靈秀山隧道塌方處理淺析

邱江杰

(泉州市交通工程規劃建設管理處，福建 泉州 362000)

1 工程概況

靈秀山隧道為雙洞雙線隧道，全長約400 m，左右洞呈分離式，具體布置為小凈距到過度。隧道施工采用鉆爆法；個別洞口段與Ⅴ級圍巖地段；則采用雙側壁導坑法進行開挖作業。由于隧道所處的地質水文條件復雜且不同地段采用的開挖方式存在差異，因此，塌方處理工作開展需從清晰水文地質條件入手，分析塌方災害發生的原因。

地質方面，經對靈秀山隧道所處環境進行勘察進行分析，發現隧道場地屬于剝蝕丘陵地貌，地形起伏程度較大地面坡度在20°～30°之間。此外，隧道區域的覆蓋層厚度不大，局部基巖存在裸露現象。水文方面，隧道處在侵蝕的基準面上，且山坡破體較陡。因未有橫穿隧道區域的地表水與泉水出露，所以，判斷隧道塌方區域地表水匱乏。而地下水，則只是基巖風華帶裂隙中的孔隙水，總體水量不高。雖受大氣降水與風化裂隙水影響，即向山體附近溝谷中排泄，但隧道場地的富水性仍然很差。

2 塌方情況及原因分析

2.1 塌方情況

在對靈秀山隧道右洞向進口方向掘進過程中，當掘至距進口85 m(YK3+070)處，洞身圍巖揭露突變，此段地質原設計勘定為Ⅳ類圍巖，但實際開挖揭露情況：洞身底部至中部圍巖呈碎塊狀強風化混合巖狀，洞頂呈砂土狀強風化混合巖狀，碎塊狀強風化部裂隙發育，易掉塊，見少量呈水滴狀滲出，砂土狀強風化礦物成分風化強烈，除石英長石等外其他礦物已風化呈砂土狀、土狀，遇水易軟化崩解，手搓易散，易發生崩塌。施工單位立即采取應急措施：對已開挖的3.0 m長圍巖裸露面及時進行噴射混凝土封閉處理，然后采用V類圍巖初期支護措施做鋼拱架支護進行架立，但在施工過程中，拱頂出現較大坍塌，致使架立的鋼支撐在完成噴射混凝土加固前被砸垮，在拱頂偏右部位、設計開挖輪廓線外形成一個約220 m3的空腔體，坍塌縱向深度約4.7 m，環向長度約6 m，坍塌平均高度約7.5 m。

2.2 原因分析

經對整個隧道塌方實際情況進行分析，發現災害發生是水文地質環境復雜、施工防范運用不當以及施工工藝不到位等綜合原因造成。但起主要作用的影響因素是，不良水文地質條件。當圍巖風化嚴重，巖體破碎，結構較為松散，穩定性差，且水量豐富時，極易出現塌方。具體來說，不良水文地質條件對靈秀山隧道工程建設的塌方影響集中在以下幾個關鍵點：

(1)地質原因

①經對處理隧道塌方深度情況進行實地勘察，發現深度高達21 m。究其原因，雖隧道建設為淺埋隧道，但所處地形條件陡峭，且坡面存在危石、滾石，降低了整個坡體結構的穩定性。再加上，地表沖溝發育，需要人工開挖土石方，對場地地形地形造成了較大程度的破壞。

②該樁號在隧道左洞附近開挖掌子面時，發現一條輝綠巖巖脈斜穿而過。由于巖脈延伸到隧道的右洞，因此，影響了圍巖。塌方災害具體發生的部位處在Ⅳ、Ⅴ級圍巖交界地帶，即碎塊狀鑲嵌結構，因被層狀與多組節理分割形成，所以，巖體較為破碎。開挖作業過程圍巖受到擾動失穩，造成了塌方事故。

(2)水文原因

雖然隧道場地富水性不高，但開挖施工階段受連續降雨氣候條件影響，地表水增加，經裂隙成功進入巖體，導致頂板淋水量突增。由此，巖體受地下水侵泡、軟化與溶解作用下，穩定性下降并出現了塌落現象。此外，軟弱滑動面也受到了地下水變化的影響，強度降低，引發了塌方事故。

(3)施工方面原因

經對施工完成情況進行分析，發現在Ⅳ、Ⅴ級圍巖分界面上與設計要求不符，即提前30 m。這是因為，隧道施工建設者并未對所處地質環境進行超前探測，所以，無法按照復雜多變的地質條件來優化施工方案與支護處理參數。具體問題集中在開挖進尺較大，初期支護不及時以及臨空面過大，均是導致塌方事故發生的原因所在。

3 塌方處理

處理隧道塌方需在正確認識基礎上實現，即明確塌方形成原因情況下優選處理方案。一旦方案不具備科學合理性，不僅現有塌方影響無法得到控制，還會造成不可預計的經濟損失與人員傷亡。為此，塌方處理人員應對塌體后方進行鞏固處理，而后，在控制周邊未出現塌方的圍巖，以避免損壞程度擴大。換句話說，就是遵循保證后方安全性原則，著手開展向前塌方處理工作。經對以往隧道塌方事故發生情況進行分析，發現塌方會在1～2 d內趨于穩定。這里的穩定是指，形成自然拱，且除了特殊小塊外無大閥內坍塌。處理工作開展，首先，要利用噴射混凝土設備對塌方掌子面進行封閉處理，以使塌穴圍巖處于基本穩定狀態。而后，當圍巖強度達到一定強度后，可通過超前注漿小導管與中大管棚來對塌方地段進行貫穿處理。注漿工作開展，主要目的是固結與加固塌方段，并通過形成管梁結構來承擔圍巖不同方向的荷載影響。再次，當塌方體固結強度達到預期后，就可在超前支護作用下，著手開展開挖與支護處理工作，直到隧道施工穿過塌方體。最后，需對塌方段進行預留注漿孔處理，并采用泵送方式進行塌腔進行混凝土回填處理。

3.1 處理技術

根據以上原則，結合靈秀山隧道塌方的實際情況，處理方案如下：

(1)往洞內塌體表面噴射20 cm厚的C25混凝土，以封閉穩定塌體。在塌方體坡腳開挖臨時排水溝，待塌方體不再有水流滲出時，對YK3+070～YK3+075已經按Ⅳ級圍巖支護段落，在拱頂120°范圍內增設3.5 m徑向φ50 mm小導管注漿補強，間距0.8 m×0.8 m梅花型布置，水泥漿強度C30，水灰比0.5∶1，注漿壓力0.5～1.0 MPa，并在拱腳打入鎖腳錨桿。

(2)在目前已完成初支YK3+070位置后退3 m(YK3+073)，采取Φ89中管棚(12 m)和φ50 mm注漿小導管(6 m)間距2 m，配合超前支護加固塌腔，拱頂120°范圍內施做鋼花管，中間內插φ50 mm注漿小導管加固圍巖，沿洞軸方向外傾角45°，每2排中管棚之間布設2排小導管，環向間距0.5 m，拱架采用22b工字鋼，注漿采用C30水泥漿，水泥漿水灰比(0.5∶1～0.8∶1)，中管棚注漿壓力要雙控(即注漿壓力1～1.5 MPa，注漿量超過預設計1倍即可終止注漿)。

(3)在對空腔部位在管棚及型鋼拱架支立完成后，往塌腔泵送C30混凝土。這樣就能夠在塌腔部位形成超出2 m厚度的混凝土保護層。而后，經預留注漿管處理且達到預期強度后，就可進行下一次泵送作業。當預留泵送管道的空腔內部發揮作用時，應保證長度間隔為2 m，以為后續注漿填充提供條件。完成拱頂塌腔回填作業后，水泥強度應超出70%。值得注意的是，為規避二次塌方問題出現，需對洞內塌方體進行清理。

(4)加快隧道二次襯砌的施工，及早成環，進一步分散塌方對初期支護引起的局部剪切應力。針對下一步向前開挖段落YK3+070～YK3+055按照V類圍巖的設計形式進行開挖、初期支護，并采用Z5-1二次襯砌復合支護。

3.2 處理效果

通過對地質情況以及塌方圍巖分析，合理設計處理方案，精心安排組織施工，經過半個月搶修，順利處理完成，控制了塌方的進一步發展，未出現次生塌方。后期監控數據顯示，塌方段水平收斂與拱頂下沉值僅分別為9 mm和18 mm，圍巖情況基本穩定，說明此方案安全可行，效果較好。

4 結 語

(1)隧道塌方將會給施工帶來很大困難和經濟損失，因此需在施工前綜合考慮各種因素，采取必要的預防措施。業主可以將隧道地質超前預報于清單中以總額報價的形式列專項暫定金，根據實際情況委托有資格的科研或設計單位承擔此項工作。通過有效的探測，對可能出現異常地質情況的段落及時變更處理，這樣將可以大大地減少塌方事故的發生。

(2)淺埋段隧道受地質、水文等因素影響較大，尤其是砂土狀強風化花崗巖淺埋段隧道，受水量的影響更大。圍巖含水量急劇變化導致穩定性下降，極易引起突發性塌方。因此，業主應在雨季期間督促監理和施工單位，加強日常監測與現場巡視。