淺析砂質黃土及泥巖隧道塌方原因及處理

摘要

砂質黃土及泥巖隧道建設中，可能出現塌方等事故。本文以實際工程為例，詳細的說明了隧道塌方事故可能的原因及處置方法，以及處置過程中的體會和建議。

關鍵詞：砂質黃土；泥巖；隧道；塌方處理

0 引言

隧道施工項目中，塌方是很典型的一種事故類型。一旦有塌方災害性事故的出現，不僅會大幅度提高施工費用、延誤工期，更有可能出現比較嚴重的人員傷害以及機械損失等;此外，如果對塌方事故處置不當，還會為后續施工和工程質量留下隱患，極大的影響工程后期養護和維修工作。因此，要十分重視對隧道塌方事故的超前預報并且及時妥善的處理可能出現的突發事故。許多因素都可能引起隧道塌方事故，既包括人為因素也包括地質因素，其中地質因素是出現塌方事故的首要原因。針對地質條件，加強施工管理能夠有效的預防和避免塌方事故的發生。不斷培養和強化施工技術人員，在不良地質環境中施工的應變能力以及對塌方等突發性事故的處理能力。

1 工程概況

1.1 隧道概況

隧道位于鄂爾多斯低山丘陵、臺地溝壑區，沖溝發育、深切，下切深度在50～100m，隧道進出口跨大部分區域在雨季下雨后溝底會出現少量流水，是由碎屑巖孔隙水通過巖風化帶及層面滲流出匯集形成；隧道進出口跨和洞身范圍中大部分覆蓋砂土。主要地層是泥巖、中更新統風和上更新統風積砂質黃土。隧道跨度從里程DK6+855至DK9+185，最大埋深77m，全長2330m。

1.2 工程地質和水文地質特征

（1）工程地質地質特征

隧道洞身通過區主要沉積地層有第四系上更新統砂質黃土、三疊系下統，砂巖夾泥巖等，具體特征如下：

砂質黃土：工點范圍中基本出露，厚度在3～20m，嚴重砂化，上層土質為粉色細砂狀，中密，稍濕～潮濕。

砂巖夾泥巖：棕紅～磚紅砂巖、青灰～灰白、泥質砂巖以及棕紅色泥巖；砂巖屬于泥鈣質膠結，巨厚～厚層層狀構造，砂泥質～中細粒結構；泥巖屬于薄層狀構造、砂泥質結構；中～強等風化層厚15～20m。

（2）地質構造

工點環境下地質構造簡單，巖層呈平緩的波狀起伏，無大型構造。

（3）不良地質

工點環境下特殊巖土主要屬于泥巖及砂質黃土：砂質黃土具有自重濕陷性，砂質黃土上層砂化成細砂狀；泥巖有弱膨脹性，遇水容易軟化、膨脹，失水容易收縮開裂。

（4）水文地質特征

工點范圍內地下水補、徑、排等特征以及賦存條件：

工程區環境中地下水主要為基巖接觸帶分布與第四系松散層的少量基巖裂隙水、砂巖地層中的孔隙水及上層滯水，基巖與松散層常分布有上層滯水和砂巖風化裂隙水產生水力聯系，雨季沖溝處有水順著接觸帶滲出。隧道洞身出露地層主要屬于砂巖夾泥巖，砂巖屬于中細粒～砂泥質結構，碎屑巖類構造，其中賦存一定量的孔隙水，可以與風化層中基巖裂隙水產生水力聯系。

圍巖富水程度分區：

通過工點地層巖性和水文地質特征、地質構造特征，將隧道圍巖賦存水程度劃分為貧水區；按照隧道埋深和位置差異，賦存水程度也會有所差別。

（5）隧道涌水量估算：

本次主要利用大氣降水滲入法，開展隧道涌水量估算工作，隧道涌水量大致為252.1m3/d。

2 塌方情況及原因分析

隧道使用上下斷面法進行施工。2010年8月10日，仰拱施工至DIIK8+348，上斷面施工至DIIK8+251，同時下斷面施工至DIIK8+334，二次襯施工至DIIK8+388，在隧道出口方位下斷面區域，爆破作業時，突發一起冒頂坍塌事故，塌方里程DIIK8+334。

塌方事件原因初步分析如下：

（1）依據現場情況，隧道上斷面屬于砂質黃土層，可進行人工開挖；下斷面屬于泥巖，進行爆破開挖。但是地質圍巖差，并且未采取有效的防護、支護措施，是引發事故的主要原因。

（2）現場監控測量不規范，缺乏對施工過程的嚴格監控。隧道監控測量工作細致，測量數據未能有效反映圍巖變形狀況，缺乏對施工的指導，是引發事故的重要原因。

（3）安全防范意識不足，未按相關施工規定的進行作業，這也是引發事故的一個原因。

3 塌方處理方案

塌方事故發生之后，根據現場實際情況，綜合之前處理類似塌方事故的經驗，初步擬定了以下兩個方案，通過比選，以便選取更為“科學可行，安全穩妥”的處理辦法。

方案一，洞外明挖：

工段埋深約18m～24m，以坍塌位置為中心在DIIK8+348～DIIK8+280段進行縱向開挖，此方案施工十分安全。然而考慮到砂質黃土滑坡、排水等因素對后期的運營帶來病害難以根治。該方案長期效果不佳。

方案二，洞內處理：

（1）將滯后的二襯混凝土澆注至目前仰拱位置，仰拱再向塌方位置澆注，以封閉成環，確保施工安全。

（2）在塌方發生后，線路左側出現一個長75m，寬80m（垂直線路走向），深18m的三角形大坑，最深處離拱頂約1.4m，開挖后出現了的傾斜坡面，造成了隧道偏壓。故需要對塌坑位置加以處理：用水泥與地表土按照比例10﹪進行摻拌，反壓回填5m，并且沿坑邊增加截水溝，在開口線邊緣和反壓回填頂面設置沉降觀測點。

（3）雙排φ42mm長度約為4.5m超前導管。加入混合漿液（水玻璃+水泥漿）設置超前預支護。超前支護起始于靠近塌方地段前，約為2m左右的區域提前進行，打入超前導管進行注漿，因塌方擾動會使得土體處在松散狀態，注漿效果與原狀土相比要更好，增加注漿壓力（1.0Mpa左右），固化拱頂上部土體。如采用φ42mm導管每40cm循環一次，間距控制在30cm左右，延續到塌方位置，以實現棚洞的效果。

（4）重新開挖塌方底部土體，每循環控制在40cm進尺，使用三臺階預留土法施工，調整參數：C25鋼纖維混凝土按30cm設置厚度，鋼架間距調整至0.5m。以此進尺嚴格保障三個臺階的步長，并逐步推進至渡過該塌方位置。

（5）塌方段全部工作完工后，對地表塌坑地段進行回填，進行地表復原工作。

4 方案選擇和體會建議

4.1 處置方案選擇

方案一的優點在于，根據以往處理塌方事故的經驗，該方案可靠性較高，能快速的恢復隧道的施工；其缺點在于排水困難，并且對運營后的維護保養造成困難，不夠經濟。

方案二的優點是，經濟效益要優于明挖方案，可以保證工程質量。小導管壓力注漿工藝已經比較成熟，現場設備齊全，操作也較為簡單便利。不足之處在于，小導管壓力注漿施工質量需要進行嚴格的控制。

綜合上述分析，最終采用第二套施工方案，成功處置了塌方。

4.2 體會和建議

（1）砂質黃土及泥巖地層，如偏壓段、溝谷段、洞口段應使用超短臺階開挖，做到緊跟襯砌，隨挖隨支，盡量縮短襯砌距離，減少圍巖暴露，必要時設置超前支護，保障安全。

（2）加強施工用水控制，保持排水暢通，嚴防地基軟化引發的坍塌事故。

（3）對已出現塌方的隧道，塌方段襯砌后方空洞必須及時回填密實，襯砌厚度要按設計要求施工，以避免留有隱患。

5 總結

砂質黃土及泥巖隧道施工中，施工與設計必須合理細致，對于軟弱地層應給予足夠的重視，嚴格按設計規范施工，努力保障在施工期間的安全，竣工后能正常的完成養護和維修工作。

參考文獻

［1］公路隧道設計規范（JTGD70-2004）［S］

［2］公路隧道施工技術規范（JTGF60-2009）［S］