山嶺公路隧道進(jìn)出洞口淺埋地表塌陷致災(zāi)研究

馬一躍，杜歡歡

（1.浙江交工集團(tuán)股份有限公司，杭州310000；2.溫州理工學(xué)院，浙江 溫州325000）

1 引言

山嶺隧道洞口淺埋段覆土多屬于強(qiáng)風(fēng)化帶，其圍巖自穩(wěn)能力較差，在開(kāi)挖過(guò)程中隧道頂部的塑性區(qū)易實(shí)現(xiàn)貫通，從而產(chǎn)生較大的變形并導(dǎo)致塌方等隧道災(zāi)害[1，2]。關(guān)于隧道洞口塌陷的研究，早期多基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[3]對(duì)進(jìn)行分析，地質(zhì)條件是隧道塌方的主要內(nèi)在因素[4]。監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)是塌陷災(zāi)害預(yù)警最可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源，大量學(xué)者采用監(jiān)測(cè)手段對(duì)隧道洞口塌陷進(jìn)行分析。

本文依據(jù)某山嶺隧道出洞口的施工過(guò)程和坍塌災(zāi)害，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地表沉降監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，為相關(guān)隧道施工過(guò)程中的災(zāi)害預(yù)警、監(jiān)控測(cè)量提供借鑒。

2 工程概況

某山嶺隧道左洞長(zhǎng)835 m，右洞長(zhǎng)848 m。左右幅隧道均為上坡，左幅隧道縱坡坡度為2.4%，右幅隧道縱坡坡度為2.5%。隧道進(jìn)口段有F1 斷層通過(guò)，破碎帶寬約5 m，對(duì)隧道影響較大。道區(qū)出露地層有：覆蓋層為第四系殘坡積層粉質(zhì)黏土、碎石土，下浮二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及煤層、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖。場(chǎng)區(qū)地下水類(lèi)型主要為孔隙水、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥巖及玄武巖風(fēng)化裂隙水及碳酸鹽巖溶水，地表未見(jiàn)泉水出露。場(chǎng)區(qū)地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，雨水滲入砂泥巖風(fēng)化裂隙中，向地勢(shì)低洼的溝谷下游徑流排泄。地下水對(duì)弱透水層有酸性強(qiáng)腐蝕性。

出口右洞出露地層有覆蓋層，為第四系殘坡積層粉質(zhì)黏土、碎石土，下伏二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及煤層、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖。塌方處掌子面埋深6.5 m，掌子面揭露巖性為強(qiáng)風(fēng)化、玄武巖，圍巖極破碎，覆蓋層為黃色粉質(zhì)黏土、黃褐色碎石土，巖體自穩(wěn)能力差。在開(kāi)挖擾動(dòng)下易發(fā)生滑移或垮塌。施工時(shí)本隧道在右洞出口處發(fā)生坍塌，如圖1所示。

3 隧道地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

在隧道開(kāi)挖施工前，在進(jìn)出洞口邊坡及時(shí)埋入地表沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)斷面布置7 個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)打入地下1 m 長(zhǎng)鋼筋并在表面用混凝土固定，為防止表面鋼筋被雨水腐蝕采用油漆噴涂，地表沉降的基準(zhǔn)點(diǎn)位于距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)15 m 遠(yuǎn)處，遠(yuǎn)離隧道掌子面。

地表沉降可以直觀(guān)地反映隧道斷面的變形趨勢(shì)。隧道右洞出口端洞口段Y7+700 斷面地表沉降測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降曲線(xiàn)如圖2 所示，隨著時(shí)間的增加，累積沉降量逐漸增加，在8 月15日時(shí)累積沉降曲線(xiàn)出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，累積沉降量迅速增加。此時(shí)，該斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速率從0 迅速增大（見(jiàn)圖3），且增大的速度逐漸加快，其中F、G 兩測(cè)點(diǎn)的沉降速率增加最為明顯。20 日下午，于出口端右洞該斷面F、G 測(cè)點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)地表塌陷（見(jiàn)圖1），地表最大累計(jì)沉降量高達(dá)-2 889.72 mm（見(jiàn)圖4）。各點(diǎn)總累計(jì)沉降曲線(xiàn)總體呈直線(xiàn)狀，即處于隧道開(kāi)挖軸線(xiàn)上方的測(cè)線(xiàn)各點(diǎn)沉降量差距不大。YK7+700 測(cè)線(xiàn)的總體沉降大于YK7+710 測(cè)線(xiàn)，且由于地表出現(xiàn)塌方，F(xiàn)、G 兩個(gè)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)極大的沉降。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)隧道塌陷

圖2 Y7+700 斷面地表沉降測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降曲線(xiàn)

圖3 Y7+700 斷面地表沉降測(cè)點(diǎn)沉降速率

圖4 地表沉降累計(jì)值

YK7+700 斷面地表塌陷處出露全～強(qiáng)風(fēng)化玄武巖。全～強(qiáng)風(fēng)化玄武巖由于結(jié)構(gòu)松散，顆粒級(jí)配不均勻，存在軟弱面，在輕微的擾動(dòng)之下即有可能發(fā)生坍塌事故。隧道開(kāi)挖過(guò)程中由于卸荷作用產(chǎn)生應(yīng)力松弛區(qū)，同時(shí)支護(hù)不及時(shí)，最終造成該區(qū)域的失穩(wěn)破壞。掌子面右上側(cè)存在較大范圍掉渣、漏土，并且漏土情況持續(xù)發(fā)生，據(jù)此推斷該隧道右洞出口端極可能發(fā)生大規(guī)模的冒頂。

4 塌陷分析及措施

綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，得到本次山嶺隧道施工坍塌事故的基本過(guò)程（見(jiàn)圖5）。當(dāng)隧道掘進(jìn)至YK7+700 界面附近時(shí)，隧道埋深約為6.5 m，地層中結(jié)構(gòu)軟弱面的存在、施工擾動(dòng)的影響等原因的共同作用，造成掌子面上方土體失穩(wěn)。

圖5 地表塌陷示意圖

針對(duì)隧道出口右幅情況，地表發(fā)生大規(guī)模塌陷后，最終采取了如下措施，用塑料膜覆蓋地表塌陷處，防止雨水進(jìn)入破壞土體穩(wěn)定，防止發(fā)生進(jìn)一步的災(zāi)害；漏頂處埋設(shè)鋼筋以加固土體，并對(duì)土體灌漿，灌漿后靜置10 d。為了保證工期，在右線(xiàn)暫停施工的過(guò)程中繼續(xù)開(kāi)挖隧道左線(xiàn)。待左線(xiàn)隧道開(kāi)挖完成后，從隧道右線(xiàn)出口處逆向掘進(jìn)，最終貫通，如圖6 所示。

圖6 塌陷后的施工方案示意圖

5 結(jié)論

本文以某山嶺隧道地表塌陷工程事故為背景，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1）地表沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)在塌陷發(fā)生前已經(jīng)有發(fā)散趨勢(shì)，施工中應(yīng)據(jù)此及時(shí)做出判斷和預(yù)警，采取支護(hù)措施，必要時(shí)組織人員撤離。

2）隧道監(jiān)控工作是隧道施工過(guò)程中的關(guān)鍵工作。本項(xiàng)目實(shí)施期間，緊跟掌子面，按量測(cè)斷面埋設(shè)原則，認(rèn)真、高效地完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)。及時(shí)分析、處理數(shù)據(jù)，把量測(cè)結(jié)果反饋給施工單位，指導(dǎo)施工，保證了施工安全，圓滿(mǎn)完成了該項(xiàng)監(jiān)測(cè)任務(wù)。