隧道工程概况
本文以某地区一公路隧道工程为例，该公路隧道工程全长1080m，最大埋深为160m，隧道净高为7.8m。在公路隧道工程实际施工期间，受到了地质结构运动等因素影响，在隧道中部出现了断裂破碎带。通过收集施工现场实际调查资料，发现破碎带朝向砾岩断泥层推进，并与断裂带灰岩层存在相互溶蚀现象。在公路隧道工程具体设计过程中，选择了双台阶法作为隧道施工主要技术手段[1]。上下台阶开挖时的距离控制在50m以内。在即将开始超前小导管施工时，有施工人员发现隧道顶部岩体结构出现了垮塌问题，随之停止了施工，并紧急撤出施工现场。后期隧道顶部岩体结构垮塌问题进一步加剧，而它主要位于掌子面位置，可判断出隧道施工出现了中规模塌方事故。在此次事故中，超前小导管作用失效、附近钢拱架以及右拱腰部位置受损，但没有人员伤亡。通过分析实际事故调查结果发现，此次塌方问题的主要成因为缺乏系统的地质超前预报体系，没有及时做好不良地质体定位工作。通过细致分析工程实际地理结构特征，管理部门对塌方模式进行了准确判断，并设置小导管注浆、超前管棚支护加固相结合的处理手段。
3公路隧道工程塌方问题成因
3.1地质条件较为复杂
以某公路隧道工程为例，该隧道工程处于断裂影响带的充填岩熔体结构中，主要由黄褐色、红褐色等粉质黏土组成[2]。相较于普通地质结构而言，施工现场土体结构的含水量较大，承载力处于有待提升阶段，岩石结构的完整性较差。同时，在发生塌方事故前，施工现场经历了长期降水，雨水延断层结构下渗，最终导致隧道出现塌方事故。
3.2施工工序选择不当
公路隧道工程塌方问题的原因还与施工工序选择不当有关。就本案例而言，在施工中出现了小面积塌方问题后，施工单位没有及时对隧道掌子面的地质条件进行细致勘察，又向前掘进了2m，导致能够支撑溶洞的填充物破损，引发了规模更大的塌方事故。随后施工单位选择使用双层超前小导管注浆的方式对掌子面进行超前支护处理[3]。但由于没有细致测量溶洞的纵向深度及高度，小导管长度并没有穿透岩体到达稳定岩层，使隧道整体加固情况与预期目标存在一定差距。同时，塌方问题的原因还与施工单位没有探明溶洞范围有关。在地质薄弱地带强行施工，引发了后续的涌水塌方问题。在实际施工期间，混凝土的喷射厚度不够，也使得掌子面的表面支撑力较弱，在不良地质条件下，更易出现涌水塌方事故，在注浆过程中，选择的混凝土质量与设计标准存在一定的差异性，无法完全填充围岩结构裂缝。在开挖及爆破等荷载作用下，使塌方问题发生概率进一步提升，使工程施工安全管理工作的难度更高。
3.3没有做好超前地质预报以及勘察设计工作
在公路隧道工程出现了塌方问题后，管理部门对施工前准备工作的完成情况进行了细致调查，结果发现超前预报人员仅提出掌子面所处地带的不稳定因素多，可能遇到不良地质条件，并没有给出关于地质环境的详细信息以及溶洞范围。设计方提供的勘察设计图纸没有标记出大型溶洞地段。虽然图纸中提出了对溶洞等地质条件的处治方案，但是选择的特殊衬砌技术，无法从根本上解决涌水塌方问题。
3.4监控测量结果不精准
由于没有加强隧道工程施工全过程的监控测量管理力度，所获得的监控测量数据与实际要求不符，难以为后期隧道支护、开挖工作提供重要的理论依据。
4公路隧道工程塌方问题治理原则
为确保存在于公路隧道工程的塌方安全事故能够得到及时专项治理，还需要在制订治理方案过程中，坚守安全第一、预防为主原则，确保制订出的治理方案不会留下较大安全隐患。在塌方问题处理后，需要结合施工现场具体要求进行加固处理，防止塌方范围进一步扩大[5]。通过细致分析引发塌方问题的原因，制订出专项治理方案，做好施工人员技术交底工作，使工程施工期间的安全性能够从根本上得到保障。具体来说，公路隧道工程塌方问题治理原则主要体现在以下几个方面：1）分析公路隧道工程塌方问题发生的原因，分析塌方问题影响的范围。对塌方位置进行定位，评估塌方问题对工程可能造成的经济影响。2）注重研究公路隧道工程塌方问题的主要治理方案，针对塌方区域以及塌方周边地质环境特征，对治理方案进行不断优化。3）对塌方治理效果进行细致分析，采用合理措施加强裂缝问题处理效果，有效规避衬砌变形情况出现。
5公路隧道工程塌方问题治理流程
5.1塌方问题应急处理
要求在公路隧道工程塌方问题发生后，应当立即启动应急处理对策，避免塌方问题进一步扩大。在应急处理过程中，需要将规格适宜的钢筋网与混凝土密封在塌方结构表面，并在塌方底部填注渣土，进行压实处理。在塌方结构恢复自稳能力后，应当采用梅花形布置注浆小导管的方式，配合使用注浆法对岩体结构进行加固处理。
5.2塌方问题治理流程
首先，利用钻探方式，探明隧道塌方填充体的实际规模、填充物状态等特征。其次，在隧道发生塌方问题的拱部设置环向间距为20cm的注浆管，要求注浆管道长度应当控制在4~6m[6]。对不同长度管道的角度进行控制。注浆浆液，应当为水泥与水玻璃双液浆。再次，在注浆加固后的强度满足实际设计要求的情况下，还需要在掌子面结构处设置双层钢拱架、注浆小导管、系统锚杆支护结构一体化加固体系。要求双层钢拱架的纵向距离应当为0.5m，注浆管应当采用长管与短管相结合的方式。最后，在公路隧道工程加工处理结束后，还需要采用三台阶预留核心土短掘进的方式。图1为三台阶开挖实例。在填充岩溶结构实际施工过程中，注重分析隧道支护结构外形特征与整体填充现状，配合使用更为先进的物探与数字钻孔摄影技术。在支护结构上部松散岩石层为6m以上时，可以配合使用水泥与水玻璃双液注浆方式，对岩土结构层进行加固处理，以便能够最大限度缓解上部塌方结构对隧道支护结构造成的不利影响。
5.3塌方治理管理机制
为确保防治结合的原则能够在公路隧道工程施工期间得到全面贯彻落实，需要加强塌方问题的管控力度，选择适宜的施工工序[7]。在工程施工准备工作中，需细致审核设计文件，对设计文件内容进行及时补充以及验证。在容易发生涌水塌方问题的地段，应当做好防护准备工作，尽量消除工程施工期间的各类不稳定因素。注重超前地质预报工作。由于工程处于地下水丰富地段，因此，可以配合使用先进的地质雷达预报手段，对地层进行超前地质钻孔，并得出含水带的规模、性质以及稳定性。配合使用短进尺、强支护等施工方式。将人工开挖与长臂挖掘机开挖工作结合在一起，避免过渡开挖对破碎带稳定性造成严重不利影响。在开挖后需要进行技术支护与封闭处理，针对围岩结构的变形情况，对支护方案的技术参数进行不断调整与优化，确保支护结构的强度及承载力保持在高水平以上。
5.4塌方治理效果评价
为确保使用的塌方治理技术能够有效解决公路隧道工程塌方问题，还需要对塌方治理后的效果进行专业评估。依照实际治理情况，将断面压力盒、混凝土应变计等设施安装在指定位置，并对经过塌方处理后的隧道周边收敛变形情况进行具体检测。将治理后隧道支护结构的作用状态作为塌方治理效果评价标准，确保加固结构能够在围岩不同变形发育阶段均能够起到良好的支撑作用。如发现塌方支护效果与实际预期目标不符，都需要细致分析其他环节存在的不足之处，对塌方支护方案进行进一步优化。
6公路隧道工程塌方问题治理关键技术
6.1加固隧道工程掌子面结构
为确保高速公路隧道工程掌子面结构稳固，实际承载力与预期目标相符，还需采用合理手段加固掌子面结构。确保混凝土层喷射厚度达10cm，对掌子面进行彻底的封闭处理。在掌子面附近架设临时的钢架支撑结构，要求临时钢架利用角撑支撑在围岩结构或者完工的拱架处。对掌子面地表进行砂浆封闭处理，及时对已经出现渗水问题的裂缝进行填补灌浆封闭，降低地下水的下渗程度。配合施工实际的超前支护手段，在支护结构稳定后才可以进行清渣作业，使易发生涌水塌方的地段更加稳固，切实保障后续施工安全。
6.2使用超前锚杆技术
细致分析公路隧道工程施工要求与施工特征，选择适宜的锚杆规格作为超前支护工具。要求锚杆环向间距为20cm，倾斜角度为10°。将锚杆从已经施工完成的加强地段施作，确保锚杆长度在前端的入岩长度为2m以上。在锚杆钻进过程中，需要对溶腔内部的泥土结构进行注浆加固处理。
6.3超前管棚以及加密钢架
本文案例中的隧道塌方事故影响范围较大，需要在溶腔破碎带处使用超前管棚注浆加固手段。要求大管棚需要采用无缝钢管结构，钢管的长度应当依照溶腔内部长度确定。钢管与钢管之间应间隔1m。在钢管节段处进行丝扣连接，在施工期间将管棚的外插角打入围岩结构内。在钢管钻进的过程中，需要避免杂物堵塞注浆孔。管棚施工完毕后，应对溶腔破碎岩处进行注浆加固处理。为确保隧道后续开挖环节能够安全可靠开展，应对初始设计方案进行变更优化，进一步提高初期支护结构的强度。
6.4地下水导排处理
在高速公路隧道工程掌子面开挖工作不断推进的情况下，相关工作人员需要依照钻孔勘察资料，在仰拱开挖完毕后，预埋排水管道，确保破碎带的水系结构不会受到明显破坏。在导排地下水的过程中，应当利用泵送混凝土等方式，将混凝土材料回填到空腔内部，使掌子面与初期支护结构的稳定性始终保持在施工标准范围之内。
7结语
总而言之，在公路隧道工程实际施工期间，需确保使用的管控方式能够切实满足施工安全要求，使塌方事故发生概率能够被控制在最小范围之内。就目前来看，公路隧道工程塌方问题治理工作在我国已积累了较为丰富的经验，但未从根本上提升塌方治理质量及效果，还需要细致分析公路隧道工程实际建设特征与建设要求，不断优化塌方问题治理方案，找寻出更加适宜的隧道塌方治理方式。
【参考文献】
【1】贾世杰.高原山区公路隧道塌方诱因及预防措施研究[J].居舍,2019(1):8-9.
【2】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,2019,15(2):117-119.
【3】杨圣明.公路工程隧道施工塌方治理技术的应用探讨[J].建筑技术开发,2020,47(10):121-122.
【4】钟乃龙.公路软岩隧道小型拱形塌方腔体稳定性及处治措施研究[D].西安:长安大学,2014.
【5】孙柏林,王升,徐学军,等.岩溶区隧道充填型溶洞的塌方处治优化研究[J].公路工程,2015,40(5):187-192.
【6】陈鹏.高速公路软弱围岩隧道塌方处理施工技术研究[J].黑龙江交通科技,2021,44(3):235.
【7】杜伟.震裂岩体公路隧道稳定性分析及处治措施研究[D].成都:西南交通大学,2012.
作者:王军 单位:青岛交建集团有限公司