隧道洞內坍塌及地表凹陷的成因分析及處理方案

付重君

(江西贛粵高速公路工程有限責任公司，江西 南昌 330000)

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隧道洞內坍塌及地表凹陷的成因分析及處理方案

付重君

(江西贛粵高速公路工程有限責任公司，江西 南昌 330000)

以國內某隧道為背景，詳細介紹了隧道洞內坍塌險情的發展過程。通過資料收集及現場實地調研，深入探討了地表凹陷與洞內坍塌的成因。針對洞內坍塌情況，分段采取注漿加固、超前管棚、弧形預留核心土分榀開挖等措施進行處理；在地表凹陷處澆筑3 m混凝土護拱，并用片石回填，粘土封頂。實踐表明，處理效果良好，為其他類似情況提供了參考。

隧道；坍塌；地表凹陷；方案

1 引 言

山嶺隧道翻山越嶺，工程水文地質復雜，施工時坍塌現象較為普遍，尤其是當洞內坍塌與地表凹陷同時出現時，往往后果嚴重，稍有處理不當就會造成重大損失。因此，對洞內坍塌與地表凹陷采用恰當方案進行處理就顯得尤為重要，本文正是從此處入手，在洞內坍塌及地表凹陷成因分析的基礎上，對山嶺隧道坍塌及地表凹陷處理進行研究，提出了通用性較強的處理方案。

2 工程概況

某隧道起訖里程為DK146+98～DK148+198，長度2 090 m，隧道最大埋深約151 m，縱坡為-5.4‰、-4.0‰的下坡。隧道位于丘陵區，地勢北高南低，地形起伏較大，高程為100～260 m，相對高差20～160 m。地表植被茂密，多為灌木、草叢。

2.1 工程地質

隧道穿越地層主要為第四系全新統殘、坡積粉質粘土、細角礫土、粗角礫土、白堊系上統泥巖，泥盆系上統砂巖、石灰巖，泥盆系中統砂巖、石灰巖。隧道位于丹霞山盆地邊緣丘陵地帶，經歷了從加里東期到喜馬拉雅期的多次構造運動，地質構造復雜，褶皺斷裂發育，以強烈的新華夏斷皺為主，形成規模各異的斷陷盆地。隧道洞身段發育有一條斷層F10，斷層破碎帶與隧道洞身相交于DK146+980，斷層性質不明，破碎帶及其影響帶寬度30～40 m。

2.2 水文地質

隧道出口段粗角礫土層內儲存有地下水，且為承壓水，水量較大，對隧道施工有一定影響；其他地段地下水主要為基巖裂隙水，水量一般較小，隧道正常單位涌水量q=1 766.82/2.095=843.35 m3/d.km。隧道出口段泥盆系上統石灰巖內發育有巖溶，施工時可能有較大巖溶水。雨季降水量較大時，在山間沖溝洼地地下水富集，可能在隧道內形成突水、突泥現象。

3 現場施工動態

2014年1月22日隧道拱部掌子面掘進至DK146+325，下導支護至DK146+298,仰拱施工至DK146+260。1月22日約6∶00，拱部開挖面鉆眼工人交接班時發現DK146+298～DK146+302段已完成初期支護的拱部左側發生噴射混凝土掉塊現象，現場領工員立即組織掌子面施工人員迅速撤離至安全區域，約6∶10分此段拱部左側格柵及支護脫落造成拱部左側的巖體滑入洞內，約7∶30半圍巖坍塌基本穩定，滑塌量約80 m3。洞內無人員傷亡，掌子面1臺噴射混凝土運輸車、4臺噴錨機、2臺電焊機、1臺鉆爆臺車、50 m的電纜線及風水管等因撤離不及被埋，挖機在撤離過程中擋風玻璃被砸碎。1月 23日DK146+294～DK146+298段初期支護左側格柵于5∶00再次因圍巖壓力過大出現失穩損壞，洞內滑塌量增加約400 m3。通過變形觀測，DK146+284～DK146+294段初期左側拱部支護因變形過大造成侵入二襯，最大侵入厚度10 cm。1月23日～24日洞內支護變形已基本穩定，未再次出現脫落現象。

隨后施工單位進行對隧道地表進行調查，發現DK146+300里程線路左側有一處地表凹陷，陷坑面積約442 m2，深度約9 m，且地表原有一條沖溝被截斷，沖溝內水體流入凹陷坑后部分經其它滲水通道流走，未全部流入隧道洞內。塌陷坑四周坑壁陡立，邊坡土層逐漸滑落，坑底多為浮土。

4 應急處理措施

該隧道出現洞內坍塌后，對整個隧道工期及施工安全產生較大影響，引起了參建單位高度重視，初步采取如下應急處理措施：

(1)將地表水溝通過埋管的方式繞過凹陷區域沿地表進行引排。

(2)加強洞內排水，確保未坍塌段的穩定。

(3)將DK146+260～DK146+298未坍塌段下導進行回填，完成后在回填面設橫向支撐，橫向支撐采用I18的工字鋼，并采用C25的噴射混凝土，厚度20 cm。

經初步處理后，地表沖溝已被改移順接，仰拱至鋼架脫落段下導已進行了回填反壓，地表水已通過截流改道的方式繞過凹陷坑排除，洞內積水情況得到明顯改善，排水順暢。

5 地表凹陷成因分析

地勘資料表明，隧道DK146+280～DK146+320段地表為一山間沖溝，溝心寬2～4 m，深1～2 m常年有水，雨季時水量較大，陷坑DK146+294～DK146+302段所處的地質情況如下：地表為2～4 m厚的細角礫土及坡、洪積的土夾碎石，下為約19 m厚的全～強風化砂巖、灰巖，底部為弱風化砂巖灰巖，隧道洞身位于全～強風化砂巖、灰巖層內。施工時左側圍巖為強風化泥盆系砂巖夾灰巖，右側為弱風化砂巖夾灰巖。

現場調查后確定隧道DK146+298～DK146+302段隧道左側有一豎直向發育的空洞(落水洞)，洞口高程110 m，距地表約9 m，初期塌陷時可見2×2 m見方的洞口，洞口常年被土夾碎石封住，處于穩定狀態。因當地巖溶侵蝕基準面和隧道路肩頂部高差約20 m，推測落水洞垂直深度小于30 m。近日連續降雨加之隧道施工影響，造成落水洞洞口堵塞物松動，大量土夾碎石、地表水落入落水洞，對DK146+298～DK146+302段隧道左側形成壓力，并造成隧道左側拱肩部分變形坍塌，約480 m3土夾碎石涌入隧道，3 000 m3土夾碎石落入落水洞，造成地面砂土流失，形成長約28 m寬15 m深9 m的塌陷坑。

6 洞內坍塌及地表凹陷處理方案

設計院會同業主、施工、監理等單位對洞內鋼架脫落及地表凹陷經過詳細調查，根據地質情況采取以下方案對洞內坍塌段及地表凹陷區進行處理。

(1)DK146+260～DK146+294段(已完成仰拱至鋼架脫落段)先填筑反壓平臺至拱腳，待穩定后對DK146+260～DK146+280段采用拱墻徑向注漿進行加固處理，DK146+280～DK146+294段采用全斷面徑向注漿進行加固處理以確保支護的穩定，注漿加固圈固結范圍為開挖輪廓線外3 m進行施工。其中DK146+284～DK146+294段因左側拱腳部位變形量過大造成支護侵入二襯，最大侵入厚度10 cm，在拱墻穩定的條件下，根據施工單位實測本段隧道內凈空圖確定加固及初期支護拆換范圍，對橫斷面侵限地段，在完成徑向注漿后分榀分臺階拆除支護格柵，加強支護完成后分段挖除反壓平臺。

(2)DK146+294～DK146+302段采用8～10 m超前管棚注漿進行加固，完成后按弧形預留核心土法分榀開挖支護，支護的同時挖除滑塌土石方。

(3)DK146+302～DK146+325段上臺階鋼架侵限，進行注漿加固施工后拆除上臺階支護格柵，此段格柵拆除前必須完成地表處理，以確保洞內穩定。

(4)DK146+260～DK146+325全段全斷面均采用I18工字鋼，間距50 cm加強支護，錨桿、鋼筋網及噴射混凝土按Vb級圍巖支護及襯砌進行施工。

(5)地表排水措施：將地表原有水溝繞過凹陷處，設臨時排水溝引排至下游水溝，引排長度約150 m。在確保塌陷坑周圍作業安全的情況下，坍坑面采用彩條布覆蓋，防止雨水下滲進入隧道。在完成地表凹坑回填后對原有水溝進行鋪砌，鋪砌采用M10漿砌片石梯形排水溝，頂寬2 m，底寬1 m，高度1 m，片石厚度50 cm。鋪砌長度為上游20 m，下游30 m。

(6)地表凹陷坑處理：在凹陷處隧道拱頂位置澆筑3 m厚的混凝土護拱，避免地表土石再次坍塌對洞內的影響。為保證山體穩定，確保運營安全，待洞內處理完善并將坍塌處二襯澆筑后進行地表陷坑回填，底部采用3 m厚片石填筑，回填片石采用注水泥漿的形式進行固結，頂部采用粘土回填作為封閉層。

7 結束語

山嶺隧道施工時坍塌偶有發生，對道施工安全構成重大威脅，隧道發生坍塌前一般有所預兆，當已施作初支混凝土表面開裂、剝落、掉塊時則需引起重視，特別是在淺埋段或山間沖溝段出現上述現象時就更加危險，松散巖土體極有可能貫通至地表，引起大范圍坍塌及地表凹陷，后果嚴重。因此，需廣大施工技術人員提高認識，出現險情時，及時撤出施工人員、設備，減少人員傷亡與經濟損失。

總之，隧道開挖施工前應對隧址區地形地貌有充分的了解，對掌子面地質有足夠的認識；一旦發生坍塌及地表凹陷狀況，應立即停工，待查明地質、查清原由后再采取合理的處理方案，絕不能冒險蠻干。

[1] 公路隧道設計規范(JTG D70-2004)[S]．

[2] 公路隧道施工技術規范(JTG F60-2009) [S].

[3] 胡娟.通省隧道初期支護坍塌及變形處理措施[J]．公路交通科技(應用技術版)，2016，(4) :171-172．

2016-07-22

付重君(1978-)，男，江西南昌人，工程師，主要從事高速公路建設管理等方面的研究。

U456.3

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1008-3383(2016)11-0129-02