淺埋隧道塌方地質災害成因及風險控制

王昌念

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，成都 610000）

0 引言

隧道建設的規模隨著我國交通建設事業的快速發展變的越來越大，導致隧道在施工的時候圍巖的穩定性問題更加凸顯，隧道施工的時塌方事故經常發生，已經變成隧道施工中的一個十分關鍵的安全問題。

最近幾年以來，無論是工程界還是學術界都十分重視工程領域的風險管理，隧道和地下工程領域風險管理理論分析和應用發展的十分迅猛。即便很多學者都研究了塌方的風險，但是其中的主要研究內容是針對隧道某一段或者洞口段的靜態風險評估，然而很少研究評估淺埋隧道的塌方風險與評估隧道塌方的動態風險。這篇文章運用模糊綜合評價法對淺埋隧道塌方地質災害風險的實時監控問題進行分析，以過去已經研究出的成果為基礎，構建塌方風險模糊層次評估模型，且進行以孕險環境為基礎的靜態評估及以致險因子為基礎的動態評估時利用所構建的評估模型，制定出以動態評估結果為基礎的風險防治方法。這個方法被宜昌—巴東高速公路段家屋隧道施工過程中成功運用，使隧道塌方災害的發生概率大大降低，希望這個方法在日后可以為同種工程提供有價值的參考，同樣也具有科學意義以及工程實用的價值。

1 工程概況

湖北省宜昌--巴東（鄂渝界）高速公路為長江三峽庫區北岸唯一一條陸地上的快速通道。建設這條公路的意義在于能夠進一步健全國家高速公路網、推動三峽庫區乃至西部資源開發、推動鄂西生態文化旅游圈的建立以及對國家西部戰略的實施給予支持等等。

段家屋場隧道利用的方式是分幅式，左幅隧道長約3514米，其起止里程樁號為 ZK168+165～ZK171+480；右幅隧道長約 4120米，其起止里程樁號為YK168+180～YK171+440。隧道埋深約210米，最小埋深約10米。

2 導致風險的原因

2.1 自然氣候條件

隧址區屬于亞熱帶季風氣候，年平均降水量約2300mm，多集中在6-10月份，且多數為暴雨，雨勢十分兇猛，強度極大。擬建隧道多次跨越沖溝，溪溝內發育季界性水流，地表水沿著節理裂隙滲透補給地下水，導致巖體的凝聚力以及力學強度下降，上述情況是誘發隧道塌方地質災害的原因之一。

2.2 隧道淺埋

隧道埋深淺，洞頂的覆蓋層較薄，在隧道進、出口約 210米的范圍內深埋不到30米，而洞身段的最小埋深也只有33米。其他地段隧道埋深小于60米的區域長度約占據整體隧道的三分之一，且地表局部覆蓋層多為崩坡積碎石土，其厚度達20～30米。除此之外，淺埋段圍巖等級低，Ⅴ級圍巖占據的比例約在69.36%～78.3%。

因為埋深很淺，隧道開挖后拱頂自穩能力很差，拱部無支護的時易發生大面積坍塌，嚴重的甚至冒頂，側墻的穩定性十分差，易坍塌掉塊。

2.3 地表水庫

段家屋隧道進口 YK168+750～YK168+900段洞頂上方的發育一個小型的水庫，水庫沿著隧道的軸線走向呈狹長狀。該水庫位于一山谷沖溝中，降雨地表匯水是主要的水源補給資源，水庫全長約180米，均寬約56米，最大的水深約為9米，水庫能夠儲存約 5×104立方米的水。受到降雨的影響，水庫的存水量也會隨之變化。

隧道和水庫的位置關系圖如下圖1所示。該段隧道埋深最淺處約為29米，且地下水和水庫地表水有著緊密的聯系，容易引發塌方地質災害。

3 隧道塌方地質災害的處理方法

“先加固、防擴展、后處理”是通常處理塌方的原則，處理塌方事故的時候要及時，并且還要加強處理。淺埋隧道通常塌方冒頂以后基本可以達到穩定，針對規模較小的塌方可以直接實施塌體處理，然而針對埋深較深、塌體破碎、影響范疇較小的塌方可以分為兩部分：初期處理、塌體處理。

圖1、段家屋隧道和地表水庫的關系圖（單位：米）

3.1 初期處理

進行初期處理的目的在于避免塌體的擴大，通常采用以下幾個措施：

（1）將塌體進行封閉處理，對塌體的后方進行加固。利用噴混凝土封閉塌腔，它的作用表現在防止小石塊松動而掉落，從而造成更大規模的塌方，然而圍巖變形也將及時反映于噴混凝土的表面，為精確判斷圍巖穩定提供根據。在塌方后的5-10m范圍之內利用鋼支撐以及小導管注漿，從而對其加固。

（2）塌方冒頂之后，應該及時對塌方漏斗周圍地表水進行截排，必要時需搭建避雨帳篷，以避免降雨灌進塌體中。等待洞中處理結束以后，利用土石夯填至相對較高的原地面，等待填土下沉直至穩定，再利用漿砌片石進行鋪砌。

（3）在條件允許的情況下，在塌體后方5-10m的范圍內進行二次模筑襯砌，比較穩妥的將后方穩固住，且及時進行仰拱工作，讓它形成健全的支護機制，進而阻止圍巖不斷變形和坍塌。

3.2 塌體處理

對塌體進行處理的時候，通常都是在初期處理完畢后以及塌方暫且達到自我穩固的時候進行。對塌體進行處理的方法主要包括：管棚法、超前小導管注漿法、地表注漿法、明挖回填法等等，與此同時要慎重的選擇隧道開挖的方法，應該依照自身的實際情況進行選擇，多數都選擇導洞法以及三臺階法等進行。施工的過程中應該堅持“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、緊襯砌”的原則。除此之外，由于塌方段襯砌荷載位于穩固段前，襯砌的架構必須予以強化，可以考慮提升混凝土標號、加密鋼筋以及襯砌架構等舉措。

（1）管棚法

隧道塌方較為嚴重或者影響較大的通常采用管棚法，依照塌方面積的大小，可以選擇利用直徑為90或者124mm的鋼管，長度為15-25m，利用在拱頂設置超前管棚，針對塌體以及周圍圍巖提前進行加固，配合鋼拱架、鋼筋網等支護形成總體架構，確保穿越塌方體。管棚法施工時管棚長度宜長不宜短，進而對施作時間進行減少，使施工的進度提升。

（2）超前小導管注漿法

塌體面積不大的隧道適合采用超前小導管注漿法，地質條件較松散的塌方，大多數選擇直徑為42或者50mm的鋼管，長度為5-9m，與管棚法相同，需要和鋼拱架與噴射混凝土相結合來處理塌方。