關(guān)于鳳山至凌云二級公路（凌云段）三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置分析

陸海春（百色市交通運(yùn)輸局公路管理處，廣西百色533000）

關(guān)于鳳山至凌云二級公路（凌云段）三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置分析

陸海春（百色市交通運(yùn)輸局公路管理處，廣西百色533000）

隧道施工過程中，圍巖的穩(wěn)定性是十分重要的。在本文中，筆者結(jié)合鳳山至凌云二級公路（凌云段）工程三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置工程進(jìn)行深入分析，為類似工程提供參考。

隧道；坍塌；處置；技術(shù)措施

引言

鳳山至凌云二級公路 （凌云段）工程三臺坡隧道全長204m，起止里程K36+065.948～K36+269.948，隧道凈高5m，凈寬9m，縱坡采用單向坡-1.9%，平面曲線半徑為R=450/R= 600，曲線長度L=121.227/L=86.773，隧道施工采用復(fù)合襯砌，洞口形式采用端墻式。

1 地質(zhì)水文狀況

三臺坡隧道地處山丘地貌，由土山（砂巖和頁巖）和石山（石灰?guī)r喀斯特地形）兩類組成。地貌溝谷發(fā)育伴隨沖洪積相地形且陡峭。圍巖為硬塑狀紅粘土及中風(fēng)化石灰?guī)r。紅粘土呈褐色、褐黃色，濕，硬塑，刀切面光滑，搖振無反應(yīng)，韌性高，干強(qiáng)度高。中風(fēng)化石灰?guī)r：灰白色，灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀為主。下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖，物探顯示基巖面起伏：全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖；強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，紫紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，可見鐵質(zhì)浸染，斷面不新鮮，巖心破碎，呈碎塊狀、塊狀。地下水主要以巖溶水、基巖裂隙水為主，孔隙水次之，水質(zhì)化學(xué)類型單一，屬重碳酸鈣型水，礦化度一般小于200g/m3；基巖裂隙水主要儲存在全-強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化基巖的裂隙中，水量較貧；地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水，氣侯影響特征明顯。

2 坍塌狀況

2015年5月8日下午，接到施工單位報(bào)告，由于5月4日至5月6日連日下雨，特別是5月6日夜間大暴雨。5月7日早上9：40三臺坡隧道出口方向掌子面 （掌子面里程K36+ 103）有小塊土石掉落，隨后持續(xù)掉塊到5月8日凌晨5：45洞頂坍塌，拱頂通天。掌子面往前（進(jìn)口未開挖方向）和往后（已初支20#工字鋼拱架）都有坍塌，塌方破壞了2榀拱架，其中1榀拱架報(bào)廢，一榀下彎。超前小導(dǎo)管全部下壓彎曲報(bào)廢。

塌方掉下的都是孤石和泥土。孤石體積較大，泥土含水量達(dá)到飽和。塌方形成一個(gè)洞內(nèi)長7～8m，寬8～10m，高7m左右的露天空腔，空腔邊墻上的泥土還在往外滲水。塌方表露圍巖為：左側(cè)為一個(gè)狹長型的溶洞，長約11～15m，寬為1～4m；右側(cè)為泥土夾大塊孤石。

圖1

3 處置方案

現(xiàn)就施工單位針對坍塌提出的處置方案如下：

（1）在地表塌方體周圍開挖排水溝，引流地表雨水，地表作業(yè)應(yīng)注意作業(yè)人員安全，防止發(fā)生二次事故。①截水溝或地表注漿等作業(yè)均應(yīng)離開松動或發(fā)生裂縫的土體范圍并留有安全距離；②作業(yè)人員需綁安全帶；③需派員專門觀察地面及塌腔變化等。

（2）在塌方體上方地面支設(shè)雨布，隔絕雨水，防止雨水再次造成地質(zhì)災(zāi)害。

（3）在洞內(nèi)沿塌腔周邊并距離周邊2～5m打設(shè)鎖口錨桿，防止塌腔繼續(xù)蔓延擴(kuò)大。若施工方便，也可在地表松動及開裂的土體范圍之外打設(shè)地表豎向鎖口錨桿。

（4）對掌子面及塌落體采取噴漿或壓麻袋或漿砌護(hù)墻等臨時(shí)穩(wěn)固措施。在塌腔不穩(wěn)定的情況下，嚴(yán)禁在塌腔內(nèi)作業(yè)。

（5）右側(cè)塌方體是泥土，打設(shè)有孔的排水鋼管，將泥土中水分排出。

（6）架立20#工字鋼架，間距40～50cm，加密連接鋼筋，加強(qiáng)鎖腳錨桿，加強(qiáng)整體性。

（7）在拱架初支后面回填噴射混凝土1.5m厚。

（8）盡早開展隧道二襯施工，待此處二襯完成后隨明洞回填余下空腔（包括未冒頂?shù)娜芏淳杌靥睿?/p>

（9）建議按施工圖設(shè)計(jì)方案從隧道進(jìn)口（K36+065.948）架設(shè)管棚施工，按V級加強(qiáng)方式施工余下工程量，并注意貫通段的施工安全。

隧道幾個(gè)溶洞的施工處理情況：

（1）K36+103處拱頂坍塌通天，塌方形成一個(gè)長5.7m，寬6.3m，高7m左右的露天空腔。洞頂通天的處理采用C25噴射混泥土工藝，噴射厚度為1.5m。

（2）K36+226.483～K36+229.083段，隧道拱腰及拱頂處發(fā)現(xiàn)溶洞，極易導(dǎo)致左邊墻和拱頂滑落坍塌事故，對該處進(jìn)行注漿處理，利用φ200PVC管作為引水管。

（3）K36+255.3～K36+260.3段，拱腰及拱頂圍巖依然是堆積巖，極易導(dǎo)致左邊墻和拱頂滑落坍塌事故，對該處進(jìn)行加掛鋼筋和注漿處理。

圖2

（4）K36+169～K36+173處右側(cè)溶洞：長4m、寬2m、高2.5m，空腔采用M7.5漿砌片石填充，并預(yù)留排水管。

4 防止隧道坍塌的技術(shù)措施

在隧道工程日常的施工過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能做到以護(hù)為主，寧強(qiáng)勿弱，步步為營，穩(wěn)中求快，嚴(yán)格貫徹“管超前，少擾動，早噴錨，強(qiáng)支護(hù)，緊封閉，勤測量”的施工原則。從源頭上預(yù)防坍塌事故的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)采用以下的技術(shù)措施：

（1）按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行拱部開挖，不得超挖，嚴(yán)格控制進(jìn)尺，沿兩側(cè)交錯進(jìn)行下部開挖，不良地質(zhì)每次1榀，懸空長度小于2榀拱架，開挖結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行接腿；每次小于4榀，并要及時(shí)封閉。

（2）在拱腳、墻角初預(yù)留30cm用于人工開挖，嚴(yán)禁超挖或機(jī)器代挖；嚴(yán)禁水浸泡拱腳、墻角；及時(shí)引出風(fēng)鉆產(chǎn)生的水；打炮眼時(shí)盡量保持水平，用大石塊填實(shí)超挖部分，不可用虛碴進(jìn)行回填。

（3）在圍巖較差地段留核心土，確保其大小和長度符合要求，支護(hù)面積大于掌子面的1/2，絕不能挖掉太多核心土（原因是核心土對掌子面起到了支護(hù)作用，如果挖掉太多，將會導(dǎo)致支護(hù)不足而造成坍方）。

（4）在超前小導(dǎo)管施作時(shí)，應(yīng)確保相鄰2排小導(dǎo)管的搭接長度大于1.5m，主要目的是為了防止因超前小導(dǎo)管長度不夠，超前小導(dǎo)管在放炮后懸空，進(jìn)而失去原本的作用；超前小導(dǎo)管的間距也要得到保證，如果需要加密，就應(yīng)設(shè)計(jì)加密方案，并進(jìn)行加密。

（5）拱架間距要保證，不可隨意放大，連接筋與拱架焊接要牢固，用混凝土噴滿回填超挖和坍塌部分，不得在拱架背后填塞其他物質(zhì)或留有空洞，避免出現(xiàn)安全隱患。

（6）采用“新奧法”原則，加強(qiáng)側(cè)壁的錨固，關(guān)注隧道側(cè)壁的穩(wěn)定性；保證約3m厚拱頂加固圈，關(guān)注拱部60°范圍的注漿與錨桿打設(shè)，形成平衡應(yīng)力拱結(jié)構(gòu)。

（7）隧道周圍如果形成塑性滑移楔體，就會導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。根據(jù)圍巖完整性、隧道埋深、自穩(wěn)性、水文地質(zhì)特征，按照拱頂上覆蓋層6～8m負(fù)重做好設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考慮安全與穩(wěn)定性。通過錨桿與圍巖由鋼筋網(wǎng)、鋼架、噴射混凝土形成組合拱，使承載環(huán)提供的支護(hù)阻力與塑性滑移楔體之滑移力處于平衡狀態(tài)，避免支護(hù)結(jié)構(gòu)的剪力破壞；確保支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖粘貼緊密，不存在空洞現(xiàn)象。

（8）堅(jiān)持執(zhí)行隧道施工“兩堅(jiān)持”原則。確保隧道作業(yè)人員的安全，并可以及時(shí)的采取措施，避免隧道坍塌的出現(xiàn)。①堅(jiān)持地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。利用工程超前預(yù)報(bào)資料，做好預(yù)測工作，對于發(fā)現(xiàn)的不良工程地質(zhì)狀況，制定可行的施工方案，嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工。采取綜合手段，采用地質(zhì)雷達(dá)、TSP、超前鉆孔等方法，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并指導(dǎo)現(xiàn)場施工。②堅(jiān)持開展圍巖監(jiān)控量測工作。圍巖應(yīng)力釋放導(dǎo)致坍塌現(xiàn)象的發(fā)生，圍巖應(yīng)力釋放是一個(gè)過程，雖然無法預(yù)測，但可以爭取時(shí)間進(jìn)行逃生與撤離。因此，隧道施工最重要的安全管理工作就是做好圍巖監(jiān)控量測，施工單位應(yīng)高度重視，針對不良地質(zhì)地段，每一榀鋼架進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)控，當(dāng)需要開挖12h以內(nèi)時(shí)，下一循環(huán)開挖前都要進(jìn)行初測，按照量測管理基準(zhǔn)做好測量管理工作。

（9）堅(jiān)持貫徹落實(shí)隧道施工安全步距紅線管理，強(qiáng)調(diào)開挖方法與圍巖相匹配。軟弱圍巖及不良地質(zhì)隧道初支封閉到掌子面不得大于35m；仰拱到掌子面：Ⅳ級圍巖不得大于50m，Ⅴ級圍巖不得大于40m；二襯到掌子面：Ⅳ級圍巖不得大于90m，Ⅴ、Ⅵ級圍巖不得大于70m。臺階法施工：上臺階每循環(huán)開挖進(jìn)尺Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼架間距；Ⅴ、Ⅵ級圍巖不應(yīng)大于1榀鋼架間距；邊墻每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺不得大于2榀；仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不得大于3m。強(qiáng)調(diào)開挖方法與圍巖相匹配，嚴(yán)禁左右對稱開挖、掏底開挖和拉槽開挖，造成鋼架對稱懸空。

（10）做好隧底隱伏巖溶探查工作。認(rèn)識巖溶產(chǎn)生及發(fā)育的條件是做好隧底隱伏巖溶探查工作的基礎(chǔ)。巖溶產(chǎn)生及發(fā)育條件：巖體為可溶巖；具有流動性的水；水中富氧或與大氣連通?；?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、頁巖、泥巖都具有可溶性，稱為可溶巖?？扇軒r地段，若圍巖滲泄水由地表水補(bǔ)給、徑流、排泄造成，則無論設(shè)計(jì)是否要求進(jìn)行隧底隱伏巖溶探查，現(xiàn)場都應(yīng)開展隧底隱伏巖溶探查工作。

（11）做好隧道掌子面穩(wěn)定工作，具體的措施有三種，分別是：掌子面錨噴、超前預(yù)支護(hù)、預(yù)留核心土，在施工中，應(yīng)根據(jù)施工的具體情況，選擇最優(yōu)的調(diào)整措施，由于核心土的存在影響，預(yù)留核心土的大小應(yīng)滿足系統(tǒng)錨桿作業(yè)要求，掌子面的臨空面的穩(wěn)定可以采取錨噴措施處理。

（12）做好隧道坍塌的安全培訓(xùn)。隧道施工安全基本常識：掌子面與2～3B部位最容易發(fā)生坍塌，因此需要特別關(guān)注，圍巖突然掉塊，掉塊粒徑加大、頻率加大，表示有坍塌的風(fēng)險(xiǎn)；出水突然發(fā)生，且水量大，水質(zhì)渾濁，出水呈噴射狀，時(shí)斷時(shí)續(xù)出水，有坍塌及突水、突泥的風(fēng)險(xiǎn)；支護(hù)突然開裂，或者是在原裂縫上發(fā)展，也表示有坍塌的風(fēng)險(xiǎn)；有濕度變化，說明可能會發(fā)生突泥、突水；突然有風(fēng)有已坍塌且坍塌發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)；有異常聲響，說明支撐承載正在破壞。

（13）做好隧道坍塌預(yù)防管理工作。施工中專職人員對圍巖變形情況進(jìn)行觀察，做好綜合判別，及早發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)措施：①按照位移速率進(jìn)行判斷：速率小于0.2mm/d時(shí)，圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；速率變化在0.2～1.0mm/d時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀測，做好加固的準(zhǔn)備；速率大于1mm/d時(shí)，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)；②按照位移速率變化趨勢進(jìn)行判斷：當(dāng)圍巖位移速率變化保持不變時(shí)，圍巖還不是很不穩(wěn)定，需要加強(qiáng)支護(hù)；當(dāng)圍巖位移速率不斷下降時(shí)，圍巖處于穩(wěn)定的狀態(tài)；當(dāng)圍巖位移速率變化上升時(shí)，說明圍巖處于危險(xiǎn)的狀態(tài)，須立即停止掘進(jìn)，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。

為做好隧道坍塌預(yù)防管理工作，儲備好坍塌預(yù)防應(yīng)急物資，明確應(yīng)急反應(yīng)區(qū)段，進(jìn)行坍塌應(yīng)急演練。當(dāng)5≤V＜2或95＜L≤100時(shí)，從V=5或L=95的里程到圍巖形變相對較大的里程，逐步推進(jìn)方式實(shí)施隧道應(yīng)急處理措施，采取逐步加固，這個(gè)反應(yīng)區(qū)段就是最佳應(yīng)急反應(yīng)部位；當(dāng)V從5發(fā)展到20以及L從95發(fā)展到100，這個(gè)形變過程的時(shí)間段就是最佳應(yīng)急反應(yīng)時(shí)機(jī)。如果可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)急反應(yīng)區(qū)段，便可以采取應(yīng)急措施，即使不能預(yù)防隧道坍塌的發(fā)生，也可以降低隧道坍塌程度與損失。

參照實(shí)例中的應(yīng)急處理措施做好隧道坍塌的應(yīng)急物資儲備工作，確?？梢钥焖傩纬蓱?yīng)急反應(yīng)區(qū)段3～5m范圍臨時(shí)套拱鋼架、4.8m×6m的方格鋼架，臨時(shí)橫撐及φ280mm鋼管斜撐、縱橫向間距@0.6m×1.0m。

做好隧道坍塌應(yīng)急演練的開展工作，與隧道施工安全常識培訓(xùn)工作相結(jié)合，提高現(xiàn)場施工人員的逃生意識與急救常識，盡可能的減少人身傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。

[1]公路隧道施工技術(shù)細(xì)則（JTG/TF60-2009）[S].北京：人民交通出版社，2009.

U455.4

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2095-2066（2016）36-0228-02

2016-11-20