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摘要：公路工程是保证城市发展的基础交通设施，截至2018年我国公路已建成485万公里，其中高速公路14万公里，居世界第一。2019年全国在建高速公路项目共计32条，累计3424公里，投资额达2500亿人民币。隧道工程是公路建设中的重、难点控制工程。由于自然环境和工程地质情况复杂，在施工中处理措施不当，极易造成施工坍塌，给施工人员的生命安全带来隐患，同时也给施工企业带来重大经济损失。
关键词：公路工程，隧道施工，坍塌成因，处理措施，治理方案
随着我国高速公路的技术发展，隧道工程施工技术日益成熟，但是在施工过程中，隧道发生坍塌的情况还是存在的，如果施工措施处理不当，有的还会造成二次坍塌。在坍塌过程中发生人员伤亡事故，造成的伤害往往是不可逆的，也会给参建人员的家人造成严重的心理创伤。本文就施工中发生隧道坍塌的成因、预防措施及技术处理措施进行阐述。
一、公路工程中隧道施工坍塌的成因
（一）不良的隧道施工地质条件
隧道工程一般都是在地形狭窄，山形陡峭，地质复杂的地段修建。隧道进出口地段岩质较差，风化严重，埋深较小；洞内围岩级别变化较多；多数隧道需要爆破作业，造成隧道施工过程控制的复杂性和综合性。
隧道穿过薄层岩体、堆积体、断裂带等不利于隧道施工的地质[1]，岩层软弱不均，地下水腐蚀、浸泡、溶解围岩，当公路隧道穿过这些不良的地质后，就会导致地质结构内部的应力释放，从而导致隧道工程坍塌的形成[2]。
（二）水文因素
水文因素的影响仅包括地下水和地表水。由于开挖对围岩产生较大的冲击力，围岩变形较大，导致孔隙水的压力增加，当围岩的承载力逐渐下降后，地下水就会从围岩孔隙流出，破坏岩体组织，从而诱发公路工程中隧道施工坍塌的产生[3]。地表水渗入地裂带及裂隙后形成滑面，内力挤压造成支护结构变形，也易形成坍塌。
（三）隧道施工过程控制不严格
公路隧道一般都是采用新奥法施工。随着隧道的开挖及围岩的变化，施工质量控制不严格，开挖、初期支护、二次衬砌、超前锚杆、挂网、喷射砼、钢支撑的安设、仰拱施做、防水材料的安设、钢筋绑扎和安放、砼浇筑等每一个工序施工质量，甚至施工过程中各工序施工步距控制不严，开挖后不及时跟进支护、施作仰拱、二次衬砌，不及时封闭成环，都会导致围岩暴露时间过程，岩体失稳，成为塌方诱因，形成坍塌。
（四）技术措施落实不到位
在施工前编制的实施性施组和指导性文件不能得到贯彻落实。一是人员认识不到位，不能正确辨识坍塌风险因素，对施工中存在的坍塌风险不能提前预警；超前地质预报和监控量测不能有效指导施工；二是技术措施落实不到位，不能及时根据围岩变化情况调整工艺参数。爆破作业装药量过大，使围岩受到过分扰动，不能收敛自稳。清理危石片帮作业方法不当，带动附近石块松动，都会造成隧道坍塌。三是参建人员不严格按照技术交底作业，比如施工锚杆长度不足，锁脚锚杆根数或者部位不准确，注浆小导管压浆不满，角度不准确，搭接长度不足，锚杆与钢拱架未联结，钢筋网片未与锚杆连接，未紧贴初喷砼面，钢拱架与初期支护不密贴，底角悬空或未落在坚硬的基础上，超挖回填措施不当等都易造成坍塌事故。
二、预防公路工程中隧道施工坍塌的措施
（一）做好进洞前的准备工作
施工前，先组织企业内部有经验的技术人员和施工人员实地踏勘，了解隧道施工范围内山体、地形地表、水文体系（包括地表水和地下水）、近几年气象条件及雨水分布情况，为隧道的施工创造良好的条件。
做好洞口边坡防护及加固。洞口上方根据设计方案和洞口地质情况采取不同的加固方式，一般为超前管棚或超前小导管、锚杆、挂网喷浆相结合的方式。
（二）保证隧道施工方案的合理性，严格落实施工方案
有针对性的编制实施性施工组织设计，能从根本上杜绝或减少隧道施工坍塌的形成，有效地提升隧道施工的效率，控制施工质量，提高隧道施工人员的生命安全保障。
施工中坚持：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针。项目施工前应该根据设计图纸和施工技术要求，针对不同级别的围岩制定实施性施工组织设计，明确隧道进洞、出洞方案、洞身开挖、初期支护、二次衬砌、防排水施工措施。施工组织设计要报公司审核批准，专项爆破方案组织专家论证。技术人员在施工中要严格按照批准的施工组织设计和爆破专项方案指导施工，如发现不符之处，及时和项目总工沟通。隧道施工过程中，要安排专人对隧道开挖洞顶地表、掌子面围岩变化、初期支护、步距控制情况进行检查，设置监控量测点定期进行监控量测。一旦发生围岩或支护发生变形的情况，要及时上报并采取处理措施，保证隧道施工的顺利实施。
隧道工程一般施工顺序：开工前施工准备→进口（出口）洞口开挖、截水沟和边仰坡施工→隧道进口（出口）管棚施工→洞身开挖、支护→仰拱→二次衬砌→隧道贯通→路面等结构物施工。
在进行隧道挖掘的过程中，要尽量控制超欠挖，拱脚、墙角以上1m范围内严禁欠挖，开挖一般要根据监控量测结果预留变形量，超挖部分要回填密实。要根据围岩情况，采取不同的施工步距，确保隧道施工安全。一般规定：初期支护的开挖、支护、喷护三个环节必须紧跟。仰拱距开挖面距离：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级围岩不得大于90m，Ⅳ级围岩不得大于50m，Ⅴ级围岩不得大于40m，Ⅵ级围岩不得大于30m。二次衬砌的施工时间须在围岩和锚喷支护变形基本稳定后及时进行，且距离开挖面不得大于100m，Ⅳ级围岩以上地段二衬距掌子面距离不得大于90m或者设计规定。洞口地段和洞内水平坑道和辅助坑道的连接处，应加强支护或及早进行永久衬砌。
（三）落实好隧道防排水措施
对可能会受到隧道开挖影响的地表水与地下水进行疏导或加固，增加围岩的稳定性，减少水文因素对公路隧道施工的影响[ ]。主要原则“防、排、截、堵”相结合，因地制宜，综合治理。隧道进洞以前，先施作洞口上方的截水沟，防止地表水冲刷洞口，再进行边仰坡处理，注意在施工过程中尽量不要破坏洞口的原地形地貌、绿植，按照设计方案组织施工，刷坡的坡度和范围要符合设计要求；当刷坡不能与原地貌有效结合后，要及时通知业主、监理单位、设计单位进行现场查勘，必要时进行变更设计。
洞内开挖后先施作两侧临时排水沟，针对围岩孔隙水，水流较大时采取集中打眼刻槽的方式用半圆管引水至临时排水沟内，以结构自防水为根本，附加以防水层组成防水体系，以沉降缝、施工缝、砼浇筑部位为控制重点，在这些部位设置止水带，二衬前挂好防水板，施工时注意不能划伤防水板，尤其注意检查射钉部位的垫片有无放进去，热熔焊接接缝气密试验是否合格。
（四）做好施工技术交底和安全技术交底工作
按照分部分项工程划分进行施工技术交底，详细交底每个作业工序的主要施工方法，质量控制标准；安全技术交底要根据施工部位交底安全注意事项，安全风险辨识及控制措施。交底人员要给每个作业人员交代清楚，双方签字。
（五）严格隧道监控量测，以实际数据指导隧道施工
长、大隧道必须采取长、中、短距离相结合的综合物探技术进行超期地质预报，不良地质隧道必须进行监控量测，监控量测主要针对埋置深度较浅、松散不稳定的土层和软弱破碎岩层施工面，量测数据及时进行回归分析。当发现量测数据有不正常变化或突变，洞内收敛变形、拱顶下沉或地表位移值大于允许位移值，洞内或地表出现裂缝以及喷层出现剥皮、掉块、异常裂缝时，必须组织人员撤离现场，封闭洞口，并及时上报。
（六）利用现代视频技术做好隧道安全施工的监控管理和安全隐患排查整治工作
隧道洞口安装电子管理系统或视频监控系统，并有人员定位系统。将进出洞人员数量、工种、时间、洞内分布位置及洞内各工序施工情况等信息反映在电子显示屏上，计算机系统将人员信息进行存储备查，施工全过程安排专（兼）职安全员进行过程监控。
三、公路工程中隧道施工坍塌的处理措施
所有坍塌事故发生后，应及时启动应急预案。首先确定坍塌体内有无作业人员，观察坍塌体稳定情况，防止二次坍塌。如有人员伤亡情况，及时采取措施抢救伤员。
一般隧道坍塌后的技术措施主要包括以下几个方面。
（一）体积较小的隧道坍塌处理措施
当隧道施工发生坍塌后，如果掌子面发生小体积的坍塌，先将掌子面松动的石块撬掉后再对坍塌部位进行初喷混凝土、打锚杆支护、挂网复喷浆的方式，观察坍塌体周围的围岩有无松动变形的现象，避免二次坍塌的产生。如果围岩有松动的现象，加强初期支护，对拱顶进行喷锚支护、架设钢架支撑（钢拱架或格栅钢架），在保证安全的情况下，然后再通过两端或者一端先上后下的方式进行坍塌的清理。
（二）体积较大的隧道坍塌处理措施
对于隧道坍塌体积较大，不能进入到坍塌范围进行支护与清理，可以采用长管棚注入水泥浆加固塌方体，对塌方体挂钢筋网（Φ8 20*20cm）喷浆，塌体空腔泵送C25砼分阶段填充，然后等坍塌体稳定后，再对其进行弱爆破。坚持“弱爆破短进尺”的原则，分三台阶开挖塌方体，防止二次坍塌事故。
超前小导管加固处理方法：可以采用φ42小导管,环向间距40cm，梅花形布置。钢管长度一般为3~5m，沿隧道纵向搭接长度大于1m。小导管打入后要及时注浆封堵。
小管棚加固处理方法：一般采用108mm钢管，环向间距40cm，注浆段长度依据坍塌地层条件、地下水状态和钻孔设备的工作能力确定，长度一般为10~15m。管棚沿隧道纵向搭接长度3m。注浆采用注浆泵分段注浆，注浆结束后及时清除管内浆液，并用C30水泥砂浆紧密填充，以增强管棚的刚度和强度。注浆工作完成后，对隧道内的围岩进行检查，待确保围岩的稳定及安全性后再进行塌方体的清理。
无论是小管棚还是超前小导管都必须与钢拱架（Ⅰ18或格栅钢架）配合使用，钢拱架一般沿隧道纵向80cm~100cm间距设置，设置时注意钢拱架拱脚必须落在坚硬的基底上。小管棚或者超前导管必须与钢拱架搭接焊牢固，连接成整体。
（三）坍塌冒顶段的处理措施
如果隧道出现坍塌冒顶事故，除了按照体积较大的隧道坍塌处理措施组织清理塌方体外，还要及时对洞外塌方体上方土体挂网喷浆、打设锚杆、注浆加固，待洞内二次衬砌完成后，再用原土夯填密实，恢复植被，必要时可在二衬外侧增加浆砌片石护拱后再填土恢复植被。在处理坍塌的同时，还要密切关注地下水的变化，当地下水升高不利于隧道的施工后，及时治理下水。地下水流入隧道后也要进行及时的排出，严格控制地表水的渗入，避免坍塌范围的扩大。
四、应用实例
南山隧道位于湖北省保康至宜昌高速公路襄阳段，是苗家沟大桥及分离立交桥的架梁通道，是一座分离式双洞隧道。起讫桩号左线ZK42+135～ZK43+384 (长度1249米)，右线为YK42+095～YK43+351 (长度1256米)，左右洞共长2505米，最大埋深约224.6m。
2012年12月5日晚上21：30分左右，作业人员在左洞出口掌子面里程ZK43+350处上台阶爆破作业后，发生坍塌冒顶事故。坍塌部位呈漏斗形，底部直径1.2~1.5m，顶部最宽处7m。设计资料显示，坍塌地段围岩为V级，埋深5m，围岩主要覆盖层为强、中风化页岩，裂隙发育，岩体极破碎~破碎，属于极软岩，遇水软化、强度降低，工程性质较差。洞口地段拱部及两侧壁欠稳定，雨季或强降雨时地下水出水状态为潮湿~点滴状，局部淋雨状。
采用处理方案：对洞外冒顶上方土体清理危石后，打锚杆、挂网喷浆、注浆φ42小导管，L=4.5m，间距40cm，梅花形布置，对山体加固。洞内先处理塌方体，对掌子面进行回填，在塌方段安全位置处，先喷射4cm砼封闭塌方体表面，放入钢筋网（Φ8 20×20cm单层）加固，复喷砼至25cm，预留φ108无缝钢管封闭掌子面，然后对塌方段泵送C25混凝土，分台阶进行堆积体注浆，待塌方段拱顶混凝土、堆积体注浆凝固后，分三台阶进行开挖、支护，采用弱爆破、短进尺的方法，进尺控制在0.5m。
该段复合加强衬砌段采用C20喷射砼+钢筋网（Φ8 20×20cm单层）+I00@50cm环向D25中空注浆锚杆，长L=3.5m，纵向间距为50×100cm，呈梅花形布置，隧道周边挂φ8钢筋网片，网格间距20cm×20cm。钢筋网片、锚杆与钢架（格栅钢架间距1m）联结完成后，再复喷C20混凝土至设计厚度27cm。
格栅钢架背后超过设计部分喷射C25砼回填，围岩收敛稳定后，及时进行二次衬砌施工。二衬上方人工夯实土回填密实，恢复植被。取得良好效果。
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ZK43+350冒顶塌方上方山体 左洞出口塌方段格栅钢架施工
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南山隧道左洞出口台阶法施工 南山隧道左洞出口二衬后效果
结束语：
在公路隧道工程的施工中，要采用新材料、新工艺、新技术、新设备，及时排除施工中的各种风险因素，从根本上杜绝公路隧道坍塌的可能性，保证隧道工程的施工质量，为施工人员的生命安全提供保障。
参考文献：
[1]王利峰.公路工程中隧道施工坍塌成因及处理措施[J].四川建材,2019,45（10）:105,107.
[2]杜岳.公路工程隧道施工坍塌治理技术应用探讨[J].工程技术研究,2019,4（18）:79-80.
[3]张孝宁. 公路工程隧道施工坍塌治理技术应用探讨[J]. 交通节能与环保,2019,15（02）:117-119.
[4]杜岳. 公路工程隧道施工坍塌治理技术应用探讨[J]. 工程技术研究,2019,4（18）:79-80.
[5]崔振国. 公路隧道坍塌的预防和处理[J]. 建材与装饰,2019（35）:248-249.