仁竹山隧道塌方成因分析

摘 要：隨著國內高速公路建設的快速發展，公路隧道開鑿數量日益增多，隧道施工過程中不少安全問題也相伴而生，尤其是隧道塌方問題日趨嚴重。為了探究仁竹山隧道沖溝淺埋段隧道塌方的形成機理，筆者通過學習國內外對隧道塌方成因的研究，實地察看塌方事故現場，對日前仁竹山隧道淺埋段右洞掌子面塌方事故原因進行了綜合分析，認為仁竹山隧道塌方的成因有三：隧道開挖段巖質較差，自穩性差；雨水下滲影響圍巖的應力狀態；施工過程中，超前支護不足。并就此對以后處理塌方事故提出了幾點建議。

關鍵詞：仁竹山隧道；塌方；圍巖

引言

近年來，隨著人類對高速公路越來越依賴，為了進一步加快建設，福建省交通運輸廳在2009年提出建設海峽西岸經濟區“三縱八橫三環三十三聯”高速公路網。仁竹山隧道就是規劃建設中的一條區域聯絡線——漳永高速公路即漳州至永安高速公路中的一個公路隧道。于2013年8月5日18時左右，在仁竹山隧道開挖工程中，淺埋段右洞掌子面發生塌方，導致地表出現面積約25m2，深約3m的橢圓形大坑，直接影響隧道施工進度，同時也給我們提出了對于沖溝段淺埋偏壓隧道的優化設計和施工的技術性問題。

文章結合當目前國內外淺埋偏壓隧道的研究成果，以仁竹山隧道工程掌子面塌方為依托，分析淺埋偏壓隧道塌方的形成機理。分析結果對指導隧道經過沖溝淺埋段的開挖具有較大的參考價值，對于淺埋偏壓隧道快速施工以及保證施工安全都具有較大的意義。

1 現今對隧道塌方的研究及其危害

1.1 隧道塌方的機理

塌方過程大致為：隧道開挖→圍巖塑性變形→支護過大變形→支護局部破壞→支護與圍巖同時破壞失穩→塌方。在當前研究看來隧道塌方的分類方法有很多，但是終究其機理來講，還是主要分為兩大類：一類是圍巖變形過大引起的塌方，另一類是圍巖不利結構面失穩而引起的塌方。

1.2 隧道塌方的因素

隧道整體結構失穩造成塌方的主要原因包括兩個大的方面，一方面是隧道圍巖失穩塌方，另一方面是（超前）支護結構失穩塌方。但是，歸根結底隧道塌方是由于施工人員對圍巖穩定和支護結構作用原理的認識不夠造成的。隧道圍巖失穩主要是由于圍巖發生較大位移，超過了所規定的極限位移量，不能滿足隧道結構的正常使用要求或者是對施工安全具有一定的威脅。從隧道圍巖和支護結構穩定性來分析認為導致隧道塌方的原因是多方面的，主要有以下幾個方面：設計定位不合理、地質條件不良、施工方法不當、地下水等[1]。塌方事故往往不會是由單一原因導致產生的，而是多種因素共同作用的結果[2]。

2 仁竹山隧道

2.1 工程簡介

仁竹山隧道又名百丈隧道，位于漳永高速A9標段龍巖市漳平市新橋鎮境內大田坑到怡坑段，仁竹山隧道左洞樁號K120+546～ZK121+167，長621m，其中Ⅲ級204m，Ⅳ級206m，Ⅴ級211m，淺埋段為樁號ZK120+717～ZK120+735，長18m，隧道埋深2～4m；右洞樁號YK120+543～YK121+177，長634m，其中Ⅲ級204m，Ⅳ級196m，Ⅴ級234m，淺埋段為樁號YK120+725～YK120+740，長15m，隧道埋深5～7m。左右洞隧道平均長度627.5m，屬中隧道。設計采用小凈距分離式雙洞布置，進口段YK120+543～YK120+611，ZK120+546～ZK120+609為小凈距段落，凈距為9.8～12.5m，其余部分為正常分離式隧道。

2.2 淺埋段地質概況

2.2.1 地質說明

仁竹山隧道淺埋段為侵蝕剝蝕丘陵地貌。丘陵天然坡地一般為30°～40°左右，植被較發育，地表覆蓋2～4m紅色殘坡積粘性土。淺埋段隧道圍巖為坡積粉質粘土、碎塊狀強分化鈣質粉砂巖，巖體破碎溝谷處有地表水匯集，地下水較豐富，且隨季節性降水漲幅較大，開挖中地下水多呈淋雨狀出水。自穩能力差，易坍塌，處理不當會出現大坍塌，側壁長發生小坍塌，應加強支護，建議采用特殊施工工藝。

2.2.2 地質鉆孔

設計勘察期間已對隧道明挖段進行鉆孔，孔號為SS4（K120+725左12m），鉆孔的巖性描述如下：表面為坡積碎石土，中密、濕、褐黃色，主要顆粒成分為泥質粉砂巖，以尖棱為主，一般粒徑1～3cm，最大粒徑6cm，碎石含量約占70%，充填為粘性土，約占30%。下層為碎塊狀強風化泥質粉砂巖，黃褐色，粉砂狀結構，中薄層狀構造，泥質膠結，巖芯較破碎，呈碎塊狀，錘擊易碎，一般塊徑1～6cm，最大塊徑10cm，主要礦物成分為石英、長石、粘土礦物。

2.2.3 開挖段情況

隧道明挖段樁號范圍內無斷裂構造（裂隙帶、軟弱夾層），無不良地質（滑坡、崩塌）現象，K120+717-K120+740明挖段正常涌水量為91.08m3/d，最大涌水量為142.6m3/d。

3 仁竹山隧道塌方具體原因分析

3.1 塌方原因歸納

綜上分析，仁竹山隧道淺埋段右洞掌子面塌方的原因可歸納如下：

（1）仁竹山隧道沖溝淺埋段巖質差，地表為坡積粉質粘土，地表以下為碎塊狀強風化鈣質粉砂巖，圍巖強度低、自穩性差，隧道開挖穿過不穩定的軟弱地層時，由于圍巖強度不夠引起坍塌。

（2）隧道開挖恰逢雨季，雨水由巖體破碎溝谷處下滲到開挖地方，沖走掌子面充填物，使得結構面中孔隙水壓力的增大，同時也使圍巖軟化，影響圍巖的強度，雨水在一定程度上也使巖體巖結構面的抗剪強度降低。雨水的存在加劇隧道的塌方。

（3）仁竹山隧道開挖經過沖溝淺埋段時，超前支護不足，不能滿足圍巖壓力所需要求，造成塌方事故的發生。

3.2 對以后處理塌方的建議

對于隧道塌方事故，重點是要“防患于未然”，要對隧址地質勘查及其詳盡性與準確性引起足夠重視。只有做好了地質勘察工作，才能制定出安全合理的施工方案。同時，對于施工過程中出現的各種異常地質現象也應該加以重視，這些往往是塌方發生前的征兆[3]。在施工過程中，超前支護必須要做好，因為保證了施工現場和人員的安全，就是保證了隧道施工的安全和進度。而在處理塌方過程中，也要將地表的治理、洞內處治以及地下水的處治結合起來，要做好充分的準備，有明確的施工工序和方法，并且能在治理實踐中及時調整。

4 結束語

文章結合現今國內外對淺埋隧道塌方形成機理、塌方因素的研究和仁竹山隧道地質概況及掌子面塌方的現場，綜合分析認為仁竹山隧道掌子面塌方是由于仁竹山隧道開挖段巖質較差，圍巖屬于強風化巖體，自穩性差，極易引起巖體坍塌，而且，隧道開挖又逢雨季，雨水下滲，使巖體軟化，結構面抗剪強度強度降低，加劇了隧道塌方。同時，在施工過程中，超前支護不足，最終導致仁竹山隧道塌方事故發生。

參考文獻

[1]雷平，謝瓊.公路隧道塌方成因及處理技術[J].科技與企業，2013.

[2]池和朝.試論隧道塌方的處理技術[J].建材與裝飾，2014，2.

[3]李志厚.公路隧道特大塌方成因分析及綜合處治方法研究[J].工程地質學報，2008，16（6）.

致謝

文章得以順利完成，特別感謝福州大學本科生科研訓練計劃項目基金（18088）的資助和軌道與地下工程系黃明老師的悉心指導。