隧道坍塌冒頂事故的原因分析與施工預(yù)防措施

劉 臻

(貴州路橋集團(tuán)第三工程有限公司)

1 工程概況

1.1 工程簡介

百納隧道的進(jìn)口位于大方縣百納彝族鄉(xiāng)龍峰村長興組內(nèi)，出口位于大于村偏坡組，隧道里程:左線ZK1708+275～ZK1709+782，長 1 507 m;右線 YK1708+235～YK1709+765，長1 530 m。為分離式隧道。

1.2 工程地質(zhì)

隧道區(qū)屬低中山峰叢巖溶溝谷(洼地)地貌區(qū)，山體主要由二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)和棲霞組(P1q)中厚層～厚層狀中風(fēng)化含燧石灰?guī)r、灰?guī)r夾硅質(zhì)巖、粉砂巖構(gòu)成。地面標(biāo)高一般1 724.3～1 888.3 m，相對高差約 164.0 m。隧道區(qū)山巒起伏相連，局部地形陡峭，進(jìn)口段山勢較陡，自然坡度角在35°～40°，地形切割深度最大達(dá)到80 m，局部地段基巖出露;洞身段起伏較大，自然坡度在20°～30°，植被稀疏。出口段地形相對平緩，地表可見巖溶洼地，地表覆蓋粘土夾碎石，呈半巖半土狀，植被稀疏，地表水體發(fā)育。

2 隧道坍塌冒頂事故的原因分析

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

隧道所處位置的地質(zhì)構(gòu)造對施工具有重要影響，在隧道規(guī)劃施工當(dāng)中，必須進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘測，了解隧道施工區(qū)域及周邊地質(zhì)構(gòu)造，只有地質(zhì)構(gòu)造符合隧道工程的施工要求，方能進(jìn)行隧道施工。但是地質(zhì)構(gòu)造本身就是一項(xiàng)非常復(fù)雜的學(xué)科，在地質(zhì)勘測當(dāng)中不可能將施工區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造全面掌握，這是因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造在地表以下，在勘測過程中只能有一個(gè)大體的了解。如在百納隧道坍塌冒頂事故當(dāng)中，隧止區(qū)地層為單斜向地層，據(jù)物探測試反映:在K1708+590(YK1708+575)處出現(xiàn)縱波波速異常區(qū)，波速相對較低，物探推斷為斷層破碎帶所致，該處工程力學(xué)性質(zhì)稍差，裂隙和巖溶較發(fā)育，巖體的完整性和穩(wěn)定性較差。

2.2 地層發(fā)育

地層發(fā)育是地質(zhì)構(gòu)造的一個(gè)基本條件，地層發(fā)育對于隧道施工也有重要的影響，因此施工之前在隧道走向、施工方案等都要考慮到地層發(fā)育的影響。在百納隨帶施工當(dāng)中，隧道區(qū)內(nèi)地表水體不發(fā)育，地下水主要有第四系孔隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水等幾種類型。隧址區(qū)局部巖溶較為發(fā)育，多形成巖溶洼地、溶洞、落水洞、地下暗河，地下水埋深較大。由于垂直節(jié)理裂隙較發(fā)育，該處巖溶洼地可能貫穿至隧道洞身，施工開挖時(shí)易產(chǎn)生突水、突泥等現(xiàn)象。

2.3 流水侵蝕破壞

在隧道施工當(dāng)中不可表面的要受到流水作用的影響，冒頂處地表地形處于四周環(huán)山呈U字型的低洼處，無排水溝渠，該區(qū)域匯集的地表水只能往下滲透排出，冒頂位置覆蓋層極厚，表層為耕植土、粘土圍巖主要為中～微風(fēng)化含燧石灰?guī)r，設(shè)計(jì)上據(jù)物探推斷為斷層破碎帶，裂隙及巖溶發(fā)育，巖石完整性差，圍巖穩(wěn)定性差，開挖易產(chǎn)生坍塌、斷層破碎帶具有異水性，地下水主要為巖溶裂隙水及脈狀構(gòu)造裂隙水，有一定水量，有可能產(chǎn)生瞬時(shí)涌水。

2.4 設(shè)計(jì)施工不當(dāng)

在隧道方案論證和設(shè)計(jì)階段，雖然必須進(jìn)行地質(zhì)勘測，但是現(xiàn)有的勘測條件有限，而地質(zhì)構(gòu)造本身就是非常復(fù)雜，受到技術(shù)條件、隧道經(jīng)過區(qū)域客觀地質(zhì)條件等多方面因素的影響，在勘測的過程中一旦對區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、隧道圍巖狀況認(rèn)識不準(zhǔn)確，影響到設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性，將會對隧道施工留下巨大的安全隱患。此外，在施工當(dāng)中如果沒有嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行，或者施工機(jī)械作業(yè)不達(dá)標(biāo)，對巖層的破壞力超出了要求，或者在雨季或防護(hù)措施尚未建好的情況下組織施工，也會導(dǎo)致坍塌冒頂事故的發(fā)生。

3 隧道坍塌冒頂事故的預(yù)防措施

3.1 加強(qiáng)地質(zhì)勘測

在選線、施工方案設(shè)計(jì)之前，施工單位必須組織地質(zhì)勘測單位對規(guī)劃范圍內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的勘測，取得詳細(xì)的、科學(xué)的地質(zhì)勘測資料，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行選線和施工方案設(shè)計(jì)。在地質(zhì)勘測的過程中一方面可以通過其他工程資料了解該地的地質(zhì)災(zāi)害情況、地質(zhì)構(gòu)造情況，要重點(diǎn)做好地表坡體拉裂隙和圍巖變形的觀測，尤其是要注意斷層穿越和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等資料，在此基礎(chǔ)上選擇地質(zhì)最穩(wěn)定、災(zāi)害少的、最經(jīng)濟(jì)的線路。在方案設(shè)計(jì)上要考慮到不良地質(zhì)條件可能對施工造成的影響，針對可能出現(xiàn)的狀況在施工當(dāng)中提出相應(yīng)的對策，避免出現(xiàn)坍塌冒頂事故。這樣可以在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，最大程度的減少不良地質(zhì)對隧道施工道的影響。

可以隨著隧道掘進(jìn)的需要拍攝高清數(shù)碼照片，以便于更加清晰的掌握前方的地質(zhì)情況。另外，在施工過程中要根據(jù)實(shí)時(shí)掌握的圍巖變化情況，及時(shí)調(diào)整和完善開挖和支護(hù)手段，在掘進(jìn)的過程中速度應(yīng)該控制在1.5～2.0 m/分，每循環(huán)開挖完成以后必須進(jìn)行初期支護(hù)施工，根據(jù)具體的施工需要采用柵鋼架、鋼筋網(wǎng)、錨桿和噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)體系，同時(shí)根據(jù)巖層變化情況可以適度加強(qiáng)支護(hù)措施，保證支護(hù)參數(shù)和質(zhì)量達(dá)到隧道施工設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.2 做好施工區(qū)域的排水工作

做好施工區(qū)域內(nèi)的排水工作是預(yù)防隧道坍塌冒頂事故的重要措施，在隧道施工當(dāng)中排水工作主要可以分為兩部分，也就是隧道外排水和隧道內(nèi)的排水。在隧道外的排水當(dāng)中，主要是在坡頂、坡面的排水工作，在施工之前施工單位要平整坡頂和坡面，避免在坡頂和坡面上出現(xiàn)積水現(xiàn)象，同時(shí)可以先修建排水渠、排水管道等等，一旦出現(xiàn)降水能夠及時(shí)從坡頂和坡面上排出。隧道內(nèi)的積水主要是通過隧道排水渠、水泵等設(shè)施設(shè)備排出，在施工當(dāng)中應(yīng)該配置足夠的排水設(shè)備，在陰雨天施工中要適當(dāng)?shù)脑黾优潘O(shè)備以便于能夠及時(shí)排出隧道內(nèi)的地下水。

3.3 不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案

在施工之前，施工單位必須詳細(xì)了解施工圖紙，并將圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況進(jìn)行對比分析，領(lǐng)悟設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)意圖，并將圖紙轉(zhuǎn)化為具體可以執(zhí)行的施工方案。在施工中必須嚴(yán)格按照圖紙組織施工，未經(jīng)監(jiān)理和施工技術(shù)人員批準(zhǔn)，不得擅自改變開挖方法和支護(hù)形式，并指派專門的質(zhì)量管理人員負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場的監(jiān)督管理工作，絕對違規(guī)操作的行為，避免因施工不當(dāng)引發(fā)坍塌冒頂事故。

總之，在隧道施工當(dāng)中必須做好坍塌冒頂?shù)念A(yù)防工作，這就需要從地質(zhì)勘測開始做起，通過優(yōu)化施工方案，做好支護(hù)體系設(shè)計(jì)等措施，構(gòu)建起完善的預(yù)防體系，降低坍塌冒頂事故出現(xiàn)的幾率。

:

［1］田志萌，黎學(xué)文.云南嵩待公路3號隧道坍塌冒頂原因及施工措施［J］.西部探礦工程，2003，(12).

［2］栗斌.冒天山隧道水平巖層穩(wěn)定性分析及施工措施［J］.鐵道建筑技術(shù)，2010，(3).