淺析隧道洞口淺埋段施工風險控制及應急措施

中鐵二十五局集團第五工程有限公司 266061

摘要：本文在簡要介紹忻州隧道洞口淺埋段工程概況及施工風險的基礎上，提出了隧道洞口淺埋段施工風險控制措施及塌方應急預案。為類似大斷面黃土隧道洞口淺埋段的工程施工提供參考。

關鍵詞：隧道；淺埋段；施工風險；控制措施

1、工程概況

1.1工程地質條件

忻州隧道位于忻州市境內，進口里程DK204+580，出口里程DK207+663，全長3083m。忻州隧道全部為黃土V 級圍巖，隧道處于低山丘陵區，黃土溝壑較發育。隧道進出口均為淺埋地段，表覆新黃土，黃褐色，堅硬～硬塑，顆粒均勻，具大孔隙，含薄層細圓礫土和鈣質結核層，夾多層淺棕紅色古土壤層。下伏老黃土，淺棕紅色，堅硬～硬塑，土體緊密，含鈣質結核層和洪積碎石類土和砂土，覆土較薄。

1.2氣候條件

本區段所經地區屬寒冷地區，表現為顯著的大陸型氣候。春季干燥多風，蒸發量大；夏季降雨主要集中在 7-9 三個月；秋季降水減少，氣溫驟減；冬季雨雪稀少。由于降水在時間和空間分布上的不均勻性，使得洪災和旱災成為山西省最主要的自然災害，干旱缺水和局部性暴雨洪水頻繁發生沿線受極地大陸性冷空氣團控制時間長，冬季長，熱天短，日照富，溫差大，降水少，風沙大。

1.3施工風險

本隧道穿越地層主要為濕陷性新黃土、新黃土、老黃土層，各類地層疊加，相互交錯。全隧均為Ⅴ級圍巖，洞身淺埋。洞室易塌方、變形，局部可能引起地表 塌陷；上層新黃土具濕陷性，部分新黃土地層地基承載力未達到設計要求，易塌方、變形。洞口塌方、大變形風險等級為極高。

本隧道進出口均為淺埋地段，址區存有大量濕陷性新黃土，隧道浸水后會產生濕陷變形開裂，易引起隧道底板變形開裂進而影響運營安全。

本隧道出口橋隧相連，施工中存在施工工藝風險。

2、隧道洞口段施工風險控制措施及塌方應急

2.1地質風險控制措施

2.1.1.塌方風險控制措施

（1）洞口淺埋段采用明洞結構、V級圍巖采用雙側壁導坑法或三臺階臨時仰拱法施工；加強初期支護和鋼架鎖腳錨桿等措施。

（2）加強超前支護，洞口段采用一環φ108 的 40m 大管棚進行超前支護，洞身段采用超前小導管加固。

（3）對隧道上方天燃氣管線改移，規避風險。

（4）嚴格控制開挖進尺。嚴格遵循“管超前、弱爆破、強支護、早封閉、勤量測、及時襯砌”的施工原則，確保不出現塌方。

（5）施工中加強系統支護監控量測，并根據監控量測結果及時調整初期支護及施作二次襯砌。

（6）橋隧相連的進口洞門施工，橋臺開挖時采用鉆孔灌注樁圍護，并合理的安排施工工序，精心編制施工組織設計。

2.1.2.大變形風險控制措施

（1）加強監控量測，適時調整初期支護措施，仰拱緊跟，及時襯砌。

（2）洞口段主要采用人工或機械開挖，減少圍巖擾動降低風險。

（3）嚴格貫徹“短開挖、弱爆破、強支護、快封閉、勤測量、及早襯砌”原則進行施工。

2.1.3.基底變形風險、濕陷性風險處理

（1）對于洞門段及明洞濕陷性新黃土地層，基底采用三七灰土換填，底部采用φ400mm 水泥土擠密樁，間排距 1m×1m；樁底深至非濕陷性地層 2m。

（2）濕陷性新黃土暗洞部分與地基承載力不足的黃土地段，采用φ51mm 微型樁，間排距1m×1m，濕陷性地段樁深入非濕陷性地層 2m，一般地段樁長 6m。

（3）施工中進一步檢測黃土的濕陷性與承載力，及時反饋給設計單位，以便進一步的動態設計，安全施工。

2.1.4.冒頂、地表塌陷風險處理

通過嚴格控制塌方、大變形的風險控制措施，控制地表塌陷的引發因素，從源頭上降

低和控制塌陷的發生。

2.2其它風險控制措施

（1）隧道進、出口均接長明洞，防止淺理段隧道施工期間坍塌，以確保施工及運營安全。開挖線外 5～10m 設截水天溝，以免危及施工與運營安全。待洞門完成并按設計坡率回填后對永久坡面進行骨架護坡防護。施工中應加強邊仰坡的監控量測，確保邊仰坡穩定及施工安全。

（2）施工工藝風險控制措施

隧道出口為橋隧相接，為確保橋梁施工時隧道洞口工程的安全，洞門位置采取混凝土

鉆孔灌注樁，施工時保證至下而上的順序施工，加強地表監測，避免出現廢棄工程。

2.3隧道坍方應急措施

2.3.1.防止坍方范圍繼續擴大措施

（1）在坍方范圍的頂部與側壁及大裂縫，應先行清除或錨固。

（2）對坍方范圍前后原有的支護進行加固，以防止坍方大。

（3）在坍方范圍內打設錨桿，并噴射混凝土支護。

（4）對坍方兩端應盡快作好局部襯砌，以保證坍方擴大。

2.3.2.處理坍方

造成黃土隧道坍方的原因多數是地下水原因引起圍巖含水量增大，強度降低，變形加速，進而支護失穩而坍方，防止坍方措施是按設計要求和工藝要求做 好超前支護和開挖后的聯合支護，必要時加強支護，達到降低坍方機率。如果出現坍方我們將按下述方案進行處理。

小型坍方處理：對于小坍方應該先清理坍方面，后對坍方面采用超長錨桿加固，將錨桿伸入到圍巖的穩定區，鎖住松動圈，然后用加強聯合支護法支護，最 后再進行坍方處理。

較大坍方處理：坍方的一般規律是圍巖壓力增大，支撐壓緊，發出聲響，接著產生位移變形。圍巖掉碴，出現裂縫，直至滑動、坍塌。大坍方處理一般是坍方基本穩定后進行，先查看坍方規模，分析產生坍方原因，再制定坍方處理方案或按預案執行。處理方法一般有支頂法、固結法，兩種方法均需先進行治水和支 護加固，防止坍方事態擴大。

支頂法一般選擇圍巖穩定地段開挖導洞，埋入型鋼，用鋼筋砼鎖住兩側，上部用漿砌片石封填，對較大坍方可用套拱法，保證坍方面穩定后再進行清理。固結法是采用注漿法，先將坍體和松動部分進行注漿處理，將松動部分固結后再清理坍體。

坍方時的自救與互救：在開挖易發生坍方的地段，除了在開挖時用人工配合機械法外，專職安全員跟班作業，發現不安全因素立即撤離施工人員，工班長應立即制止人員跑動、組織人員自救互救，洞口值班室立即到洞內查看險情，制定搶救方案，想方設法利用未砸斷導管給洞內人員供風、供氧、供水。

2.3.3.塌方處洞身支護的措施

噴錨處理：由外向內、由上而下，逐段隨清坍碴隨向巖壁先噴射一薄層砂漿，然后在

噴射混凝土。混凝土宜分層噴射，每層厚 5cm 左右。噴射 1～2 層混凝土后，可隨即加錨桿再噴射混凝土。坍碴清除后，隨即做好襯砌。襯砌施工：隨著坍碴的逐步清除，襯砌逐段推進，快速成環，隨即回填密實。在坍穴最高處或兩端襯砌接頭處應預留回填及進出料口。如坍方范圍的圍巖不夠穩定。在處理坍方中有繼續坍方的可能時，可在坍方范圍內選擇適當的位置做坍體護拱，護拱用型鋼插入穩定巖層中，型鋼上碼砌片石或漿砌片石，以掩護施工操作。護拱上應以碎碴鋪填 2m 厚左右作緩沖層。

2.3.4.坍體回填

坍方清除坍碴后，則拱背應先以漿砌片石回填 2～3m 厚，其上再用干砌片石回填，回填高度應盡量填滿坍方范圍，坍體內臨時支撐應盡量拆除。在坍體的護拱與拱圈間應全部回填密實，坍體護拱以上回填厚度可根據具體情況而定，但不應小于2m。

如坍方范圍高大，在坍穴內進行回填操作不便時，可選擇適當位置另行開鑿專供回填用的坑道。如坍方直達地表，除按規定做好拱部回填外，另用一般土石回填夯填至距地表 1～2m，再用粘土回填至略高于地表并向四周傾斜，周圍做好排水溝。

3.結束語

隧道塌方將會給施工帶來很大的施工困難和經濟損失，因此需要在施工前應充分考慮到各種因素，提前采取必要的預防措施。上文是結合忻州隧道現場施工情況，介紹隧道洞口淺埋段風險分析及應急預案，希望能對類似工程提供參考。

參考文獻：

[1]張少夏. 隧道工程風險分析方法及工期損失風險研究[D].同濟大學 2006.

[2]關寶樹. 隧道及地下工程專題技術――工法概論[M].成都：西南交通大學出版社，1998