隧道溶腔坍塌應(yīng)急處治技術(shù)

盧永存 蔣云東 王 余 孫 策

（1.四川沿江攀寧高速公路有限公司，四川 攀枝花 617000；2.四川川交路橋有限責(zé)任公司，四川 廣漢 618300）

0 引言

隨著交通建設(shè)的大力發(fā)展，在新建或擬建的高速公路中，橋隧占比逐漸升高。在隧道建設(shè)過(guò)程中，坍塌事故是較常見的事故之一，尤其是在巖溶地區(qū)。預(yù)防或正確處治隧道溶腔坍塌事故，對(duì)于保證隧道施工安全，保護(hù)作業(yè)人員生命安全至關(guān)重要，開展隧道溶腔坍塌事故預(yù)防及處治研究具有重要意義。本文主要就寧會(huì)隧道溶腔坍塌處治措施進(jìn)行介紹。

1 工程概況

寧會(huì)隧道為G4216線寧南至攀枝花段高速公路的控制性工程，隧道全長(zhǎng)10299m，包含主洞及1#、2#豎井，位于四川省涼山州寧南縣和會(huì)東縣交界處的大火山高中山區(qū)，穿越寧南縣石梨鄉(xiāng)和會(huì)東縣平塘鄉(xiāng)之間的大火山，設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h。主要巖層以砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖、白云巖為主，隧道經(jīng)過(guò)巖溶、涌水突泥、瓦斯、軟巖大變形、巖爆等多個(gè)不良地質(zhì)區(qū)。

2 溶腔坍塌區(qū)情況

2.1 溶腔坍塌區(qū)實(shí)際地質(zhì)情況

隧道開挖揭示掌子面主要為砂巖、頁(yè)巖，巖質(zhì)較松軟，夾雜部分泥土，巖體較破碎，圍巖裂隙發(fā)育，掌子面主要呈中-薄層結(jié)構(gòu)，拱頂近水平狀；拱頂右側(cè)有一溶腔，開挖后，溶腔不斷掉塊，自穩(wěn)能力極差，有較多地下水，總體判定為Ⅴ級(jí)圍巖。

2.2 溶腔坍塌區(qū)原設(shè)計(jì)情況

寧會(huì)隧道進(jìn)口端左洞Z2K303+805～Z2K303+855段為緊急停車帶，襯砌結(jié)構(gòu)類型為T4。超前支護(hù)為C型。

T4支護(hù)參數(shù)：Φ22藥卷錨桿300cm，Φ6.5鋼筋網(wǎng)25×25cm，C25噴射混凝土砼24cm，c30鋼筋砼50cm。T4型襯砌斷面圖見圖1。

圖1 T4型襯砌斷面圖

C型超前支護(hù)參數(shù)：?jiǎn)螌应?2×4注漿小導(dǎo)管支護(hù)，小導(dǎo)管長(zhǎng)度4.5m，縱向水平搭接長(zhǎng)度大于1m。拱部施作角度120°，循環(huán)進(jìn)尺3m，環(huán)向44根，注漿量0.32m3。C型超前支護(hù)橫斷面布置圖見圖2。

圖2 C型超前支護(hù)橫斷面布置圖

2.3 溶腔坍塌過(guò)程

當(dāng)日12：30，在隧道施工至Z2K303+844處，掌子面爆破后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)管理人員安全檢查，發(fā)現(xiàn)掌子面拱頂偶有少量掉渣現(xiàn)象，初步查看后判定拱頂存在小型溶腔。斷面清理后確定掌子面中偏右位置存在小型溶腔，溶腔孔約6㎡，溶腔走勢(shì)沿隧道縱向方向斜向向上，溶腔內(nèi)部為松散堆積土，基本穩(wěn)定。

當(dāng)日22：00時(shí)，掌子面拱頂上方溶腔涌出大量的大塊石（單塊最大可達(dá)2～3t）及泥土，溶腔口持續(xù)擴(kuò)大。

次日8：56時(shí)，掌子面拱頂上方溶腔再次涌出大量的土、石，掌子面跨方并將溶腔口全部堵塞。

次日11：00時(shí)，掌子面開始有明顯水流聲并有股狀水流出，溶腔內(nèi)持續(xù)掉塊。

在此過(guò)程中，已完成初支部位未出現(xiàn)明顯變形、開裂，經(jīng)項(xiàng)目監(jiān)控測(cè)量后，未發(fā)現(xiàn)初支有沉降現(xiàn)象。

溶腔坍塌前、后對(duì)比見圖3、圖4。

圖3 溶腔坍塌前照片

圖4 溶腔坍塌后照片

3 原因分析

直接原因：掌子面開挖后，拱頂溶腔結(jié)構(gòu)破壞，溶腔內(nèi)堆積體失穩(wěn)垮塌，誘發(fā)掌子面塌方。

間接原因有以下幾點(diǎn)：

（1）垮塌位置處于頁(yè)巖與T3-J1bg砂巖交界處，在巖性交接面有小型斷層的存在。

（2）溶腔處于圍巖較發(fā)育，為地下水侵蝕溶腔，溶腔內(nèi)填充物為軟弱泥夾石，自穩(wěn)能力極差，經(jīng)擾動(dòng)易大規(guī)模失穩(wěn)。

（3）在爆破振動(dòng)作用與溶腔內(nèi)部堆積體自身荷載作用下，造成溶腔結(jié)構(gòu)破壞[1]。

4 溶腔坍塌危害及風(fēng)險(xiǎn)

（1）塌方發(fā)生時(shí)間短，方量大，掌子面作業(yè)人員若撤離不及時(shí)有發(fā)生較大安全生產(chǎn)事故風(fēng)險(xiǎn)。

（2）塌方發(fā)生時(shí)伴隨塌方體產(chǎn)生有毒有害氣體，造成隧道有毒有害氣體超標(biāo)，有人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)。

（3）靠近掌子面作業(yè)，機(jī)械設(shè)備如未及時(shí)撤離，有被埋壓損壞風(fēng)險(xiǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失。

5 應(yīng)急避險(xiǎn)及處治方案

5.1 應(yīng)急避險(xiǎn)

（1）掌子面爆破后，現(xiàn)場(chǎng)管理人員立刻對(duì)掌子面進(jìn)行了安全檢查，在確認(rèn)出現(xiàn)溶腔后，第一時(shí)間暫停了施工，并啟動(dòng)隧道坍塌應(yīng)急響應(yīng)，拉響隧道應(yīng)急警報(bào)，組織掌子面人員及設(shè)備撤離，同時(shí)第一時(shí)間向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。

（2）在人員全部撤離掌子面后，立刻安排人員對(duì)掌子面前50m范圍內(nèi)進(jìn)行警戒封閉，禁止所有人員進(jìn)入，并依靠隧道內(nèi)監(jiān)控對(duì)掌子面情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）在掌子面基本穩(wěn)定后，組織人員對(duì)靠近掌子面10m范圍內(nèi)初支變形及沉降進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控量測(cè)。

（4）加強(qiáng)隧道通風(fēng)，同時(shí)對(duì)隧道內(nèi)有毒有害氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5.2 處治方案

（1）掌子面立即采用洞渣進(jìn)行反壓，確保掌子圍巖穩(wěn)定及作業(yè)安全，同時(shí)為后續(xù)的處治提供施工平臺(tái)[2]。

（2）為確保掌子面揭露的溶腔口的穩(wěn)定，保證施工及結(jié)構(gòu)安全，Z2K303+834～Z2K303+844段采用Φ42注漿小導(dǎo)管進(jìn)行周邊注漿加固處理[3]。

（3）加強(qiáng)超前支護(hù)類型：掌子面前方超前支護(hù)采用Φ108自進(jìn)式管棚[2]。

超前支護(hù)分布范圍：Φ108自進(jìn)式管棚環(huán)向間距40cm，管棚環(huán)向布設(shè)按掌子面揭露的溶腔口大小并沿兩側(cè)延伸至不小于2m范圍，不宜全環(huán)施做；管棚下方采用Φ42雙層小導(dǎo)管注漿固結(jié)。

超前支護(hù)長(zhǎng)度：因目前為掌握溶腔沿隧道縱向分布的長(zhǎng)度，初步擬定中108管棚長(zhǎng)20m，在施工過(guò)程中根據(jù)第1、2根管棚的鉆進(jìn)過(guò)程中是否見基巖，調(diào)整管棚長(zhǎng)度。

（4）對(duì)塌腔增設(shè)防落反沖層，內(nèi)部采用輕質(zhì)泡沫混凝土及吹沙進(jìn)行分層填充[4]。

（5）Z2K303+844-Z2K303+855段加寬帶變更為T5型襯砌類型(Φ 22藥卷錨桿350cm，Φ8鋼筋網(wǎng)20×20cm，I20b工字鋼鋼架50cm/榀，C25噴砼26cm)；Z2K303+855～Z2K303+867段主洞(非加寬段)初期支護(hù)采用I20b工字鋼（間距60cm，初支不封閉)，二襯采用45cm厚鋼筋混凝土。

（6）溶腔處治段增設(shè)環(huán)向、縱向排水管[5]。

溶腔平面示意圖見圖5，T5型襯砌斷面圖見圖6。

圖5 溶腔平面示意圖

圖6 T5型襯砌斷面圖

6 結(jié)束語(yǔ)

本次溶腔坍塌事故能成功避險(xiǎn)，主要是因?yàn)轫?xiàng)目應(yīng)急管理體系運(yùn)行正常，應(yīng)急響應(yīng)及時(shí)，應(yīng)急措施得當(dāng)。同時(shí)，此次成功避險(xiǎn)，為此類地質(zhì)情況隧道施工及溶腔坍塌事故處理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和參考價(jià)值。