S446省道扎窩至紅巖改擴(kuò)建項(xiàng)目中隧道塌方處置思考

摘要：近幾年，軟巖隧道作為隧道專業(yè)的重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，被廣泛關(guān)注。本文主要介紹一次軟巖隧道的從大變形逐漸發(fā)展成塌方的情況及后續(xù)處理辦法，希望對(duì)今后類似施工及事故處理起到一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：軟巖隧道；塌方；處理技術(shù)

一、工程概況

（一）工程情況

S446扎紅路項(xiàng)目是阿壩州的一條重要的南北向通道，連接著松潘縣、黑水縣和理縣，是G213和G248之間一條縱向通道，方便了三地之間的交通往來(lái)，加強(qiáng)了黑水縣東西向和南北向的通達(dá)能力，強(qiáng)化了黑水縣的交通樞紐地位。該項(xiàng)目建設(shè)對(duì)加快黑水縣脫貧致富具有重要意義。

該項(xiàng)目周邊有較多的規(guī)劃路網(wǎng)，項(xiàng)目東側(cè)有規(guī)劃的汶川至川主寺高速公路，項(xiàng)目北側(cè)有規(guī)劃的馬爾康—尕里臺(tái)高速公路，項(xiàng)目西側(cè)有規(guī)劃的馬爾康—久治高速公路，項(xiàng)目南側(cè)有規(guī)劃的汶川—馬爾康高速公路。本項(xiàng)目的建設(shè)使黑水縣與周邊的高速路網(wǎng)聯(lián)系更加緊密，對(duì)外出行更加便利。

本項(xiàng)目路線全長(zhǎng)為8.359km，全段擬采用瀝青混凝土路面。設(shè)置隧道管理所一處。

（二）隧道情況

扎窩隧道位于黑水縣境內(nèi)，隧道進(jìn)口位于扎窩鄉(xiāng)克別村境內(nèi)，隧道出口位于二瓜西村，隧道總體軸線方向約156°；扎窩隧道K1+516.098—K4+150，全長(zhǎng)為2667.00m，洞凈寬9.0m，洞凈高5.0m，進(jìn)口段洞底設(shè)計(jì)高程2220.00m，地面高程2226.4m，出口段洞底設(shè)計(jì)高程2262.320m，地面高程2275.586m。隧道最大埋深約404.43m，位于里程K2+180，為一條深埋的長(zhǎng)隧道。

隧址區(qū)屬季風(fēng)高原型氣候區(qū)，旱、雨季分明，日照充足，氣溫年差較小，日差較大，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)是阿壩州降水較多的地區(qū)之一，降雨分布不勻，夏季集中，秋季陰雨連綿，雨量的日變化大，夜間降雨占全年總降雨量的70.2%，年平均降雨量為620.2mm。無(wú)霜期平均為166.1天，地勢(shì)較低的河谷地帶為230天左右。年平均氣溫為9.5℃，最低極端氣溫–14.4℃。

擬設(shè)路線在黑水河與毛爾蓋河之間。黑水河和雜谷腦河，均為岷江支流，屬岷江水系。

黑水河，是長(zhǎng)江支流岷江上游最大的支流，位于阿壩州黑水縣和茂縣境內(nèi)，有西、北兩源：西源發(fā)源于黑水縣西部的羊拱山麓；北源發(fā)源于毛爾蓋草原，其流程和面積均大于西源，但通常以西源為干流。流經(jīng)阿壩州黑水縣和茂縣，由茂縣回龍鄉(xiāng)沙壩區(qū)的兩河口注入岷江。全流域面積為7240km2，占岷江上游流域面積的31.4%。河口多年平均流量140m3/s，干流全長(zhǎng)122km，落差達(dá)1048m，平均比降低了8.6%。

毛爾蓋河，發(fā)源于四川省阿壩藏族羌族自治州松潘縣西部夏沃隆山麓。流域面積3230km2，占黑水河流域面積的44.6%，干流全長(zhǎng)96km（草原鄉(xiāng)—河口），落差為1254m，平均比降低了13.0‰。多年平均流量66m3/s，水量豐沛，徑流穩(wěn)定，水能資源較豐富。

（三）塌方路段情況

扎窩隧道4號(hào)緊急停車帶（K3+345.65—K3+294.35）因圍巖破碎、大變形等問(wèn)題，前后發(fā)生過(guò)兩次變更，最終發(fā)展為坍塌。

塌方帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)為三疊系統(tǒng)侏倭組（T3zh），巖體呈灰色至深灰色，薄、中至厚層、塊狀細(xì)粒石英砂巖與粉砂質(zhì)板巖。砂巖與板巖呈互層狀產(chǎn)出，砂巖與板巖之厚度比約為7∶3或6∶4。上部韻律清晰，常見(jiàn)夾1～2層厚數(shù)10m的厚塊狀變質(zhì)砂巖，下部以砂巖夾較多板巖為主，韻律特征不明顯。褶皺發(fā)育、巖層傾角一般大于50°，節(jié)理裂隙發(fā)育。

二、塌方前的處理

（一）開(kāi)挖前支護(hù)參數(shù)調(diào)整

K3+345.65—K3+294.35段落為設(shè)計(jì)中緊急停車帶（四）段落，由大里程向小里程方向施工。原設(shè)計(jì)該段落為Ⅳ級(jí)圍巖，實(shí)際揭示后掌子面圍巖差，以炭質(zhì)板巖為主，夾雜中風(fēng)化砂巖，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖層破碎，持續(xù)掉塊，經(jīng)四方現(xiàn)場(chǎng)查勘后共同確定圍巖等級(jí)變更為V級(jí)圍巖，并調(diào)整支護(hù)參數(shù)，采用《Ⅴ級(jí)圍巖緊急停車帶砌設(shè)計(jì)圖》結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)挖。開(kāi)挖方法由原來(lái)的三臺(tái)階預(yù)留核心土開(kāi)挖改為CD法開(kāi)挖。

（二）第一次發(fā)生大變形

K3+345.65—K3+330段變更后按照《緊急停車帶V級(jí)圍巖施工方案設(shè)計(jì)圖》中的CD法進(jìn)行開(kāi)挖施工，施工過(guò)程中圍巖以強(qiáng)風(fēng)化砂巖、板巖為主，極其破碎，呈碎石土狀。施工至K3+333處時(shí)，K3+345.65—K3+333段線路右側(cè)初支及中隔壁臨時(shí)支護(hù)發(fā)生較大的收斂、沉降變形，拱頂?shù)魤K嚴(yán)重，拱架扭曲變形。

導(dǎo)坑掌子面施工至K3+333時(shí)監(jiān)控量測(cè)顯示該處圍巖變形量超警戒值（圖1），單日收斂量達(dá)30mm?，F(xiàn)場(chǎng)踏勘后對(duì)在原有方案基礎(chǔ)上補(bǔ)充后注漿，臨時(shí)鋼支護(hù)方案，注漿管參數(shù)采用護(hù)拱間距0.6m，拱架型號(hào)I20b，徑向小導(dǎo)管型號(hào)?42mm×4mm，長(zhǎng)3.5m，間排距為1m×0.6m，臨時(shí)鋼支護(hù)采用I20b工字鋼結(jié)構(gòu)。

三、塌方情況

導(dǎo)坑掌子面施工至K3+319時(shí)，K3+340—K3+319段初期支護(hù)突然發(fā)生劇烈變形并迅速發(fā)展為塌方。塌方形成后，塌腔上方大股地下水涌出并伴隨?30～?80的碎石。上方塌腔形成自然堆積坡，封住塌口。

從現(xiàn)場(chǎng)勘察（圖2）來(lái)看，從掌子面20m的初期支護(hù)都受到不同程度的破壞，塌腔位于拱頂右側(cè)。塌體破碎，夾有泥質(zhì)，且塌腔中有大量的碎石堆積，無(wú)法探明上方塌腔具體大小。

推測(cè)塌方原因?yàn)殚_(kāi)挖掌子面后擾動(dòng)巖層，出現(xiàn)新的水路使圍巖后側(cè)出現(xiàn)新裂隙與地下水連接，地下水積存在裂隙中，將巖體中的千枚巖軟化，原本的圍巖結(jié)構(gòu)被破壞，失去自穩(wěn)能力，巖體從原本的協(xié)助受力轉(zhuǎn)變?yōu)榧兒奢d。裂隙位置偏右導(dǎo)致出現(xiàn)局部偏壓情況，最終使初期支護(hù)發(fā)生偏壓破壞。而原本地下水經(jīng)過(guò)此次塌方順利流出，對(duì)圍巖的破壞作用停止。

四、塌方處理

處理塌方面臨以下三個(gè)難點(diǎn)：首先初期支護(hù)已產(chǎn)生偏壓破壞，需要重新施作初期支護(hù)才能進(jìn)入工作面處理塌方；其次，塌腔上方還存在失穩(wěn)堆積體，上方堆積體大小不明，清理塌腔前需先加固塌腔內(nèi)堆積體，防止清理堆積體產(chǎn)生后續(xù)問(wèn)題；最后，原設(shè)計(jì)緊急停車帶大斷面在該處實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大，容易出現(xiàn)二次塌方問(wèn)題，需要將該處改為小斷面開(kāi)挖。

根據(jù)以上幾點(diǎn)，制訂以下塌方處置方案（表1）。

反壓回填，從掌子面回填至被破壞的初期支護(hù)前，形成工作面。

由于部分巖體已失去自穩(wěn)能力，無(wú)法采用“荷載—結(jié)構(gòu)”體系，改為采用剛性支護(hù)。使用長(zhǎng)30m的長(zhǎng)管棚，一直延伸至原掌子面后方穩(wěn)定巖層中。

重新開(kāi)挖，對(duì)被破壞的初期支護(hù)拆除并重新施作，取消原設(shè)計(jì)緊急停車帶斷面，換為普通行車斷面，襯砌結(jié)構(gòu)采用《Ⅴ級(jí)破碎帶襯砌設(shè)計(jì)圖》施工。調(diào)整后緊急停車帶位置待處理完塌方后另行決定。

重新開(kāi)挖至原掌子面處時(shí)，使用?42小導(dǎo)管對(duì)塌腔注漿，進(jìn)一步穩(wěn)定上方破碎體后再向前開(kāi)挖。

塌腔中流水留管引出，防止該處二次積水，造成二次塌方。

隧道開(kāi)挖方式由原設(shè)計(jì)CD法開(kāi)挖改為留核心土法開(kāi)挖。

五、處理結(jié)果與原因分析

經(jīng)過(guò)30天的處理，順利通過(guò)驗(yàn)收，質(zhì)檢合格，后方孔洞使用注漿混凝土填滿。該隧道現(xiàn)已順利貫通。

在本次塌方事故中，監(jiān)控量測(cè)起到重要的預(yù)警作用，在初次變形后及時(shí)加強(qiáng)了襯砌結(jié)構(gòu)，避免了更大事故的發(fā)生。但相關(guān)人員對(duì)塌方的產(chǎn)生原因沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)，只做了臨時(shí)處理，未進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)變形后形成新水路，導(dǎo)致地質(zhì)失穩(wěn)，從而造成塌方事故。

地質(zhì)預(yù)報(bào)因其局限性未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)在襯砌范圍外存在新水路的情況，從而錯(cuò)過(guò)了排除隱患的最佳時(shí)機(jī)。

總的來(lái)說(shuō)，此次事故是對(duì)隧道隧址地質(zhì)認(rèn)識(shí)不到位，未能掌握巖體卸載后軟巖變形的特性，導(dǎo)致未能及時(shí)意識(shí)到隧道大變形引起的水對(duì)圍巖的破壞，進(jìn)而造成的塌方。

六、結(jié)語(yǔ)

軟巖隧道的巖性不同于其他隧道，在施工過(guò)程中要對(duì)開(kāi)挖后圍巖的變形有清晰的認(rèn)識(shí)，在有失穩(wěn)預(yù)兆時(shí)應(yīng)對(duì)其產(chǎn)生的原因有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。軟巖不同于其他圍巖，其在開(kāi)挖卸荷后不會(huì)因卸載形成的強(qiáng)度反而會(huì)使原本的巖層結(jié)構(gòu)迅速被破壞導(dǎo)致風(fēng)化失穩(wěn)，失去強(qiáng)度，不能形成結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)，在砂巖、板巖互層地段，有易溶于水的千枚巖結(jié)構(gòu)，在地下水的侵蝕作用下，原本脆弱的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步被破壞，造成大變形。千枚巖溶于水后形成泥漿，又將隧道圍巖中的裂隙填充，堵塞了后注漿的通路，導(dǎo)致采用后注漿方案沒(méi)有形成有效的防護(hù)。

應(yīng)對(duì)這種情況，筆者總結(jié)了以下三條經(jīng)驗(yàn)。

（1）軟巖隧道圍巖會(huì)隨著形變而喪失自穩(wěn)能力，需要靠更多的支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)承載荷載。

（2）監(jiān)控量測(cè)的預(yù)測(cè)作用在軟巖隧道軟巖變形發(fā)生突變往往意味著圍巖后方已經(jīng)發(fā)生了破壞，需要及時(shí)反壓回填，做好超前加強(qiáng)措施，避免發(fā)生塌方。

（3）隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。有條件的情況下可以監(jiān)測(cè)隧道圍巖后方的富水段，對(duì)潛在的積水隱患點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)引排，排除隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃志文. 軟巖隧道塌方原因及處理措施分析[J]. 黑龍江交通科技，2019，42（06）：4.

[2]吳發(fā)展. 同寨隧道軟巖塌方處理措施探討[J]. 低溫建筑技術(shù)，2018，40（11）：3.

[3]張曉今，鐘毫忠，張超. 淺埋山嶺隧道軟巖段塌方原因分析及處理技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2018，55（02）：7.

[4]蔡鵬宏，李長(zhǎng)林，趙志華.任家溝1#大跨度千枚巖隧道塌方處理技術(shù)[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2012（11）：3.

[5]劉洋.軟巖隧道塌方處理技術(shù)[J].交通世界，2022（17）：49-52.

作者簡(jiǎn)介：袁博懷（1991），男，浙江省杭州市人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)橥聊竟こ?、隧道工程?/p>