隧道淺埋段塌方處理

許 越

(廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司,廣東 廣州 510507)

0 引言

隧道工程為隱蔽性工程，在施工的過程中會遇到各種不可預測的情況。在洞口、洞身淺埋地段，地形、地質偏壓段的開挖支護過程中均存在風險，因此隧道工程發生塌方屬于較普遍的一種現象。但塌方一旦發生，會不同程度地對工程工期、成本等造成不良影響，嚴重的塌方甚至會危害到隧道施工人員的生命安全。因此工程相關人員需要做到對塌方的事前有效預防，倘若事發能及時、妥當處理。

1 塌方原因

造成塌方有多種原因，對這些原因進行分類可分為自然原因及人為原因兩種。自然原因，即地質原因、偏壓受力或地下水豐富等，主要是地質的突變引起的。人為原因，一般為設計欠缺或為施工不規范。

自然原因：由于地下工程圍巖情況千變萬化，在施工過程中，有可能會突然出現局部地質突變、地質偏壓的情況，譬如隧道穿越斷層破碎帶、不整合接觸帶等情況；并且當隧道穿越富水段時，由于圍巖裂隙水突然變大，極易導致掌子面失穩；施工過程中由于超前地質預報、監控量測不到位，在應對地質突變情況會出現應對不及時的情況，譬如未及時加強支護、引水排水；此外開挖過程中每循環進尺過大，施工偷工減料、初期支護不及時使得開挖后圍巖暴露時間過長也易形成塌方事故。

人為原因：設計參數不能滿足安全要求，但如今隧道設計趨于保守化，此部分影響較?。皇┕み^程中的控制為人為因素中的主要因素，各個施工隊伍都有自己的管理模式和技術水平，往往在某些環節上會有操作不規范的情況發生，這些不規范的施工也易造成塌方事故的產生。

2 塌方的分類及一般處理措施

根據以往大量工程實例分析，洞內塌方規模一般分為中小型及大型塌方。

2.1 中小型塌方

一般塌方量小于300 m3可認為是中小型塌方，對于中小型塌方的處理，可利用圍巖自穩能力形成的暫時穩定狀態，邊出渣邊采用噴錨支護加固未塌地層；然后在二襯外輪廓外施作鋼架并縱向連接并與噴錨支護連接，之后施作混凝土殼體，沿殼體外依次設防水層、1 m厚護拱及緩沖層，確保安全后可通過塌方段落。

2.2 大型塌方

一般對于塌方量大于300 m3的可稱之為大型塌方，大型塌方需采取“注漿+管棚”整體加固方案進行處理。設置止漿墻，注漿后施作長管棚，在長管棚超前支護下采用短進尺、分步施工。

如若塌方導致冒頂，則需先處理地表塌坑，在塌坑周圍設截水溝，根據地表穩定狀態確定是否采取地表注漿，待洞內塌方處理完成后對地表塌坑進行回填，一般用粘性土進行回填，回填后比地表高出0.6 m～1 m。

3 工程概況

3.1 工程簡介

某高速公路隧道為雙洞四車道分離式中隧道，其中洞口段為小凈距隧道，隧道巖性為全風化～微風化花崗巖為主，圍巖級別為Ⅳ級～Ⅴ級，隧道施工由小樁號向大樁號單向施工，截止至塌方時，掌子面掘進至K3+064，該處圍巖級別為Ⅳ級，埋深約10 m，為淺埋隧道，出口端洞口右側存在一大沖溝，出口端導向墻及長管棚已經施作，洞頂截水壩未施作。

3.2 塌方情況

隧道掌子面開挖至K3+064時，拱頂及拱腰出現塌方，塌方體主要以強～中風化花崗巖為主，塌方縱向長度4 m～5 m，寬度約13 m，塌腔最高處約6 m～7 m，現場估計塌方約400 m3，屬于大型塌方。

4 塌方原因分析

隧道巖性主要為全～強風化花崗巖，局部夾中風化巖，在該處并沒有發現明顯的斷層，不存在地質偏壓現象，但節理裂隙比較發育。由出口端至坍塌段地表調查發現，出口端截水壩由于征地拆遷原因并未施作，受近期強降雨的影響，沖溝極易匯水形成洪水沖刷洞口及洞身淺埋段，導致該處地下水十分豐富，洞內調查也發現初支裂縫段存在滴滲水現象，由于受豐富的地下水影響，節理裂隙填充物在地下水的作用下失去粘聚力，開挖后來不及支護便造成塌方現象。

5 塌方處理方案

5.1 地表截水處理

首先對于地表原設計截水壩需要盡快進行施工，本段時間為雨季，若不及時切斷沖溝與隧道的聯系，極易在后續施工過程中發生塌方事故。

5.2 洞內創造安全施工條件

洞內對塌方段進行拉碴反壓回填以穩定塌方體，之后噴射C25混凝土封閉掌子面。為確保洞內加固過程中工人的安全，對已經施工的初期支護從塌方處開始往進口方向用Ⅰ20a工字鋼進行臨時加固，形成一個較安全的操作段落，加固長度5 m，鋼架間距1 m。臨時鋼拱架間采用Φ22鋼筋縱向連接，縱向連接筋環向間距1 m。

本措施是為了確保在處理塌方過程中施工人員的安全，在此基礎上需要對初期支護進行沉降觀測，如若初期支護變形較大但并未侵限，還需對其進行徑向小導管注漿加固處理；若初支侵限，則需在塌方段處理完成后對初支進行換拱處理。

5.3 塌方段臨時支護方案

對塌方段落采用φ89長管棚進行超前支護，形成一個安全護拱。長管棚布設方式為環向拱頂120°范圍，環向間距30 cm，管棚長度18 m(共設置49根)。長管棚一端穿過已施工完成的鋼架，且在此端下另增設兩榀Ⅰ20a工字鋼與前面已施作的6榀工字鋼連成一個整體。

5.4 塌方段永久支護方案

長管棚施作完成后在其上、下均設置一層Φ8鋼筋網，間距15 cm×15 cm，采用C25噴射混凝土，厚度40 cm，預留3根φ108鋼管，以備對塌腔進行回填。

塌方段即K3+064～K3+069支護加強，具體參數見表1，由于上部為空腔，拱部不再設置φ25中空注漿錨桿。

表1 支護參數表

待塌方段初支完成并達到設計強度后，對塌腔進行泵送C30混凝土進行回填，形成一個護拱，泵送混凝土厚度不得小于1 m。

待通過塌方段后，之后K3+069～K3+075段支護進行加強，在表1支護參數的基礎上，拱、墻設φ25中空注漿錨桿，長度3.5 m，間距100 cm×60 cm。

待塌方段二次襯砌達到設計強度后，再對塌腔內吹填水泥混合料，使其起到緩沖層的作用。

5.5 施工注意事項

為確保施工安全，要求施工人員禁止進入塌腔中，施工人員必須在確保安全的前提下進行施工。在后續開挖施工過程中，控制每循環進尺為1榀～2榀鋼架間距。

6 預防塌方措施建議

隧道工程在施工過程中塌方是無法避免的，但要求在施工前做好風險評估，以采取隧道施工全過程風險分析、評價及規避。過程中通過監控量測、超前預報等手段充分了解圍巖特性以及襯砌的穩定性，以反饋施工，確保安全。同時施工單位應針對高風險點制定好緊急預案，可在塌方發生時做好充分的準備。在此對一般公路隧道塌方風險控制給出如下建議：

1)洞口邊仰坡刷坡前應先修建坡頂的截水溝，并且洞口邊坡和仰坡的排水系統應在雨季之前完成；

2)為了探明隧道可能存在的斷層破碎帶、突然涌水等不良地質現象，加強隧道施工地質工作，作好超前地質預報及超前探水工作，提前掌握掌子面前方的地質及水文情況，及時采用應對措施，保證施工安全應在隧道施工過程中進行超前地質預報工作；

3)為了減少隧道在開挖時對圍巖擾動，必須采取“短進尺、弱爆破，多循環，初期支護緊跟掌子面”的原則進行施工，初期支護應緊跟掌子面，環環相扣，開挖后應立即對圍巖進行噴混凝土、立鋼架(鋼筋網)、打錨桿，然后復噴至設計厚度；靠近洞口淺埋地段以及洞身埋深較淺地段應采用人工開挖；

4)在施工過程中需加強監測工作，當發現異常時應及時加強支護以確保安全。成立專門的監控量測隊伍機構，及時掌握圍巖情況及支護的應力、應變狀態，從而及時調整襯砌參數，制定合理的施工措施和支護參數，以確保施工安全，還能起到節約工程費用的作用。

7 結語

隧道工程參建各方應積極認真的落實隧道工程的各項要求，加強圍巖監測工作，貫徹“短進尺、弱爆破、多循環”施工理念，便能將塌方的概率降至最低。并且做好緊急處理預案，即使發生塌方，也能及時地進行處理，在塌方發生后能將損失最小化。

[1] JTG D70—2004,公路隧道設計規范[S].

[2] JTG/T D70—2010,公路隧道設計細則[S].

[3] JTG F60—2009,公路隧道施工技術規范[S].

[4] JTG/T F60—2009,公路隧道施工技術細則[S].