探討高速公路隧道坍方救生方案及處治措施

郭 霞

摘要：文章主要介紹坍方搶險方案，其指導(dǎo)思想是以最快的速度，在最短的時間內(nèi)鉆救生孔和開挖救生洞救被困人員；文章闡述了處治坍方的措施和方法，根據(jù)多年工作經(jīng)驗。提出了一些預(yù)防坍方的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

關(guān)鍵詞：高速公路；隧道；坍方；處治

中圖分類號：U458.3文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1000-8136(2009)35-0051-03

不同的隧道地質(zhì)情況差異較大，因此施工前制定切實可行的施工方案、施工方法和安全技術(shù)措施，對施工人員要進行必要的隧道施工安全知識培訓(xùn)，使其了解隧道地質(zhì)特征及地質(zhì)危害，掌握施工安全注意事項，提高作業(yè)人員安全意識，同時增強現(xiàn)場管理人員對危及施工安全隱患的敏銳洞察力，掌握有效的應(yīng)急處理措施，并建立健全后勤保障體系、對確保隧道的安全施工極其重要。

由于隧道施工確實存在一些不可預(yù)見的地質(zhì)危害，如施工中可能出現(xiàn)坍塌、冒頂片幫等突發(fā)事故，為避免突發(fā)事故危及人身及機械設(shè)備安全，施工過程中必須嚴(yán)格按照隧道施工安全作業(yè)，加強監(jiān)控量測手段以指導(dǎo)施工生產(chǎn)，重點觀察作業(yè)面圍巖變化和初期支護變異情況。當(dāng)量測數(shù)據(jù)有突變或異變；洞內(nèi)或地面出現(xiàn)裂縫時；當(dāng)開挖鉆進過程中發(fā)現(xiàn)流砂、流泥；鉆孔內(nèi)或裂隙內(nèi)有大量涌水時；當(dāng)作業(yè)面有持續(xù)小坍塌發(fā)生時；當(dāng)支護噴層有異常裂縫變異時。當(dāng)出現(xiàn)以上任一條不正常情況，均要立即停止施工，采取有效措施，情況緊急時，要立即撤走作業(yè)人員和機械設(shè)備，并立即報告施工負責(zé)人，會同相關(guān)部門制定出有效的安全措施，并立即組織實施，以防止坍塌事故發(fā)生。

現(xiàn)實施工中類似的事故還是不可避免地發(fā)生了，現(xiàn)就下述實例闡述某高速公路隧道坍方后現(xiàn)場搶險的緊急方案和相關(guān)處治措施。

1隧道概況

實際施工有遇某高速公路隧道為分離式雙洞隧道，其中左線隧道長：2516m，右線隧道長：2510m，雙車道單向行車。右線隧道出口段圍巖為弱風(fēng)比－微風(fēng)比花崗巖，節(jié)理比較發(fā)育，鉆探所取巖芯以長柱狀為主，局部為短柱狀，呈塊(石)碎(石)鑲嵌結(jié)構(gòu)。設(shè)計為Ⅲ級圍巖；右線隧道中間段為微風(fēng)比－新鮮花崗巖，結(jié)理稍發(fā)育，巖芯以長柱狀為主，呈大塊狀砂體結(jié)構(gòu)，設(shè)計為Ⅱ級圍巖。

2某隧道坍方情況

由于初期支護遭到破壞，隧道發(fā)生坍方。坍方段距開挖面(掌子面)70多m，十多名施工人員正在掌子面施工被困。坍方體長約20m(采用地質(zhì)雷達探測)，初支拱部基本破壞，邊墻殘留少許，鋼格柵亦被拉斷。坍方體主要為大塊及巨型塊石，巖石粒徑分布不均，堆積體中含有較多的全強風(fēng)化粉土夾碎石物質(zhì)。坍方體封閉了整個掌子面，經(jīng)過清渣發(fā)現(xiàn)坍方頂部為一錐形空腔，高約8m。隨著時間的推移，坍方地段一直有不間斷的掉塊，最后形成一個上大下小的空腔。

3坍方原因分析

3.1地質(zhì)條件

原設(shè)計為V類圍巖(相當(dāng)現(xiàn)行規(guī)范的Ⅱ級圍巖)，掌子面巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，隧道拱部被三組節(jié)理和一豎向巖脈切割成錐體鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙內(nèi)充填角礫巖及花崗巖全、強風(fēng)化物；巖脈呈灰綠色，質(zhì)軟，并含地下水。經(jīng)研究決定，圍巖由V類變更為Ⅲ類(相當(dāng)現(xiàn)行規(guī)范的Ⅳ級圍巖)，施工過程對上小下大的錐體穩(wěn)定性進行了擾動，造成了錐體下沉的趨勢。

3.2左線隧道施工爆破震動對右線隧道形成二次擾動

左線隧道圍巖比較好(V類圍巖)，當(dāng)開挖到與右線坍方段對應(yīng)的地段時采用全斷面開挖，爆破震動力較大，造成本以擾動的巖體又一次得到擾動，使上小下大的錐體發(fā)生下沉。雖然右線洞身施作了初期支護，暫時控制了圍巖的變形，由于拱部圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，又有一條軟弱的巖脈，節(jié)理面內(nèi)存在角礫巖及風(fēng)化巖塊，錐形塊體間的膠結(jié)很差，經(jīng)過再次震動擾動，當(dāng)松散體發(fā)生的松動壓力達到足夠大時，應(yīng)力突然釋放作用于初期支護上，由于瞬間應(yīng)力變化較大，初期支護受力不均，導(dǎo)致初期支護局部承載能力抗剪能力不足，造成剪切破壞，而發(fā)生坍方。

4搶險措施

4.1先行救生孔，向被困人員送水及食物

坍方發(fā)生后，首先用地質(zhì)雷達探測坍體范圍，由于對坍方形狀及其發(fā)展不清楚，所以不宜從正面清除坍體，而且時間不能太長，救人是當(dāng)務(wù)之急，因決定參與鉆機從左洞向右洞打孔，計算為49m長，兩臺鉆機不停地鉆探直至鉆通。

4.2救生導(dǎo)洞

救生孔只能送水和食物，臨時解決被困人員的生活問題。必須設(shè)法打救生導(dǎo)洞把人員救出。導(dǎo)洞孔徑為寬2.5m，高2.2m，能容納小型鏟車出渣，是開挖速度最快的方案。導(dǎo)洞大可采用大機械施工，但時間長、導(dǎo)洞小，只能用人工開挖，時間慢，所以根據(jù)小型鏟車尺寸，又能盡快打通救生洞，才確定上述導(dǎo)洞孔徑。

4.3從坍方體正面打洞救人與左洞救援同時進行

上述方案是從左洞向右洞打?qū)Ф淳热?，這種方案是比較穩(wěn)妥安全的最佳方案。但根據(jù)坍方的實際情況，必須排除從坍方正面打洞救人。如果從左洞向右洞開挖救生洞，預(yù)計得3天時間，當(dāng)時對坍方處觀察，從發(fā)生坍方至次日下午，未繼續(xù)發(fā)生掉塊現(xiàn)象，搶險小組組織專家及有關(guān)人員分析，坍方頂空腔暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此想從正面突破，原因①坍方暫時穩(wěn)定，②坍方不長(15m左右)。正面救援方案是：一側(cè)打一救援孔，先行送水和食物，另一側(cè)打一側(cè)壁導(dǎo)坑救人見圖1。

正面突破坍方體，必須先清除坍方表層大塊危石，并及時噴射混凝土封閉坍體。在清除危石過程中看到拱頂露出空洞，經(jīng)對被困人員喊話，了解到對面坍體坡面處于暫時穩(wěn)定狀況，由于被困人員救生欲望強烈，斷然從空洞爬出來，12名被困人員全部安全獲救。

為什么開始時不從正面搶救呢?根據(jù)以往經(jīng)驗，從正面清渣救人，曾發(fā)生第二次大坍方，傷亡更慘重。原因是坍方初期坍方處于臨時穩(wěn)定狀態(tài)，一經(jīng)清除坍渣，破壞了坍體的穩(wěn)定，坍體下滑，失去臨時支撐的松動的圍巖會繼續(xù)坍塌，這是最危險的舉措，不宜推廣。常規(guī)方法是在最短的時間內(nèi)先打救生孔，通過救生孔送水和食物以維持被困人員的生命，再開挖救生洞救人，這是比較安全可靠的搶救措施。

5坍方地段的處治

5.1方案一：大管棚注漿超前支護方案

大管棚注漿超前支護方案，主要是采用大管棚從拱部穿過坍體，并嵌入前方穩(wěn)定的圍巖內(nèi)5m深，形成超前支護的棚架，在其護頂下對坍體進行清除見圖2，其步驟如下：

(1)首先加固未坍方且被坍方過程牽動受到損壞的初期支護地段，防止坍方范圍擴大，使其充分穩(wěn)定后再對坍體處治。加固方法可采用1206工字鋼鋼架，臨時加固被損壞的初期支護，間距與原初期支護鋼架相同。并噴射混凝土，待強度達到設(shè)計值時方可處治坍方，以解除后顧之憂。

(2)施作大管棚前，對坍方體進行加固，對坍體表面噴射C20混凝土20cm，全面封閉坍體，然后采用φ42長5cm的小鋼管向坍體內(nèi)注漿，以是防止坍體下滑，二是起止?jié){墻的作用。

(3)施作大管棚工作平臺，采用φ108×6mm無縫鋼花管從拱頂部穿過坍體，并嵌入穩(wěn)定的基巖5m深，注水泥一水玻璃雙液漿，固結(jié)坍體，形成支護棚架。

(4)待大管棚支護注漿固結(jié)穩(wěn)定后，在其支護下采用CD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法清除坍體。開挖采用短進尺，少擾動、勤量測、棗封閉的原則進行。如果坍體加周后比較穩(wěn)定，就采用CD法施工。

(5)初期支護參數(shù)：采用1206工字鋼鋼架，間距50cm，噴射混凝土28cm，二次襯砌采用80cm厚(225鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。施作初期支護時每次只能安裝一榀，每開挖一個循環(huán)對開挖面都進行噴射混凝土進行封閉，同時向坍體注漿加固，以策安全。

(6)初期支護施作完畢后。在拱頂預(yù)埋φ150的鋼管，向坍穴內(nèi)灌注混凝土或砂漿，最少3m厚，形成—個護拱，起緩沖作用。

5.2方案二：向塌穴內(nèi)直接回灌混凝土護拱方案

坍方初期。頂部形成上小下大的空穴，經(jīng)過1個多月的觀察，頂部一直存在不間斷的掉塊現(xiàn)象，時有3m～4m的巨石塊掉下。根據(jù)巖體節(jié)理呈狀分析，初期下部錐體固開挖失穩(wěn)先行掉下，上部倒錐體失去支撐后而繼續(xù)發(fā)生坍塌。坍方體頂部有數(shù)塊巨石，整個坍方體為巨石、塊石、碎石夾土結(jié)構(gòu)，最后坍穴形成上大下小的形狀，這對施作護拱創(chuàng)造了邊界條件，即拱腳有了落腳之臺階。因就聯(lián)想到比較安全的對坍穴灌注混凝土護拱的方案見圖3，其步驟如下：

(1)先加固未坍方地段的初期支護，(同一方案)，而后對坍穴壁錨噴網(wǎng)進行封閉。經(jīng)查坍體頂高出拱頂4m多，清除塊石，平整坍體，封閉坍體固邊圉巖體之間的空隙，以防混凝土流失，而后鋪設(shè)φ22鋼筋網(wǎng)，間距30cm，以增強混凝土的受力度。

(2)對坍方體的加固，現(xiàn)在坡面噴射混凝土，再采用φ42鋼花管對坍體注漿加固。在坍方體頂部作了一止?jié){墻，并施作φ150的鋼管伸入坍穴內(nèi)，高出坍體頂4m左右。通過φ150鋼管分層分次向坍穴內(nèi)泵送混凝土，厚度達4m為宜。泵送順序由遠而近，厚度以相鄰預(yù)埋泵送管溢出混凝土為準(zhǔn)兒停止該管原人混凝土，并及時堵塞管口，再從下一根預(yù)埋管灌注混凝土，一直灌人混凝土厚度達到4m以上為止。使坍體頂部形成一個混凝土護拱。

(3)對坍方體的清除同第一方案。經(jīng)對兩個方案的比較，一方案工序多、工期長、造價高，而且存在不安全因素，即一旦有巨石坍塌，大管棚難以承受較大沖擊，有破壞的可能性，而第二方案施工簡單、安全、造價低，所以選擇二方案為處治方案。在實施泵送混凝土回填坍穴方案過程，比較順利，圓滿地處治了這次坍方。

6經(jīng)驗與教訓(xùn)

(1)發(fā)生坍方概率較多的是地質(zhì)較差的斷層破碎帶及淺埋偏壓地段，因此對工程地質(zhì)及水文地質(zhì)應(yīng)調(diào)查清楚，并實施加強措施。勘查設(shè)計階段只是根據(jù)一些指導(dǎo)意見，所以在施工階段。必須采用措施對地質(zhì)條件查清，有效的方法是對洞內(nèi)應(yīng)進行地質(zhì)超前預(yù)測預(yù)報，如物探和鉆探等，探前方的地質(zhì)情況，進行分析判斷圍巖等級后指導(dǎo)施工和修改設(shè)計。以防突發(fā)性的坍方。

(2)加強監(jiān)控置測，監(jiān)控量測是新奧法施工的三大法寶之一，通過對圍巖和支護的變形、受力等的量測，提供信息指導(dǎo)施工和修改支護參數(shù)。尤其對初期支護的監(jiān)控量測更為重要，及時發(fā)現(xiàn)問題及時解決，以防初期支護的破壞導(dǎo)致坍方。

(3)對圍巖變化的判斷要準(zhǔn)確，支護力度要到位。廣東境內(nèi)靠椅山隧道、葵崗隧道及廣福隧道均是初期支護破壞發(fā)生大坍方。給我們的教訓(xùn)是。對圍巖變化地段一定調(diào)查清楚地段變化情況，全面分析其變化原因。擬定強有力的支護措施。對斷層帶的處理。一定先注漿加固圍巖，支護結(jié)構(gòu)寧愿保守，加大力度，估計能承受斷層帶不斷發(fā)生松動產(chǎn)生的焦點山體壓力；在施工過程應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范操作，遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的原則。嚴(yán)注漿一方面是對斷層帶注漿，二是初期支護施作后向其背后注漿充填空洞；早封閉是在短開挖的前提下及時完成拱、墻基仰拱部為的初期支護，早成環(huán)形城封閉的體系；并盡快施作二次襯砌，這樣能避免坍方的發(fā)生。

7結(jié)束語

公路隧道工程數(shù)量的增加和建設(shè)速度的加快，加之公路隧道的突出特點(如斷面大、形狀扁平、運營通風(fēng)、運營照明、防水要求高等)，公路隧道不同程度不可避免的質(zhì)量問題相繼發(fā)生，因此在處理質(zhì)量問題時緊急采用可行有效的救生方案和處理措施就極為關(guān)鍵，尤其對施工人員人身安全的保障就更顯重要。上述隧道坍方后現(xiàn)場搶險的緊急方案和相關(guān)處治措施。