淺析隧道洞口淺埋段施工風(fēng)險(xiǎn)控制及應(yīng)急措施

中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司 266061

摘要：本文在簡要介紹忻州隧道洞口淺埋段工程概況及施工風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，提出了隧道洞口淺埋段施工風(fēng)險(xiǎn)控制措施及塌方應(yīng)急預(yù)案。為類似大斷面黃土隧道洞口淺埋段的工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道；淺埋段；施工風(fēng)險(xiǎn)；控制措施

1、工程概況

1.1工程地質(zhì)條件

忻州隧道位于忻州市境內(nèi)，進(jìn)口里程DK204+580，出口里程DK207+663，全長3083m。忻州隧道全部為黃土V 級圍巖，隧道處于低山丘陵區(qū)，黃土溝壑較發(fā)育。隧道進(jìn)出口均為淺埋地段，表覆新黃土，黃褐色，堅(jiān)硬～硬塑，顆粒均勻，具大孔隙，含薄層細(xì)圓礫土和鈣質(zhì)結(jié)核層，夾多層淺棕紅色古土壤層。下伏老黃土，淺棕紅色，堅(jiān)硬～硬塑，土體緊密，含鈣質(zhì)結(jié)核層和洪積碎石類土和砂土，覆土較薄。

1.2氣候條件

本區(qū)段所經(jīng)地區(qū)屬寒冷地區(qū)，表現(xiàn)為顯著的大陸型氣候。春季干燥多風(fēng)，蒸發(fā)量大；夏季降雨主要集中在 7-9 三個月；秋季降水減少，氣溫驟減；冬季雨雪稀少。由于降水在時間和空間分布上的不均勻性，使得洪災(zāi)和旱災(zāi)成為山西省最主要的自然災(zāi)害，干旱缺水和局部性暴雨洪水頻繁發(fā)生沿線受極地大陸性冷空氣團(tuán)控制時間長，冬季長，熱天短，日照富，溫差大，降水少，風(fēng)沙大。

1.3施工風(fēng)險(xiǎn)

本隧道穿越地層主要為濕陷性新黃土、新黃土、老黃土層，各類地層疊加，相互交錯。全隧均為Ⅴ級圍巖，洞身淺埋。洞室易塌方、變形，局部可能引起地表 塌陷；上層新黃土具濕陷性，部分新黃土地層地基承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，易塌方、變形。洞口塌方、大變形風(fēng)險(xiǎn)等級為極高。

本隧道進(jìn)出口均為淺埋地段，址區(qū)存有大量濕陷性新黃土，隧道浸水后會產(chǎn)生濕陷變形開裂，易引起隧道底板變形開裂進(jìn)而影響運(yùn)營安全。

本隧道出口橋隧相連，施工中存在施工工藝風(fēng)險(xiǎn)。

2、隧道洞口段施工風(fēng)險(xiǎn)控制措施及塌方應(yīng)急

2.1地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制措施

2.1.1.塌方風(fēng)險(xiǎn)控制措施

（1）洞口淺埋段采用明洞結(jié)構(gòu)、V級圍巖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或三臺階臨時仰拱法施工；加強(qiáng)初期支護(hù)和鋼架鎖腳錨桿等措施。

（2）加強(qiáng)超前支護(hù)，洞口段采用一環(huán)φ108 的 40m 大管棚進(jìn)行超前支護(hù)，洞身段采用超前小導(dǎo)管加固。

（3）對隧道上方天燃?xì)夤芫€改移，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

（4）嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺。嚴(yán)格遵循“管超前、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測、及時襯砌”的施工原則，確保不出現(xiàn)塌方。

（5）施工中加強(qiáng)系統(tǒng)支護(hù)監(jiān)控量測，并根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時調(diào)整初期支護(hù)及施作二次襯砌。

（6）橋隧相連的進(jìn)口洞門施工，橋臺開挖時采用鉆孔灌注樁圍護(hù)，并合理的安排施工工序，精心編制施工組織設(shè)計(jì)。

2.1.2.大變形風(fēng)險(xiǎn)控制措施

（1）加強(qiáng)監(jiān)控量測，適時調(diào)整初期支護(hù)措施，仰拱緊跟，及時襯砌。

（2）洞口段主要采用人工或機(jī)械開挖，減少圍巖擾動降低風(fēng)險(xiǎn)。

（3）嚴(yán)格貫徹“短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測量、及早襯砌”原則進(jìn)行施工。

2.1.3.基底變形風(fēng)險(xiǎn)、濕陷性風(fēng)險(xiǎn)處理

（1）對于洞門段及明洞濕陷性新黃土地層，基底采用三七灰土換填，底部采用φ400mm 水泥土擠密樁，間排距 1m×1m；樁底深至非濕陷性地層 2m。

（2）濕陷性新黃土暗洞部分與地基承載力不足的黃土地段，采用φ51mm 微型樁，間排距1m×1m，濕陷性地段樁深入非濕陷性地層 2m，一般地段樁長 6m。

（3）施工中進(jìn)一步檢測黃土的濕陷性與承載力，及時反饋給設(shè)計(jì)單位，以便進(jìn)一步的動態(tài)設(shè)計(jì)，安全施工。

2.1.4.冒頂、地表塌陷風(fēng)險(xiǎn)處理

通過嚴(yán)格控制塌方、大變形的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，控制地表塌陷的引發(fā)因素，從源頭上降

低和控制塌陷的發(fā)生。

2.2其它風(fēng)險(xiǎn)控制措施

（1）隧道進(jìn)、出口均接長明洞，防止淺理段隧道施工期間坍塌，以確保施工及運(yùn)營安全。開挖線外 5～10m 設(shè)截水天溝，以免危及施工與運(yùn)營安全。待洞門完成并按設(shè)計(jì)坡率回填后對永久坡面進(jìn)行骨架護(hù)坡防護(hù)。施工中應(yīng)加強(qiáng)邊仰坡的監(jiān)控量測，確保邊仰坡穩(wěn)定及施工安全。

（2）施工工藝風(fēng)險(xiǎn)控制措施

隧道出口為橋隧相接，為確保橋梁施工時隧道洞口工程的安全，洞門位置采取混凝土

鉆孔灌注樁，施工時保證至下而上的順序施工，加強(qiáng)地表監(jiān)測，避免出現(xiàn)廢棄工程。

2.3隧道坍方應(yīng)急措施

2.3.1.防止坍方范圍繼續(xù)擴(kuò)大措施

（1）在坍方范圍的頂部與側(cè)壁及大裂縫，應(yīng)先行清除或錨固。

（2）對坍方范圍前后原有的支護(hù)進(jìn)行加固，以防止坍方大。

（3）在坍方范圍內(nèi)打設(shè)錨桿，并噴射混凝土支護(hù)。

（4）對坍方兩端應(yīng)盡快作好局部襯砌，以保證坍方擴(kuò)大。

2.3.2.處理坍方

造成黃土隧道坍方的原因多數(shù)是地下水原因引起圍巖含水量增大，強(qiáng)度降低，變形加速，進(jìn)而支護(hù)失穩(wěn)而坍方，防止坍方措施是按設(shè)計(jì)要求和工藝要求做 好超前支護(hù)和開挖后的聯(lián)合支護(hù)，必要時加強(qiáng)支護(hù)，達(dá)到降低坍方機(jī)率。如果出現(xiàn)坍方我們將按下述方案進(jìn)行處理。

小型坍方處理：對于小坍方應(yīng)該先清理坍方面，后對坍方面采用超長錨桿加固，將錨桿伸入到圍巖的穩(wěn)定區(qū)，鎖住松動圈，然后用加強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)法支護(hù)，最 后再進(jìn)行坍方處理。

較大坍方處理：坍方的一般規(guī)律是圍巖壓力增大，支撐壓緊，發(fā)出聲響，接著產(chǎn)生位移變形。圍巖掉碴，出現(xiàn)裂縫，直至滑動、坍塌。大坍方處理一般是坍方基本穩(wěn)定后進(jìn)行，先查看坍方規(guī)模，分析產(chǎn)生坍方原因，再制定坍方處理方案或按預(yù)案執(zhí)行。處理方法一般有支頂法、固結(jié)法，兩種方法均需先進(jìn)行治水和支 護(hù)加固，防止坍方事態(tài)擴(kuò)大。

支頂法一般選擇圍巖穩(wěn)定地段開挖導(dǎo)洞，埋入型鋼，用鋼筋砼鎖住兩側(cè)，上部用漿砌片石封填，對較大坍方可用套拱法，保證坍方面穩(wěn)定后再進(jìn)行清理。固結(jié)法是采用注漿法，先將坍體和松動部分進(jìn)行注漿處理，將松動部分固結(jié)后再清理坍體。

坍方時的自救與互救：在開挖易發(fā)生坍方的地段，除了在開挖時用人工配合機(jī)械法外，專職安全員跟班作業(yè)，發(fā)現(xiàn)不安全因素立即撤離施工人員，工班長應(yīng)立即制止人員跑動、組織人員自救互救，洞口值班室立即到洞內(nèi)查看險(xiǎn)情，制定搶救方案，想方設(shè)法利用未砸斷導(dǎo)管給洞內(nèi)人員供風(fēng)、供氧、供水。

2.3.3.塌方處洞身支護(hù)的措施

噴錨處理：由外向內(nèi)、由上而下，逐段隨清坍碴隨向巖壁先噴射一薄層砂漿，然后在

噴射混凝土?；炷烈朔謱訃娚?，每層厚 5cm 左右。噴射 1～2 層混凝土后，可隨即加錨桿再噴射混凝土。坍碴清除后，隨即做好襯砌。襯砌施工：隨著坍碴的逐步清除，襯砌逐段推進(jìn)，快速成環(huán)，隨即回填密實(shí)。在坍穴最高處或兩端襯砌接頭處應(yīng)預(yù)留回填及進(jìn)出料口。如坍方范圍的圍巖不夠穩(wěn)定。在處理坍方中有繼續(xù)坍方的可能時，可在坍方范圍內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)奈恢米鎏w護(hù)拱，護(hù)拱用型鋼插入穩(wěn)定巖層中，型鋼上碼砌片石或漿砌片石，以掩護(hù)施工操作。護(hù)拱上應(yīng)以碎碴鋪填 2m 厚左右作緩沖層。

2.3.4.坍體回填

坍方清除坍碴后，則拱背應(yīng)先以漿砌片石回填 2～3m 厚，其上再用干砌片石回填，回填高度應(yīng)盡量填滿坍方范圍，坍體內(nèi)臨時支撐應(yīng)盡量拆除。在坍體的護(hù)拱與拱圈間應(yīng)全部回填密實(shí)，坍體護(hù)拱以上回填厚度可根據(jù)具體情況而定，但不應(yīng)小于2m。

如坍方范圍高大，在坍穴內(nèi)進(jìn)行回填操作不便時，可選擇適當(dāng)位置另行開鑿專供回填用的坑道。如坍方直達(dá)地表，除按規(guī)定做好拱部回填外，另用一般土石回填夯填至距地表 1～2m，再用粘土回填至略高于地表并向四周傾斜，周圍做好排水溝。

3.結(jié)束語

隧道塌方將會給施工帶來很大的施工困難和經(jīng)濟(jì)損失，因此需要在施工前應(yīng)充分考慮到各種因素，提前采取必要的預(yù)防措施。上文是結(jié)合忻州隧道現(xiàn)場施工情況，介紹隧道洞口淺埋段風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)急預(yù)案，希望能對類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張少夏. 隧道工程風(fēng)險(xiǎn)分析方法及工期損失風(fēng)險(xiǎn)研究[D].同濟(jì)大學(xué) 2006.

[2]關(guān)寶樹. 隧道及地下工程專題技術(shù)――工法概論[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1998