公路隧道施工中不良地質(zhì)引起的塌方原因及應(yīng)對措施分析

鐘明滿

（甘肅興隴交通工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

某隧道為一座聯(lián)拱高速公路隧道，隧道區(qū)經(jīng)過丘陵地帶，隧道自然地形坡度約20°～25°，最大埋深24m。隧道起訖樁號為K148+275～K148+735，全長460m（其中明洞10米，進(jìn)出口各5米，暗洞450米）。整個隧道縱坡采用人字坡，上坡2.96%，下坡-2.35%，變坡點位于K146+601。洞口設(shè)計高分別為406.537m和410.322m。其中，隧道設(shè)計行車時速為100km/h，隧道凈寬10.75m，凈高5m，最大開挖寬度6.2米，中導(dǎo)洞最大開挖高度6.05米。設(shè)計圖紙表明：受大氣降水及殘積坡孔隙水補(bǔ)給，隧道開挖后可能會有滴水和淋水現(xiàn)象。開挖后滲水、滴水及線性水較為明顯。圍巖級別為Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

2.1 地層巖性

該隧道進(jìn)洞口段圍巖為炭質(zhì)頁巖，呈松散結(jié)構(gòu)，巖體完整性差，圍巖穩(wěn)定性差，容易變形，造成初襯開裂，拱架變形，在施工的過程中，容易出現(xiàn)塌方；進(jìn)口邊坡及仰坡主要巖土體為殘坡積粘土和炭質(zhì)頁巖，工程地質(zhì)條件差，出洞口段圍巖主要為粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖，呈松散結(jié)構(gòu)為主，巖完整性差，圍巖穩(wěn)定性差；洞身段圍巖為中-微風(fēng)化凝灰?guī)r，巖質(zhì)硬，完整性較差-較好，呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)-塊狀結(jié)構(gòu)。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域范圍內(nèi)NNE和NE向構(gòu)造發(fā)育，NW方向次之，它控制了區(qū)內(nèi)地層的分布和侵入巖的活動。區(qū)域內(nèi)有大斷列帶的出現(xiàn)。

2.3 水文與氣象條件

區(qū)內(nèi)地下水的類型主要為松散層孔隙水，基巖風(fēng)化裂隙水，儲存于土層、中風(fēng)化巖層中，主要接受大氣降水的補(bǔ)給，水量較貧乏。受大氣補(bǔ)給，開挖后有滴水、淋水現(xiàn)象，隧道區(qū)地表水及地下水對砼無腐蝕性。

3 塌方的處理依據(jù)

塌方的處理必須建立在對塌方正確認(rèn)識的基礎(chǔ)上，塌方處理方案的制定如同戰(zhàn)斗方案的制定，如果方案不當(dāng)或失敗，不但導(dǎo)致更大的經(jīng)濟(jì)損失，而且可能造成人員傷亡，故一般的處理原則是先鞏固后方，防止塌方擴(kuò)大，然后以安全的后方為依托或掩護(hù)再向前進(jìn)行處理塌方。經(jīng)驗認(rèn)為塌方發(fā)生后在一定時間內(nèi)就會趨于穩(wěn)定，形成自然拱，而自然拱的高度、寬度與普氏平衡拱理論計算結(jié)果基本相符。

4 塌方情況描述及原因分析

4.1 塌方情況描述

塌方位置位于K146+367掌子面附近。2012年2月，開挖至K146+363處，該處設(shè)計為Ⅴ級圍巖，處于炭質(zhì)頁巖強(qiáng)風(fēng)化層，灰黃色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，呈砂土狀，手捏可碎，局部殘留強(qiáng)風(fēng)化碎塊。并且該處水系豐富，在開挖過程中，掌子面滲水嚴(yán)重，局部滲水呈淌水狀。經(jīng)與相關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)匯報研究確定對K146+358以后的區(qū)段，在原設(shè)計段落基礎(chǔ)上拱部以上增加鋼筋網(wǎng)片防護(hù)。

隨后施工單位按照既定支護(hù)方案掘進(jìn)至K146+357處，并按規(guī)定進(jìn)行支護(hù)，在K146+356.5處中導(dǎo)洞左側(cè)（面對掌子面）1/2范圍巖層呈灰黃色，砂土狀，手捏可碎，掌子面滲水嚴(yán)重，局部滲水呈淌水狀，出現(xiàn)局部掉塊，掉塊數(shù)量增加，少量掉塊持續(xù)約一個小時后，塌方方量增加，一日后塌方量增至80方左右，塌方土體填滿掌子面，塌方處于靜止?fàn)顟B(tài)。經(jīng)現(xiàn)場查看，塌方體大部分為顆粒狀土，夾雜少量塊體，塌方體底部延伸至K146+362處，為一契形三角體，寬約6m，高度從中導(dǎo)洞拱頂至底部，約6m。塌方大樁號方向已施工的鋼拱架未出現(xiàn)變形，噴射混凝土未出現(xiàn)裂縫，該處塌方未波及已施工的導(dǎo)洞，經(jīng)測量放樣察看洞頂也未出現(xiàn)裂縫、塌陷等明顯地表情況。

4.2 塌方原因分析

事故發(fā)生后，立即組織施工單位相關(guān)人員對塌方情況進(jìn)行現(xiàn)場查看，并組織相關(guān)專家進(jìn)行分析研究討論，經(jīng)認(rèn)定，塌方原因主要為基巖裂隙水發(fā)育，圍巖松散、破碎，存在有圍巖側(cè)向松散夾層，圍巖無足夠自穩(wěn)能力，圍巖不能形成自然拱的現(xiàn)象（且圍巖中夾層呈土狀），超前小導(dǎo)管間距較大無足夠鋼度，且坍塌體長度超過了導(dǎo)管長度，由于土石混雜，水量較大，注漿后的固結(jié)圈也不能將其與坍塌體形成有效的整體。加上裂隙水非常豐富，加速掉塊，最后導(dǎo)致形成較大面積的塌方。

5 塌方的處理

塌方的處理必須建立在對塌方正確認(rèn)識的基礎(chǔ)上，如果方案不當(dāng)或失敗，不但導(dǎo)致更大的經(jīng)濟(jì)損失，而且可能造成人員傷亡，故一般的處理原則是先鞏固后方，防止塌方擴(kuò)大，然后以安全的后方為依托或掩護(hù)再向前進(jìn)行處理。其原則可以總結(jié)為：“小塌清，大塌穿”，即對小塌方（塌方的落體未堆滿開挖掌子面）可以先用噴射混凝土封閉塌穴，待塌穴圍巖基本穩(wěn)定后，清理塌方體然后進(jìn)行初期支護(hù)，待初期支護(hù)穩(wěn)定后回填塌穴；對大塌方（塌方的落體堆滿開挖掌子面）先用噴射混凝土封閉塌方掌子面，待塌穴圍巖基本穩(wěn)定后，在塌方段打設(shè)超前注漿小導(dǎo)管或中管棚貫穿塌方段落，進(jìn)行注漿對塌方段進(jìn)行固結(jié)，待塌方體固結(jié)后在超前支護(hù)的保護(hù)下對塌方段再逐榀開挖，進(jìn)行初期支護(hù)，直至穿過塌方體，在塌方段留下注漿口對塌穴用砂漿泵送回填。

按照上述處理原則，塌方發(fā)生后，經(jīng)協(xié)調(diào)各方，根據(jù)塌方情況制定了緊急處理措施如下：首先對該隧道洞口實行安全管控，無關(guān)人員不得進(jìn)入洞內(nèi)，同時安排專人負(fù)責(zé)洞內(nèi)24小時不間斷抽水，確保積水及時排除，排水人員不得靠近塌方區(qū)。同時，為了確保安全，對已完成的支護(hù)從K146+364～K146+356段8m范圍內(nèi)進(jìn)行加強(qiáng)處理，在原有的間距1m的鋼拱架間增設(shè)一榀14號鋼拱架，同時增設(shè)鎖腳錨桿，錨桿長度為3.5m，成15度下傾。同時要求增設(shè)的鋼拱架必須支撐牢固。再次，對塌方體進(jìn)行20厘米C20噴射混凝土封閉并采用注漿小導(dǎo)管注漿對塌方體進(jìn)行穩(wěn)固，間距為1.0m×1.0m，長度為4.5m。

在軟弱圍巖，遇水軟化的地層中，仰拱處理上，遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、早成環(huán)、勤量測”的原則。調(diào)動和發(fā)揮圍巖的自承能力，針對該洞反坡掘進(jìn)、滲水且圍巖遇水迅速軟化，仰拱底承載力差的特點（離出洞口剩余77米）經(jīng)多方論證。該段的處理為：少擾動基底圍巖，在原設(shè)計仰拱頂部預(yù)留50cm不進(jìn)行開挖、擾動，鋪50cm宕渣后澆筑片石混凝土臨時仰拱順坡0.1%掘進(jìn)，待貫通后對該段工字鋼落底成環(huán)，每榀增加環(huán)向間距1m長3.5m向下注漿小導(dǎo)管永久仰拱加固，以利于聯(lián)拱隧道中隔墻的永久穩(wěn)固。這樣，進(jìn)一步提高了工作效率，加強(qiáng)了工序順接，減少了機(jī)械對圍巖擾動，保證了隧道施工的安全，值得推廣和借鑒。

6 總結(jié)

通過對上面連拱隧道塌方治理的施工過程監(jiān)測及后續(xù)觀測，結(jié)果表明塌方段經(jīng)處理后基本穩(wěn)定。

（1）塌方的產(chǎn)生其原因是多方面的，有復(fù)雜的地質(zhì)條件等客觀原因，也有不當(dāng)?shù)氖┕し椒ǖ戎饔^因素，但究其根本原因是由地質(zhì)因素造成的，采取有效的超前支護(hù)對前方的圍巖進(jìn)行預(yù)加固、預(yù)支護(hù)之后再進(jìn)行開挖是安全施工的保證。

（2）塌方處理的關(guān)鍵工序是超前小導(dǎo)管的布設(shè)，一定要保證超前小導(dǎo)管的長度和其搭接長度，從而保證注漿效果，而且一定要等漿液固結(jié)后方可進(jìn)行開挖。

[1]王瑞.論公路隧道塌方段治理方法[J].科學(xué)之友(B版),2009(06).

[2]余彬.隧道初期支護(hù)變形侵限的處理[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2010(13).