隧道塌方預(yù)測與防治措施

孔祥一

（承德市承秦高速公路管理處，河北 承德 067000）

1 工程概況

連霍國道主干線（GZ45）寶（雞）天（水）高速公路牛背至天水段是連云港至霍爾果斯國道主干線（GZ45）在甘肅境內(nèi)的重要路段，燕子關(guān)隧道上行2 220 m，下行2 205 m。該隧道工程除了單口掘進(jìn)特長外，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，施工中可能遇到的主要風(fēng)險有隧道內(nèi)巖爆炸、隧道內(nèi)斷層破碎帶、涌水、塌方等，本文主要分析隧道塌方。

2 隧道塌方的監(jiān)測與預(yù)報技術(shù)

隧道塌方是有預(yù)兆的，是可以防止的。所以，對易塌方地段應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和預(yù)報工作。引起塌方的主要不良地質(zhì)有斷層破碎帶、巖溶陷落柱。燕子關(guān)隧道洞身要通過SK71＋000～SK71＋290、XK70＋953～XK71＋248兩處斷層破碎帶，其巖性主要由斷泥層和構(gòu)造角礫巖組成，膠結(jié)性極差，巖石破碎，完整性差，局部含水，成洞性較差，易產(chǎn)生掉塊和坍塌以及大變形。

2.1 斷層破碎帶塌方的可能性判斷

斷層破碎帶塌方的判斷，主要包括斷層破碎帶塌方影響因素的正確分析和塌方即將發(fā)生前兆的及早發(fā)現(xiàn)。

2.1.1 影響斷層破碎帶塌方的地質(zhì)因素

主要有斷層上下盤巖性和巖石力學(xué)性質(zhì)、斷層的力學(xué)性質(zhì)、斷層復(fù)合與復(fù)合特征、斷層破碎帶厚度、斷層破碎帶物質(zhì)組成和固結(jié)程度、斷層破碎帶的圍巖結(jié)構(gòu)、斷層破碎帶的產(chǎn)狀及其與隧道隧洞的空間關(guān)系和地下水、地應(yīng)力影響八個方面。

2.1.2 塌方即將發(fā)生的前兆

大規(guī)模塌方的發(fā)生前兆主要有：頂板巖石開裂，裂縫旁有巖粉噴出或洞內(nèi)無故塵土飛揚(yáng)；支撐拱架變形或發(fā)生聲響；拱頂巖石掉塊或裂縫逐漸擴(kuò)大；干燥圍巖突然涌水等。發(fā)現(xiàn)上述征兆時，應(yīng)立即采取緊急處理措施。

2.2 隧道監(jiān)控量測和地質(zhì)預(yù)報

監(jiān)控量測是新奧法原理的重要組成部分，是隧道施工中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，是判定圍巖穩(wěn)定狀況、選擇支護(hù)時機(jī)以及評價支護(hù)效果的主要依據(jù)。本標(biāo)段隧道設(shè)計(jì)要求按《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042－94）的有關(guān)規(guī)定實(shí)施監(jiān)控量測，結(jié)合隧道具體的圍巖條件、支護(hù)類型和參數(shù)、施工方法及量測目的編制詳細(xì)的量測計(jì)劃。成立專門的量測小組實(shí)施量測計(jì)劃，及時反饋信息，通過量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，選擇二次襯砌的施作時機(jī)，同時也是作為變更圍巖類別、調(diào)整支護(hù)參數(shù)的重要依據(jù)。

監(jiān)控量測的項(xiàng)目、方法和頻率及測點(diǎn)布置嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙和有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行。除必測項(xiàng)目外，還應(yīng)備齊選測項(xiàng)目所用儀器、設(shè)備等，當(dāng)監(jiān)測工程師及設(shè)計(jì)代表認(rèn)為有必要時，立即實(shí)施選測項(xiàng)目。

本合同段圍巖條件較差，在施工過程中需加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報，利用超前地質(zhì)預(yù)報手段，探明開挖前方圍巖特性、軟弱地層段、斷層破碎帶等情況，根據(jù)得出的結(jié)果、信息反饋，為正確的選擇施工方法等提供依據(jù)，指導(dǎo)施工。超前地質(zhì)預(yù)報方法有工程地質(zhì)法、物探法和超前水平勘測法等，對斷層的地質(zhì)超前預(yù)報主要采用 TSP203 型地質(zhì)探測儀進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報，以準(zhǔn)確掌握前方斷層破碎帶的詳細(xì)情況以及圍巖節(jié)理裂隙、破碎的發(fā)育程度。

3 隧道塌方的防治措施

隧道在施工中，一旦發(fā)生塌方，將對施工工期、工程造價、工程質(zhì)量、施工安全產(chǎn)生難以預(yù)料的影響。故在已知工程地質(zhì)條件下，施工組織設(shè)計(jì)，采用的施工方案均以確保工程體的整體安全為出發(fā)點(diǎn)，對于不良工程地質(zhì)地段的施工方案及方法，貫徹預(yù)防為主、查明情況、處理及時、措施穩(wěn)妥的原則有效地預(yù)防和處理塌方，維護(hù)施工順利進(jìn)行。

3.1 預(yù)防施工塌方的措施

實(shí)施施工全過程的工程地質(zhì)超前預(yù)報工作，通過工程超前預(yù)報，提前預(yù)測，發(fā)現(xiàn)前方不良工程地質(zhì)狀況，及時制定施工方案，呈報業(yè)主、監(jiān)理工程師審批，確保施工方案的正確可行。

全過程、全方位進(jìn)行圍巖量測。對已施工地段圍巖及支護(hù)狀況的安全、穩(wěn)定作出定性、定量分析，反饋指導(dǎo)于施工。為維護(hù)圍巖深層穩(wěn)定，必要時建議增加預(yù)應(yīng)力錨索，確保已開挖地段的工程地質(zhì)體的穩(wěn)定。

嚴(yán)格實(shí)施光面爆破施工技術(shù)，確保開挖周邊輪廓的平整及順直，并嚴(yán)格控制初期支護(hù)的施工質(zhì)量，確保初期支護(hù)及時可靠，嚴(yán)格執(zhí)行掘進(jìn)爆破后及時噴射混凝土封閉開挖面的規(guī)定，使圍巖與初支護(hù)及時組成一個承載體系，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力。

3.2 處理塌方的措施

施工中，萬一發(fā)生了隧道塌方，將采取下述措施進(jìn)行處理：

（1）及時撤出人員及設(shè)備，確保施工設(shè)備及人員的安全，派出現(xiàn)場安全監(jiān)察哨。組成以項(xiàng)目總工為組長、以安全檢察長、隧道工程師、施工隊(duì)長、施工技術(shù)員為組員的搶塌方領(lǐng)導(dǎo)小組，全面分析產(chǎn)生塌方的原因及所影響的范圍，制定處理塌方的方案，并及時向監(jiān)理工程師和業(yè)主呈報審批。

（2）根據(jù)已制定的方案進(jìn)行塌方處理，首先是加固未塌方地段，防止塌方地段的延伸。如為小量巖體沿節(jié)理面下滑形成的塌方，圍巖整體較穩(wěn)定，則及時清理塌方，對塌方處埋設(shè)中空預(yù)應(yīng)力錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)；如為大塌方，已形成隧道堵塞，則應(yīng)先對塌體進(jìn)行注漿固結(jié)，然后用大導(dǎo)管或大管棚進(jìn)行超前支護(hù)，通過時增加預(yù)應(yīng)力錨桿及鋼支撐、網(wǎng)噴混凝土，并及早進(jìn)行該段的被覆，被覆時預(yù)留混凝土泵送口及注漿口，以便對塌穴用同級混凝土回填，確保工程安全。具體步驟如下：

1）先加固坍方附近未坍塌的部分，采用噴錨支護(hù)和小管棚（φ＝60 mm～80 mm的鋼花管）對未坍塌的邊墻及拱部進(jìn)行加固，以防止坍方的進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大。

2）利用坍方發(fā)生后圍巖處于相對的暫穩(wěn)定狀態(tài)，抓緊時間沿坍塌面設(shè)外層初期支護(hù)，其支護(hù)參數(shù)：

錨桿：L＝3.5 m～4.5 m，φ＝22 mm，間距1.0 m×l.0 m～1.5 m×1.5 m。

鋼筋網(wǎng)：采用φ8或φ12的鋼筋，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。

噴射混凝土：分兩層，第一層5.0 cm～8.0 cm，然后施作錨桿和掛網(wǎng)，再復(fù)噴第二層10.0 cm～15.0 cm。

3）因坍腔的橫斷面矢跨比H/B＝1.8～2.8＞0.7，故不設(shè)（也難以設(shè)）內(nèi)層初期支護(hù)，但在坍腔內(nèi)需設(shè)置橫向和豎向的支撐桿件：采用 7.5#角鋼橫向和豎向支撐兩側(cè)及頂部的坍塌面，豎向間距8.0 m～10.0 m，縱向間距2.0 m～2.5 m。角鋼的兩端與錨桿頭進(jìn)行焊接。

4）清碴：從洞口向里逐步清碴，同時逐步進(jìn)行二次襯砌。

5）待二次襯砌完成之后，設(shè)置防水層，預(yù)埋注漿孔。

6）施作1.0 m厚的混凝土護(hù)拱。

7）設(shè)土石緩沖層，厚度1.2 m～1.5 m。

8）襯砌背后注漿（即填充注漿）。

4 結(jié)束語

隧道施工中應(yīng)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺，弱爆破，緊支護(hù)，勤量測”的指導(dǎo)方針，根據(jù)隧道坍塌征兆、監(jiān)測成果采取必要的措施防止發(fā)生坍塌，在發(fā)生塌方后并根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的處理措施盡量減少損傷。