隧道洞內(nèi)坍塌及地表凹陷的成因分析及處理方案

付重君

(江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000)

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隧道洞內(nèi)坍塌及地表凹陷的成因分析及處理方案

付重君

(江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000)

以國(guó)內(nèi)某隧道為背景，詳細(xì)介紹了隧道洞內(nèi)坍塌險(xiǎn)情的發(fā)展過(guò)程。通過(guò)資料收集及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研，深入探討了地表凹陷與洞內(nèi)坍塌的成因。針對(duì)洞內(nèi)坍塌情況，分段采取注漿加固、超前管棚、弧形預(yù)留核心土分榀開(kāi)挖等措施進(jìn)行處理；在地表凹陷處澆筑3 m混凝土護(hù)拱，并用片石回填，粘土封頂。實(shí)踐表明，處理效果良好，為其他類(lèi)似情況提供了參考。

隧道；坍塌；地表凹陷；方案

1 引 言

山嶺隧道翻山越嶺，工程水文地質(zhì)復(fù)雜，施工時(shí)坍塌現(xiàn)象較為普遍，尤其是當(dāng)洞內(nèi)坍塌與地表凹陷同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，往往后果嚴(yán)重，稍有處理不當(dāng)就會(huì)造成重大損失。因此，對(duì)洞內(nèi)坍塌與地表凹陷采用恰當(dāng)方案進(jìn)行處理就顯得尤為重要，本文正是從此處入手，在洞內(nèi)坍塌及地表凹陷成因分析的基礎(chǔ)上，對(duì)山嶺隧道坍塌及地表凹陷處理進(jìn)行研究，提出了通用性較強(qiáng)的處理方案。

2 工程概況

某隧道起訖里程為DK146+98～DK148+198，長(zhǎng)度2 090 m，隧道最大埋深約151 m，縱坡為-5.4‰、-4.0‰的下坡。隧道位于丘陵區(qū)，地勢(shì)北高南低，地形起伏較大，高程為100～260 m，相對(duì)高差20～160 m。地表植被茂密，多為灌木、草叢。

2.1 工程地質(zhì)

隧道穿越地層主要為第四系全新統(tǒng)殘、坡積粉質(zhì)粘土、細(xì)角礫土、粗角礫土、白堊系上統(tǒng)泥巖，泥盆系上統(tǒng)砂巖、石灰?guī)r，泥盆系中統(tǒng)砂巖、石灰?guī)r。隧道位于丹霞山盆地邊緣丘陵地帶，經(jīng)歷了從加里東期到喜馬拉雅期的多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷裂發(fā)育，以強(qiáng)烈的新華夏斷皺為主，形成規(guī)模各異的斷陷盆地。隧道洞身段發(fā)育有一條斷層F10，斷層破碎帶與隧道洞身相交于DK146+980，斷層性質(zhì)不明，破碎帶及其影響帶寬度30～40 m。

2.2 水文地質(zhì)

隧道出口段粗角礫土層內(nèi)儲(chǔ)存有地下水，且為承壓水，水量較大，對(duì)隧道施工有一定影響；其他地段地下水主要為基巖裂隙水，水量一般較小，隧道正常單位涌水量q=1 766.82/2.095=843.35 m3/d.km。隧道出口段泥盆系上統(tǒng)石灰?guī)r內(nèi)發(fā)育有巖溶，施工時(shí)可能有較大巖溶水。雨季降水量較大時(shí)，在山間沖溝洼地地下水富集，可能在隧道內(nèi)形成突水、突泥現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工動(dòng)態(tài)

2014年1月22日隧道拱部掌子面掘進(jìn)至DK146+325，下導(dǎo)支護(hù)至DK146+298,仰拱施工至DK146+260。1月22日約6∶00，拱部開(kāi)挖面鉆眼工人交接班時(shí)發(fā)現(xiàn)DK146+298～DK146+302段已完成初期支護(hù)的拱部左側(cè)發(fā)生噴射混凝土掉塊現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)工員立即組織掌子面施工人員迅速撤離至安全區(qū)域，約6∶10分此段拱部左側(cè)格柵及支護(hù)脫落造成拱部左側(cè)的巖體滑入洞內(nèi)，約7∶30半圍巖坍塌基本穩(wěn)定，滑塌量約80 m3。洞內(nèi)無(wú)人員傷亡，掌子面1臺(tái)噴射混凝土運(yùn)輸車(chē)、4臺(tái)噴錨機(jī)、2臺(tái)電焊機(jī)、1臺(tái)鉆爆臺(tái)車(chē)、50 m的電纜線(xiàn)及風(fēng)水管等因撤離不及被埋，挖機(jī)在撤離過(guò)程中擋風(fēng)玻璃被砸碎。1月 23日DK146+294～DK146+298段初期支護(hù)左側(cè)格柵于5∶00再次因圍巖壓力過(guò)大出現(xiàn)失穩(wěn)損壞，洞內(nèi)滑塌量增加約400 m3。通過(guò)變形觀(guān)測(cè)，DK146+284～DK146+294段初期左側(cè)拱部支護(hù)因變形過(guò)大造成侵入二襯，最大侵入厚度10 cm。1月23日～24日洞內(nèi)支護(hù)變形已基本穩(wěn)定，未再次出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

隨后施工單位進(jìn)行對(duì)隧道地表進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)DK146+300里程線(xiàn)路左側(cè)有一處地表凹陷，陷坑面積約442 m2，深度約9 m，且地表原有一條沖溝被截?cái)?，沖溝內(nèi)水體流入凹陷坑后部分經(jīng)其它滲水通道流走，未全部流入隧道洞內(nèi)。塌陷坑四周坑壁陡立，邊坡土層逐漸滑落，坑底多為浮土。

4 應(yīng)急處理措施

該隧道出現(xiàn)洞內(nèi)坍塌后，對(duì)整個(gè)隧道工期及施工安全產(chǎn)生較大影響，引起了參建單位高度重視，初步采取如下應(yīng)急處理措施：

(1)將地表水溝通過(guò)埋管的方式繞過(guò)凹陷區(qū)域沿地表進(jìn)行引排。

(2)加強(qiáng)洞內(nèi)排水，確保未坍塌段的穩(wěn)定。

(3)將DK146+260～DK146+298未坍塌段下導(dǎo)進(jìn)行回填，完成后在回填面設(shè)橫向支撐，橫向支撐采用I18的工字鋼，并采用C25的噴射混凝土，厚度20 cm。

經(jīng)初步處理后，地表沖溝已被改移順接，仰拱至鋼架脫落段下導(dǎo)已進(jìn)行了回填反壓，地表水已通過(guò)截流改道的方式繞過(guò)凹陷坑排除，洞內(nèi)積水情況得到明顯改善，排水順暢。

5 地表凹陷成因分析

地勘資料表明，隧道DK146+280～DK146+320段地表為一山間沖溝，溝心寬2～4 m，深1～2 m常年有水，雨季時(shí)水量較大，陷坑DK146+294～DK146+302段所處的地質(zhì)情況如下：地表為2～4 m厚的細(xì)角礫土及坡、洪積的土夾碎石，下為約19 m厚的全～強(qiáng)風(fēng)化砂巖、灰?guī)r，底部為弱風(fēng)化砂巖灰?guī)r，隧道洞身位于全～強(qiáng)風(fēng)化砂巖、灰?guī)r層內(nèi)。施工時(shí)左側(cè)圍巖為強(qiáng)風(fēng)化泥盆系砂巖夾灰?guī)r，右側(cè)為弱風(fēng)化砂巖夾灰?guī)r。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后確定隧道DK146+298～DK146+302段隧道左側(cè)有一豎直向發(fā)育的空洞(落水洞)，洞口高程110 m，距地表約9 m，初期塌陷時(shí)可見(jiàn)2×2 m見(jiàn)方的洞口，洞口常年被土夾碎石封住，處于穩(wěn)定狀態(tài)。因當(dāng)?shù)貛r溶侵蝕基準(zhǔn)面和隧道路肩頂部高差約20 m，推測(cè)落水洞垂直深度小于30 m。近日連續(xù)降雨加之隧道施工影響，造成落水洞洞口堵塞物松動(dòng)，大量土夾碎石、地表水落入落水洞，對(duì)DK146+298～DK146+302段隧道左側(cè)形成壓力，并造成隧道左側(cè)拱肩部分變形坍塌，約480 m3土夾碎石涌入隧道，3 000 m3土夾碎石落入落水洞，造成地面砂土流失，形成長(zhǎng)約28 m寬15 m深9 m的塌陷坑。

6 洞內(nèi)坍塌及地表凹陷處理方案

設(shè)計(jì)院會(huì)同業(yè)主、施工、監(jiān)理等單位對(duì)洞內(nèi)鋼架脫落及地表凹陷經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)查，根據(jù)地質(zhì)情況采取以下方案對(duì)洞內(nèi)坍塌段及地表凹陷區(qū)進(jìn)行處理。

(1)DK146+260～DK146+294段(已完成仰拱至鋼架脫落段)先填筑反壓平臺(tái)至拱腳，待穩(wěn)定后對(duì)DK146+260～DK146+280段采用拱墻徑向注漿進(jìn)行加固處理，DK146+280～DK146+294段采用全斷面徑向注漿進(jìn)行加固處理以確保支護(hù)的穩(wěn)定，注漿加固圈固結(jié)范圍為開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外3 m進(jìn)行施工。其中DK146+284～DK146+294段因左側(cè)拱腳部位變形量過(guò)大造成支護(hù)侵入二襯，最大侵入厚度10 cm，在拱墻穩(wěn)定的條件下，根據(jù)施工單位實(shí)測(cè)本段隧道內(nèi)凈空?qǐng)D確定加固及初期支護(hù)拆換范圍，對(duì)橫斷面侵限地段，在完成徑向注漿后分榀分臺(tái)階拆除支護(hù)格柵，加強(qiáng)支護(hù)完成后分段挖除反壓平臺(tái)。

(2)DK146+294～DK146+302段采用8～10 m超前管棚注漿進(jìn)行加固，完成后按弧形預(yù)留核心土法分榀開(kāi)挖支護(hù)，支護(hù)的同時(shí)挖除滑塌土石方。

(3)DK146+302～DK146+325段上臺(tái)階鋼架侵限，進(jìn)行注漿加固施工后拆除上臺(tái)階支護(hù)格柵，此段格柵拆除前必須完成地表處理，以確保洞內(nèi)穩(wěn)定。

(4)DK146+260～DK146+325全段全斷面均采用I18工字鋼，間距50 cm加強(qiáng)支護(hù)，錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土按Vb級(jí)圍巖支護(hù)及襯砌進(jìn)行施工。

(5)地表排水措施：將地表原有水溝繞過(guò)凹陷處，設(shè)臨時(shí)排水溝引排至下游水溝，引排長(zhǎng)度約150 m。在確保塌陷坑周?chē)鳂I(yè)安全的情況下，坍坑面采用彩條布覆蓋，防止雨水下滲進(jìn)入隧道。在完成地表凹坑回填后對(duì)原有水溝進(jìn)行鋪砌，鋪砌采用M10漿砌片石梯形排水溝，頂寬2 m，底寬1 m，高度1 m，片石厚度50 cm。鋪砌長(zhǎng)度為上游20 m，下游30 m。

(6)地表凹陷坑處理：在凹陷處隧道拱頂位置澆筑3 m厚的混凝土護(hù)拱，避免地表土石再次坍塌對(duì)洞內(nèi)的影響。為保證山體穩(wěn)定，確保運(yùn)營(yíng)安全，待洞內(nèi)處理完善并將坍塌處二襯澆筑后進(jìn)行地表陷坑回填，底部采用3 m厚片石填筑，回填片石采用注水泥漿的形式進(jìn)行固結(jié)，頂部采用粘土回填作為封閉層。

7 結(jié)束語(yǔ)

山嶺隧道施工時(shí)坍塌偶有發(fā)生，對(duì)道施工安全構(gòu)成重大威脅，隧道發(fā)生坍塌前一般有所預(yù)兆，當(dāng)已施作初支混凝土表面開(kāi)裂、剝落、掉塊時(shí)則需引起重視，特別是在淺埋段或山間沖溝段出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)就更加危險(xiǎn)，松散巖土體極有可能貫通至地表，引起大范圍坍塌及地表凹陷，后果嚴(yán)重。因此，需廣大施工技術(shù)人員提高認(rèn)識(shí)，出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，及時(shí)撤出施工人員、設(shè)備，減少人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。

總之，隧道開(kāi)挖施工前應(yīng)對(duì)隧址區(qū)地形地貌有充分的了解，對(duì)掌子面地質(zhì)有足夠的認(rèn)識(shí)；一旦發(fā)生坍塌及地表凹陷狀況，應(yīng)立即停工，待查明地質(zhì)、查清原由后再采取合理的處理方案，絕不能冒險(xiǎn)蠻干。

[1] 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D70-2004)[S]．

[2] 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTG F60-2009) [S].

[3] 胡娟.通省隧道初期支護(hù)坍塌及變形處理措施[J]．公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2016，(4) :171-172．

2016-07-22

付重君(1978-)，男，江西南昌人，工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理等方面的研究。

U456.3

C

1008-3383(2016)11-0129-02