關于鳳山至凌云二級公路（凌云段）三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置分析

陸海春（百色市交通運輸局公路管理處，廣西百色533000）

關于鳳山至凌云二級公路（凌云段）三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置分析

陸海春（百色市交通運輸局公路管理處，廣西百色533000）

隧道施工過程中，圍巖的穩定性是十分重要的。在本文中，筆者結合鳳山至凌云二級公路（凌云段）工程三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置工程進行深入分析，為類似工程提供參考。

隧道；坍塌；處置；技術措施

引言

鳳山至凌云二級公路 （凌云段）工程三臺坡隧道全長204m，起止里程K36+065.948～K36+269.948，隧道凈高5m，凈寬9m，縱坡采用單向坡-1.9%，平面曲線半徑為R=450/R= 600，曲線長度L=121.227/L=86.773，隧道施工采用復合襯砌，洞口形式采用端墻式。

1 地質水文狀況

三臺坡隧道地處山丘地貌，由土山（砂巖和頁巖）和石山（石灰巖喀斯特地形）兩類組成。地貌溝谷發育伴隨沖洪積相地形且陡峭。圍巖為硬塑狀紅粘土及中風化石灰巖。紅粘土呈褐色、褐黃色，濕，硬塑，刀切面光滑，搖振無反應，韌性高，干強度高。中風化石灰巖：灰白色，灰色，隱晶質結構，中厚層狀為主。下伏基巖為泥質粉砂巖，物探顯示基巖面起伏：全風化泥質粉砂巖；強風化泥質粉砂巖，紫紅色，節理裂隙發育，可見鐵質浸染，斷面不新鮮，巖心破碎，呈碎塊狀、塊狀。地下水主要以巖溶水、基巖裂隙水為主，孔隙水次之，水質化學類型單一，屬重碳酸鈣型水，礦化度一般小于200g/m3；基巖裂隙水主要儲存在全-強風化和中風化基巖的裂隙中，水量較貧；地下水主要補給來源為大氣降水，氣侯影響特征明顯。

2 坍塌狀況

2015年5月8日下午，接到施工單位報告，由于5月4日至5月6日連日下雨，特別是5月6日夜間大暴雨。5月7日早上9：40三臺坡隧道出口方向掌子面 （掌子面里程K36+ 103）有小塊土石掉落，隨后持續掉塊到5月8日凌晨5：45洞頂坍塌，拱頂通天。掌子面往前（進口未開挖方向）和往后（已初支20#工字鋼拱架）都有坍塌，塌方破壞了2榀拱架，其中1榀拱架報廢，一榀下彎。超前小導管全部下壓彎曲報廢。

塌方掉下的都是孤石和泥土。孤石體積較大，泥土含水量達到飽和。塌方形成一個洞內長7～8m，寬8～10m，高7m左右的露天空腔，空腔邊墻上的泥土還在往外滲水。塌方表露圍巖為：左側為一個狹長型的溶洞，長約11～15m，寬為1～4m；右側為泥土夾大塊孤石。

圖1

3 處置方案

現就施工單位針對坍塌提出的處置方案如下：

（1）在地表塌方體周圍開挖排水溝，引流地表雨水，地表作業應注意作業人員安全，防止發生二次事故。①截水溝或地表注漿等作業均應離開松動或發生裂縫的土體范圍并留有安全距離；②作業人員需綁安全帶；③需派員專門觀察地面及塌腔變化等。

（2）在塌方體上方地面支設雨布，隔絕雨水，防止雨水再次造成地質災害。

（3）在洞內沿塌腔周邊并距離周邊2～5m打設鎖口錨桿，防止塌腔繼續蔓延擴大。若施工方便，也可在地表松動及開裂的土體范圍之外打設地表豎向鎖口錨桿。

（4）對掌子面及塌落體采取噴漿或壓麻袋或漿砌護墻等臨時穩固措施。在塌腔不穩定的情況下，嚴禁在塌腔內作業。

（5）右側塌方體是泥土，打設有孔的排水鋼管，將泥土中水分排出。

（6）架立20#工字鋼架，間距40～50cm，加密連接鋼筋，加強鎖腳錨桿，加強整體性。

（7）在拱架初支后面回填噴射混凝土1.5m厚。

（8）盡早開展隧道二襯施工，待此處二襯完成后隨明洞回填余下空腔（包括未冒頂的溶洞均需回填）。

（9）建議按施工圖設計方案從隧道進口（K36+065.948）架設管棚施工，按V級加強方式施工余下工程量，并注意貫通段的施工安全。

隧道幾個溶洞的施工處理情況：

（1）K36+103處拱頂坍塌通天，塌方形成一個長5.7m，寬6.3m，高7m左右的露天空腔。洞頂通天的處理采用C25噴射混泥土工藝，噴射厚度為1.5m。

（2）K36+226.483～K36+229.083段，隧道拱腰及拱頂處發現溶洞，極易導致左邊墻和拱頂滑落坍塌事故，對該處進行注漿處理，利用φ200PVC管作為引水管。

（3）K36+255.3～K36+260.3段，拱腰及拱頂圍巖依然是堆積巖，極易導致左邊墻和拱頂滑落坍塌事故，對該處進行加掛鋼筋和注漿處理。

圖2

（4）K36+169～K36+173處右側溶洞：長4m、寬2m、高2.5m，空腔采用M7.5漿砌片石填充，并預留排水管。

4 防止隧道坍塌的技術措施

在隧道工程日常的施工過程中，應當盡可能做到以護為主，寧強勿弱，步步為營，穩中求快，嚴格貫徹“管超前，少擾動，早噴錨，強支護，緊封閉，勤測量”的施工原則。從源頭上預防坍塌事故的發生，應當采用以下的技術措施：

（1）按照設計要求進行拱部開挖，不得超挖，嚴格控制進尺，沿兩側交錯進行下部開挖，不良地質每次1榀，懸空長度小于2榀拱架，開挖結束后及時進行接腿；每次小于4榀，并要及時封閉。

（2）在拱腳、墻角初預留30cm用于人工開挖，嚴禁超挖或機器代挖；嚴禁水浸泡拱腳、墻角；及時引出風鉆產生的水；打炮眼時盡量保持水平，用大石塊填實超挖部分，不可用虛碴進行回填。

（3）在圍巖較差地段留核心土，確保其大小和長度符合要求，支護面積大于掌子面的1/2，絕不能挖掉太多核心土（原因是核心土對掌子面起到了支護作用，如果挖掉太多，將會導致支護不足而造成坍方）。

（4）在超前小導管施作時，應確保相鄰2排小導管的搭接長度大于1.5m，主要目的是為了防止因超前小導管長度不夠，超前小導管在放炮后懸空，進而失去原本的作用；超前小導管的間距也要得到保證，如果需要加密，就應設計加密方案，并進行加密。

（5）拱架間距要保證，不可隨意放大，連接筋與拱架焊接要牢固，用混凝土噴滿回填超挖和坍塌部分，不得在拱架背后填塞其他物質或留有空洞，避免出現安全隱患。

（6）采用“新奧法”原則，加強側壁的錨固，關注隧道側壁的穩定性；保證約3m厚拱頂加固圈，關注拱部60°范圍的注漿與錨桿打設，形成平衡應力拱結構。

（7）隧道周圍如果形成塑性滑移楔體，就會導致支護結構的破壞。根據圍巖完整性、隧道埋深、自穩性、水文地質特征，按照拱頂上覆蓋層6～8m負重做好設計，重點考慮安全與穩定性。通過錨桿與圍巖由鋼筋網、鋼架、噴射混凝土形成組合拱，使承載環提供的支護阻力與塑性滑移楔體之滑移力處于平衡狀態，避免支護結構的剪力破壞；確保支護結構與圍巖粘貼緊密，不存在空洞現象。

（8）堅持執行隧道施工“兩堅持”原則。確保隧道作業人員的安全，并可以及時的采取措施，避免隧道坍塌的出現。①堅持地質超前預報。利用工程超前預報資料，做好預測工作，對于發現的不良工程地質狀況，制定可行的施工方案，嚴格按照方案進行施工。采取綜合手段，采用地質雷達、TSP、超前鉆孔等方法，進行超前地質預報，并指導現場施工。②堅持開展圍巖監控量測工作。圍巖應力釋放導致坍塌現象的發生，圍巖應力釋放是一個過程，雖然無法預測，但可以爭取時間進行逃生與撤離。因此，隧道施工最重要的安全管理工作就是做好圍巖監控量測，施工單位應高度重視，針對不良地質地段，每一榀鋼架進行布點監控，當需要開挖12h以內時，下一循環開挖前都要進行初測，按照量測管理基準做好測量管理工作。

（9）堅持貫徹落實隧道施工安全步距紅線管理，強調開挖方法與圍巖相匹配。軟弱圍巖及不良地質隧道初支封閉到掌子面不得大于35m；仰拱到掌子面：Ⅳ級圍巖不得大于50m，Ⅴ級圍巖不得大于40m；二襯到掌子面：Ⅳ級圍巖不得大于90m，Ⅴ、Ⅵ級圍巖不得大于70m。臺階法施工：上臺階每循環開挖進尺Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼架間距；Ⅴ、Ⅵ級圍巖不應大于1榀鋼架間距；邊墻每循環開挖支護進尺不得大于2榀；仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環開挖進尺不得大于3m。強調開挖方法與圍巖相匹配，嚴禁左右對稱開挖、掏底開挖和拉槽開挖，造成鋼架對稱懸空。

（10）做好隧底隱伏巖溶探查工作。認識巖溶產生及發育的條件是做好隧底隱伏巖溶探查工作的基礎。巖溶產生及發育條件：巖體為可溶巖；具有流動性的水；水中富氧或與大氣連通。灰巖、白云巖、白云質灰巖、頁巖、泥巖都具有可溶性，稱為可溶巖。可溶巖地段，若圍巖滲泄水由地表水補給、徑流、排泄造成，則無論設計是否要求進行隧底隱伏巖溶探查，現場都應開展隧底隱伏巖溶探查工作。

（11）做好隧道掌子面穩定工作，具體的措施有三種，分別是：掌子面錨噴、超前預支護、預留核心土，在施工中，應根據施工的具體情況，選擇最優的調整措施，由于核心土的存在影響，預留核心土的大小應滿足系統錨桿作業要求，掌子面的臨空面的穩定可以采取錨噴措施處理。

（12）做好隧道坍塌的安全培訓。隧道施工安全基本常識：掌子面與2～3B部位最容易發生坍塌，因此需要特別關注，圍巖突然掉塊，掉塊粒徑加大、頻率加大，表示有坍塌的風險；出水突然發生，且水量大，水質渾濁，出水呈噴射狀，時斷時續出水，有坍塌及突水、突泥的風險；支護突然開裂，或者是在原裂縫上發展，也表示有坍塌的風險；有濕度變化，說明可能會發生突泥、突水；突然有風有已坍塌且坍塌發展的風險；有異常聲響，說明支撐承載正在破壞。

（13）做好隧道坍塌預防管理工作。施工中專職人員對圍巖變形情況進行觀察，做好綜合判別，及早發現問題，采取相應措施：①按照位移速率進行判斷：速率小于0.2mm/d時，圍巖基本達到穩定狀態；速率變化在0.2～1.0mm/d時，應加強觀測，做好加固的準備；速率大于1mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態，應加強初期支護；②按照位移速率變化趨勢進行判斷：當圍巖位移速率變化保持不變時，圍巖還不是很不穩定，需要加強支護；當圍巖位移速率不斷下降時，圍巖處于穩定的狀態；當圍巖位移速率變化上升時，說明圍巖處于危險的狀態，須立即停止掘進，并采取相應的應急措施。

為做好隧道坍塌預防管理工作，儲備好坍塌預防應急物資，明確應急反應區段，進行坍塌應急演練。當5≤V＜2或95＜L≤100時，從V=5或L=95的里程到圍巖形變相對較大的里程，逐步推進方式實施隧道應急處理措施，采取逐步加固，這個反應區段就是最佳應急反應部位；當V從5發展到20以及L從95發展到100，這個形變過程的時間段就是最佳應急反應時機。如果可以及時發現應急反應區段，便可以采取應急措施，即使不能預防隧道坍塌的發生，也可以降低隧道坍塌程度與損失。

參照實例中的應急處理措施做好隧道坍塌的應急物資儲備工作，確保可以快速形成應急反應區段3～5m范圍臨時套拱鋼架、4.8m×6m的方格鋼架，臨時橫撐及φ280mm鋼管斜撐、縱橫向間距@0.6m×1.0m。

做好隧道坍塌應急演練的開展工作，與隧道施工安全常識培訓工作相結合，提高現場施工人員的逃生意識與急救常識，盡可能的減少人身傷亡與財產損失。

[1]公路隧道施工技術細則（JTG/TF60-2009）[S].北京：人民交通出版社，2009.

U455.4

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2095-2066（2016）36-0228-02

2016-11-20