某隧道塌方原因分析及施工處理方案研究

摘 要：該文基于筆者多年從事工程施工的相關工作經驗，以筆者參與的某隧道工程項目為研究背景，針對施工工程中出現(xiàn)的一次坍塌冒頂事故，給出了詳細的塌方情況分析和原因分析，并在此基礎上，提出了具體的實施方案，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：隧道 塌方冒頂 處理方案 工藝結語

中圖分類號：U258 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-02

1 工程地質概況

隧道段地貌屬構造剝蝕中-低丘陵地貌單元，地形起伏較大，地面標高相對高差270 m。地形坡度一般為25～60 °，山體頂部渾圓，山脊大部呈狹長、陡峭和狹長平緩狀。根據(jù)目前已開挖出露的巖層，該隧道段巖層以弱風化石灰?guī)r為主，局部地段含有綠泥鈉長片巖和石英巖?？辈炫c設計結果表明，圍巖大都為Ⅱ～Ⅳ級。除出口段右線洞口附近巖層為強風化的黑色碳質灰?guī)r和塌方段為黃泥夾層與勘查設計情況不甚相符之外，其他地段巖層均與勘查設計相吻合。

2 塌方情況

該隧道某段原設計為Ⅲ～Ⅳ級圍巖。初期支護為：3 m長藥卷錨桿，環(huán)向間距1 m、縱向間距1.2 m的格柵拱架，22 cm厚網噴混凝土。施工方式為全斷面開挖，S3b復合式襯砌。原設計斷面見圖1。

在爆破開挖后掌子面處發(fā)現(xiàn)黃泥層并有滲水，不時有少量塌落物。中午黃泥層繼續(xù)塌落，塌落速度加快，并有較大的滲水。在洞右方形成小型塌洞（Ⅰ），塌洞面積約1 m2左右（圖2）。

圖2 塌方示意圖

在完成兩榀工字鋼的架設后。在架設第三榀工字鋼時，發(fā)現(xiàn)后面已完成的初期支護混凝土出現(xiàn)裂紋，同時出現(xiàn)塌落物（軟黃泥和石塊，自掌子面超前小鋼管間塌落），并且隨著塌落物不斷地增加裂紋也逐步增大。晚上開挖面開始出現(xiàn)大面積塌方，掌子面上方形成大的空洞（Ⅱ），如圖2所示，落下的黃泥碎石土和石塊。整個開挖面被塌方體覆蓋，塌方體涌至ZK9+572斷面，塌腔高度約為5 m，塌腔縱向約為15 m。

3 塌方原因分析

根據(jù)現(xiàn)場地質情況以及塌方段對應地表調查和分析，造成本次塌方的原因有以下幾點。

（1）從地質縱斷面圖來看，塌方段地表正位于兩山峰之間的埡口處。而且隧道在此處埋深較淺，大約為50 m，地形陡峭。埡口處有一斷層（F3）經過，位于埡口處的巖層受水平地應力作用擠壓嚴重，致使巖石破碎，巖體內部節(jié)理裂隙被兩側地表沖積土所充填。同時，塌方發(fā)生時正值雨季，地表水豐富且沿埡口地勢較低的破碎巖縫、節(jié)理裂隙中滲流。因此隧道洞內滲水較大，夾在巖石間的黃泥軟弱夾層及其他松散巖體受滲水作用迅速軟化，巖體抗剪強度大大降低，巖石間的摩擦力不能支撐上部巖體重量從而導致隧道拱頂圍巖發(fā)生重力坍塌。

（2）據(jù)現(xiàn)場調查及按照《公路隧道設計規(guī)范》計算，隧道塌方段實際圍巖出露級別為Ⅴ級，與原設計的III～IV級圍巖級別不相符。原全斷面開挖方式已無法保證掌子面的臨時穩(wěn)定，已采用的初期支護方案也無法保證結構和施工安全。

（3）對地質變化及塌方預兆未予足夠重視，致使險情擴大。首先在掌子面出現(xiàn)黃泥夾層時，應引起重視，加強初期支護；其次，在局部塌方時應及時密實回填塌腔；最后，在左洞發(fā)生塌方后，右洞施工應引起警惕，不應重復左洞塌方過程。

4 施工方案

為了防止塌方的進一步擴大，保證施工進度，根據(jù)隧道塌方現(xiàn)場實際情況，將隧道分為穩(wěn)定段、塌方段和后繼段三個區(qū)段，針對不同區(qū)段分別采取不同的處理措施。

4.1 穩(wěn)定段處理方案

穩(wěn)定段是指隧道左、右洞內初期支護已按照原設計施作完畢、塌方后尚未發(fā)生變形破壞、而二次襯砌短時間內無法跟上的區(qū)段，該段處理的原則是“加強監(jiān)測，二次襯砌快跟”。

（1）采用跳躍法施作二次襯砌，根據(jù)現(xiàn)場情況，以最快速度施作離塌方體最近的二次襯砌，以保證初期支護施工完成區(qū)段的最終穩(wěn)定和安全。（2）由于現(xiàn)場襯砌臺車、掛布臺車空間的要求及原施工工序的影響，仍有30 m左右長度范圍的二次襯砌無法及時施作，對于該段以加強初期支護的監(jiān)控量測為主，同時做好應急支撐方案的準備，一旦該段出現(xiàn)大變形情況將立即采取應急處理措施。（3）靠近塌方體5～10 m的穩(wěn)定初期支護段，處于塌方體影響范圍內，短期內二次襯砌無法緊跟。為保證初期支護強度和后期施工安全，采取如下措施：在原噴混凝土內層增加間距為60 cm的18型工字鋼拱架，待鋼拱架安裝完畢后采用小導管對圍巖進行系統(tǒng)注漿加固。導管采用4.5 m長42注漿鋼花管，按1.2 m×1.2 m梅花型布置。

4.2 塌方段處理方案

（1）對塌方體進行回填反壓，保證塌體穩(wěn)定和后期施工的安全。

（2）對塌方體表面采用12 cm厚貧混凝土封閉，并完善掌子面處的排水系統(tǒng)，防止地下水在掌子面處的匯集，保持該段干燥，避免由于積水浸泡導致該段圍巖強度進一步降低。

（3）采用環(huán)向間距40 cm、長度為12 m的超前小管棚貫穿坍塌體，以2 °仰角打入拱部圍巖，對塌方體進行注漿加固。

小管棚材料采用外徑83 mm、壁厚5 mm的熱軋無縫鋼管，注漿材料采用水灰比為1∶1的普通水泥漿液，同時外摻速凝劑。注漿機型號為FBY 50 /70，注漿壓力為0.5～1.5 mPa。管棚孔內采用M30水泥砂漿充填。待超前小管棚施工完后再對塌腔采用貧混凝土進行泵送回填。

（4）采用雙側壁導洞法對坍塌體進行開挖以減少開挖斷面面積。

（5）在二次襯砌澆注之前，對剩余塌腔通過高壓注漿回填密實。

（6）塌方段采用S2c復合式襯砌進行支護。

4.3 后繼段處理方案

該段處理方案分兩種情況，根據(jù)不同情況采取不同方案：（1）當塌方段治理完畢后，如果開挖掌子面處圍巖恢復到原來較好狀態(tài)，則繼續(xù)按原設計進行施工。（2）當塌方段治理完畢后，開挖掌子面處圍巖狀態(tài)仍未變化，則以每30 m為一個單元，采用加強初期支護和二次襯砌進行設計和施工。

參考文獻

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