靈秀山隧道塌方處理淺析

邱江杰

(泉州市交通工程規(guī)劃建設(shè)管理處，福建 泉州 362000)

1 工程概況

靈秀山隧道為雙洞雙線隧道，全長(zhǎng)約400 m，左右洞呈分離式，具體布置為小凈距到過(guò)度。隧道施工采用鉆爆法；個(gè)別洞口段與Ⅴ級(jí)圍巖地段；則采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開挖作業(yè)。由于隧道所處的地質(zhì)水文條件復(fù)雜且不同地段采用的開挖方式存在差異，因此，塌方處理工作開展需從清晰水文地質(zhì)條件入手，分析塌方災(zāi)害發(fā)生的原因。

地質(zhì)方面，經(jīng)對(duì)靈秀山隧道所處環(huán)境進(jìn)行勘察進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隧道場(chǎng)地屬于剝蝕丘陵地貌，地形起伏程度較大地面坡度在20°～30°之間。此外，隧道區(qū)域的覆蓋層厚度不大，局部基巖存在裸露現(xiàn)象。水文方面，隧道處在侵蝕的基準(zhǔn)面上，且山坡破體較陡。因未有橫穿隧道區(qū)域的地表水與泉水出露，所以，判斷隧道塌方區(qū)域地表水匱乏。而地下水，則只是基巖風(fēng)華帶裂隙中的孔隙水，總體水量不高。雖受大氣降水與風(fēng)化裂隙水影響，即向山體附近溝谷中排泄，但隧道場(chǎng)地的富水性仍然很差。

2 塌方情況及原因分析

2.1 塌方情況

在對(duì)靈秀山隧道右洞向進(jìn)口方向掘進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)掘至距進(jìn)口85 m(YK3+070)處，洞身圍巖揭露突變，此段地質(zhì)原設(shè)計(jì)勘定為Ⅳ類圍巖，但實(shí)際開挖揭露情況：洞身底部至中部圍巖呈碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化混合巖狀，洞頂呈砂土狀強(qiáng)風(fēng)化混合巖狀，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化部裂隙發(fā)育，易掉塊，見少量呈水滴狀滲出，砂土狀強(qiáng)風(fēng)化礦物成分風(fēng)化強(qiáng)烈，除石英長(zhǎng)石等外其他礦物已風(fēng)化呈砂土狀、土狀，遇水易軟化崩解，手搓易散，易發(fā)生崩塌。施工單位立即采取應(yīng)急措施：對(duì)已開挖的3.0 m長(zhǎng)圍巖裸露面及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土封閉處理，然后采用V類圍巖初期支護(hù)措施做鋼拱架支護(hù)進(jìn)行架立，但在施工過(guò)程中，拱頂出現(xiàn)較大坍塌，致使架立的鋼支撐在完成噴射混凝土加固前被砸垮，在拱頂偏右部位、設(shè)計(jì)開挖輪廓線外形成一個(gè)約220 m3的空腔體，坍塌縱向深度約4.7 m，環(huán)向長(zhǎng)度約6 m，坍塌平均高度約7.5 m。

2.2 原因分析

經(jīng)對(duì)整個(gè)隧道塌方實(shí)際情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)災(zāi)害發(fā)生是水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、施工防范運(yùn)用不當(dāng)以及施工工藝不到位等綜合原因造成。但起主要作用的影響因素是，不良水文地質(zhì)條件。當(dāng)圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，巖體破碎，結(jié)構(gòu)較為松散，穩(wěn)定性差，且水量豐富時(shí)，極易出現(xiàn)塌方。具體來(lái)說(shuō)，不良水文地質(zhì)條件對(duì)靈秀山隧道工程建設(shè)的塌方影響集中在以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

(1)地質(zhì)原因

①經(jīng)對(duì)處理隧道塌方深度情況進(jìn)行實(shí)地勘察，發(fā)現(xiàn)深度高達(dá)21 m。究其原因，雖隧道建設(shè)為淺埋隧道，但所處地形條件陡峭，且坡面存在危石、滾石，降低了整個(gè)坡體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。再加上，地表沖溝發(fā)育，需要人工開挖土石方，對(duì)場(chǎng)地地形地形造成了較大程度的破壞。

②該樁號(hào)在隧道左洞附近開挖掌子面時(shí)，發(fā)現(xiàn)一條輝綠巖巖脈斜穿而過(guò)。由于巖脈延伸到隧道的右洞，因此，影響了圍巖。塌方災(zāi)害具體發(fā)生的部位處在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖交界地帶，即碎塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，因被層狀與多組節(jié)理分割形成，所以，巖體較為破碎。開挖作業(yè)過(guò)程圍巖受到擾動(dòng)失穩(wěn)，造成了塌方事故。

(2)水文原因

雖然隧道場(chǎng)地富水性不高，但開挖施工階段受連續(xù)降雨氣候條件影響，地表水增加，經(jīng)裂隙成功進(jìn)入巖體，導(dǎo)致頂板淋水量突增。由此，巖體受地下水侵泡、軟化與溶解作用下，穩(wěn)定性下降并出現(xiàn)了塌落現(xiàn)象。此外，軟弱滑動(dòng)面也受到了地下水變化的影響，強(qiáng)度降低，引發(fā)了塌方事故。

(3)施工方面原因

經(jīng)對(duì)施工完成情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖分界面上與設(shè)計(jì)要求不符，即提前30 m。這是因?yàn)椋淼朗┕そㄔO(shè)者并未對(duì)所處地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行超前探測(cè)，所以，無(wú)法按照復(fù)雜多變的地質(zhì)條件來(lái)優(yōu)化施工方案與支護(hù)處理參數(shù)。具體問(wèn)題集中在開挖進(jìn)尺較大，初期支護(hù)不及時(shí)以及臨空面過(guò)大，均是導(dǎo)致塌方事故發(fā)生的原因所在。

3 塌方處理

處理隧道塌方需在正確認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，即明確塌方形成原因情況下優(yōu)選處理方案。一旦方案不具備科學(xué)合理性，不僅現(xiàn)有塌方影響無(wú)法得到控制，還會(huì)造成不可預(yù)計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。為此，塌方處理人員應(yīng)對(duì)塌體后方進(jìn)行鞏固處理，而后，在控制周邊未出現(xiàn)塌方的圍巖，以避免損壞程度擴(kuò)大。換句話說(shuō)，就是遵循保證后方安全性原則，著手開展向前塌方處理工作。經(jīng)對(duì)以往隧道塌方事故發(fā)生情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)塌方會(huì)在1～2 d內(nèi)趨于穩(wěn)定。這里的穩(wěn)定是指，形成自然拱，且除了特殊小塊外無(wú)大閥內(nèi)坍塌。處理工作開展，首先，要利用噴射混凝土設(shè)備對(duì)塌方掌子面進(jìn)行封閉處理，以使塌穴圍巖處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。而后，當(dāng)圍巖強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度后，可通過(guò)超前注漿小導(dǎo)管與中大管棚來(lái)對(duì)塌方地段進(jìn)行貫穿處理。注漿工作開展，主要目的是固結(jié)與加固塌方段，并通過(guò)形成管梁結(jié)構(gòu)來(lái)承擔(dān)圍巖不同方向的荷載影響。再次，當(dāng)塌方體固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期后，就可在超前支護(hù)作用下，著手開展開挖與支護(hù)處理工作，直到隧道施工穿過(guò)塌方體。最后，需對(duì)塌方段進(jìn)行預(yù)留注漿孔處理，并采用泵送方式進(jìn)行塌腔進(jìn)行混凝土回填處理。

3.1 處理技術(shù)

根據(jù)以上原則，結(jié)合靈秀山隧道塌方的實(shí)際情況，處理方案如下：

(1)往洞內(nèi)塌體表面噴射20 cm厚的C25混凝土，以封閉穩(wěn)定塌體。在塌方體坡腳開挖臨時(shí)排水溝，待塌方體不再有水流滲出時(shí)，對(duì)YK3+070～YK3+075已經(jīng)按Ⅳ級(jí)圍巖支護(hù)段落，在拱頂120°范圍內(nèi)增設(shè)3.5 m徑向φ50 mm小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)，間距0.8 m×0.8 m梅花型布置，水泥漿強(qiáng)度C30，水灰比0.5∶1，注漿壓力0.5～1.0 MPa，并在拱腳打入鎖腳錨桿。

(2)在目前已完成初支YK3+070位置后退3 m(YK3+073)，采取Φ89中管棚(12 m)和φ50 mm注漿小導(dǎo)管(6 m)間距2 m，配合超前支護(hù)加固塌腔，拱頂120°范圍內(nèi)施做鋼花管，中間內(nèi)插φ50 mm注漿小導(dǎo)管加固圍巖，沿洞軸方向外傾角45°，每2排中管棚之間布設(shè)2排小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.5 m，拱架采用22b工字鋼，注漿采用C30水泥漿，水泥漿水灰比(0.5∶1～0.8∶1)，中管棚注漿壓力要雙控(即注漿壓力1～1.5 MPa，注漿量超過(guò)預(yù)設(shè)計(jì)1倍即可終止注漿)。

(3)在對(duì)空腔部位在管棚及型鋼拱架支立完成后，往塌腔泵送C30混凝土。這樣就能夠在塌腔部位形成超出2 m厚度的混凝土保護(hù)層。而后，經(jīng)預(yù)留注漿管處理且達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后，就可進(jìn)行下一次泵送作業(yè)。當(dāng)預(yù)留泵送管道的空腔內(nèi)部發(fā)揮作用時(shí)，應(yīng)保證長(zhǎng)度間隔為2 m，以為后續(xù)注漿填充提供條件。完成拱頂塌腔回填作業(yè)后，水泥強(qiáng)度應(yīng)超出70%。值得注意的是，為規(guī)避二次塌方問(wèn)題出現(xiàn)，需對(duì)洞內(nèi)塌方體進(jìn)行清理。

(4)加快隧道二次襯砌的施工，及早成環(huán)，進(jìn)一步分散塌方對(duì)初期支護(hù)引起的局部剪切應(yīng)力。針對(duì)下一步向前開挖段落YK3+070～YK3+055按照V類圍巖的設(shè)計(jì)形式進(jìn)行開挖、初期支護(hù)，并采用Z5-1二次襯砌復(fù)合支護(hù)。

3.2 處理效果

通過(guò)對(duì)地質(zhì)情況以及塌方圍巖分析，合理設(shè)計(jì)處理方案，精心安排組織施工，經(jīng)過(guò)半個(gè)月?lián)屝?，順利處理完成，控制了塌方的進(jìn)一步發(fā)展，未出現(xiàn)次生塌方。后期監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，塌方段水平收斂與拱頂下沉值僅分別為9 mm和18 mm，圍巖情況基本穩(wěn)定，說(shuō)明此方案安全可行，效果較好。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)隧道塌方將會(huì)給施工帶來(lái)很大困難和經(jīng)濟(jì)損失，因此需在施工前綜合考慮各種因素，采取必要的預(yù)防措施。業(yè)主可以將隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)于清單中以總額報(bào)價(jià)的形式列專項(xiàng)暫定金，根據(jù)實(shí)際情況委托有資格的科研或設(shè)計(jì)單位承擔(dān)此項(xiàng)工作。通過(guò)有效的探測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)異常地質(zhì)情況的段落及時(shí)變更處理，這樣將可以大大地減少塌方事故的發(fā)生。

(2)淺埋段隧道受地質(zhì)、水文等因素影響較大，尤其是砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖淺埋段隧道，受水量的影響更大。圍巖含水量急劇變化導(dǎo)致穩(wěn)定性下降，極易引起突發(fā)性塌方。因此，業(yè)主應(yīng)在雨季期間督促監(jiān)理和施工單位，加強(qiáng)日常監(jiān)測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)巡視。