山嶺公路隧道進出洞口淺埋地表塌陷致災研究

馬一躍，杜歡歡

（1.浙江交工集團股份有限公司，杭州310000；2.溫州理工學院，浙江 溫州325000）

1 引言

山嶺隧道洞口淺埋段覆土多屬于強風化帶，其圍巖自穩(wěn)能力較差，在開挖過程中隧道頂部的塑性區(qū)易實現(xiàn)貫通，從而產(chǎn)生較大的變形并導致塌方等隧道災害[1，2]。關(guān)于隧道洞口塌陷的研究，早期多基于風險評估方法[3]對進行分析，地質(zhì)條件是隧道塌方的主要內(nèi)在因素[4]。監(jiān)控測量數(shù)據(jù)是塌陷災害預警最可靠的數(shù)據(jù)來源，大量學者采用監(jiān)測手段對隧道洞口塌陷進行分析。

本文依據(jù)某山嶺隧道出洞口的施工過程和坍塌災害，結(jié)合現(xiàn)場地表沉降監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析，為相關(guān)隧道施工過程中的災害預警、監(jiān)控測量提供借鑒。

2 工程概況

某山嶺隧道左洞長835 m，右洞長848 m。左右幅隧道均為上坡，左幅隧道縱坡坡度為2.4%，右幅隧道縱坡坡度為2.5%。隧道進口段有F1 斷層通過，破碎帶寬約5 m，對隧道影響較大。道區(qū)出露地層有：覆蓋層為第四系殘坡積層粉質(zhì)黏土、碎石土，下浮二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及煤層、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖。場區(qū)地下水類型主要為孔隙水、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥巖及玄武巖風化裂隙水及碳酸鹽巖溶水，地表未見泉水出露。場區(qū)地下水主要靠大氣降水補給，雨水滲入砂泥巖風化裂隙中，向地勢低洼的溝谷下游徑流排泄。地下水對弱透水層有酸性強腐蝕性。

出口右洞出露地層有覆蓋層，為第四系殘坡積層粉質(zhì)黏土、碎石土，下伏二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及煤層、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖。塌方處掌子面埋深6.5 m，掌子面揭露巖性為強風化、玄武巖，圍巖極破碎，覆蓋層為黃色粉質(zhì)黏土、黃褐色碎石土，巖體自穩(wěn)能力差。在開挖擾動下易發(fā)生滑移或垮塌。施工時本隧道在右洞出口處發(fā)生坍塌，如圖1所示。

3 隧道地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在隧道開挖施工前，在進出洞口邊坡及時埋入地表沉降觀測點，每個斷面布置7 個測點，每個監(jiān)測點打入地下1 m 長鋼筋并在表面用混凝土固定，為防止表面鋼筋被雨水腐蝕采用油漆噴涂，地表沉降的基準點位于距離監(jiān)測點15 m 遠處，遠離隧道掌子面。

地表沉降可以直觀地反映隧道斷面的變形趨勢。隧道右洞出口端洞口段Y7+700 斷面地表沉降測點累計沉降曲線如圖2 所示，隨著時間的增加，累積沉降量逐漸增加，在8 月15日時累積沉降曲線出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折點，累積沉降量迅速增加。此時，該斷面監(jiān)測點的沉降速率從0 迅速增大（見圖3），且增大的速度逐漸加快，其中F、G 兩測點的沉降速率增加最為明顯。20 日下午，于出口端右洞該斷面F、G 測點附近發(fā)現(xiàn)地表塌陷（見圖1），地表最大累計沉降量高達-2 889.72 mm（見圖4）。各點總累計沉降曲線總體呈直線狀，即處于隧道開挖軸線上方的測線各點沉降量差距不大。YK7+700 測線的總體沉降大于YK7+710 測線，且由于地表出現(xiàn)塌方，F(xiàn)、G 兩個測點出現(xiàn)極大的沉降。

圖1 現(xiàn)場隧道塌陷

圖2 Y7+700 斷面地表沉降測點累計沉降曲線

圖3 Y7+700 斷面地表沉降測點沉降速率

圖4 地表沉降累計值

YK7+700 斷面地表塌陷處出露全～強風化玄武巖。全～強風化玄武巖由于結(jié)構(gòu)松散，顆粒級配不均勻，存在軟弱面，在輕微的擾動之下即有可能發(fā)生坍塌事故。隧道開挖過程中由于卸荷作用產(chǎn)生應力松弛區(qū)，同時支護不及時，最終造成該區(qū)域的失穩(wěn)破壞。掌子面右上側(cè)存在較大范圍掉渣、漏土，并且漏土情況持續(xù)發(fā)生，據(jù)此推斷該隧道右洞出口端極可能發(fā)生大規(guī)模的冒頂。

4 塌陷分析及措施

綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實際情況，得到本次山嶺隧道施工坍塌事故的基本過程（見圖5）。當隧道掘進至YK7+700 界面附近時，隧道埋深約為6.5 m，地層中結(jié)構(gòu)軟弱面的存在、施工擾動的影響等原因的共同作用，造成掌子面上方土體失穩(wěn)。

圖5 地表塌陷示意圖

針對隧道出口右幅情況，地表發(fā)生大規(guī)模塌陷后，最終采取了如下措施，用塑料膜覆蓋地表塌陷處，防止雨水進入破壞土體穩(wěn)定，防止發(fā)生進一步的災害；漏頂處埋設(shè)鋼筋以加固土體，并對土體灌漿，灌漿后靜置10 d。為了保證工期，在右線暫停施工的過程中繼續(xù)開挖隧道左線。待左線隧道開挖完成后，從隧道右線出口處逆向掘進，最終貫通，如圖6 所示。

圖6 塌陷后的施工方案示意圖

5 結(jié)論

本文以某山嶺隧道地表塌陷工程事故為背景，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，得到以下結(jié)論：

1）地表沉降觀測數(shù)據(jù)在塌陷發(fā)生前已經(jīng)有發(fā)散趨勢，施工中應據(jù)此及時做出判斷和預警，采取支護措施，必要時組織人員撤離。

2）隧道監(jiān)控工作是隧道施工過程中的關(guān)鍵工作。本項目實施期間，緊跟掌子面，按量測斷面埋設(shè)原則，認真、高效地完成現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)。及時分析、處理數(shù)據(jù)，把量測結(jié)果反饋給施工單位，指導施工，保證了施工安全，圓滿完成了該項監(jiān)測任務。