隧道地表塌陷處治專項方案

戴秀平

（廣東省南粵交通清云管理處，廣東 廣州510101）

1 設計依據

一是《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）；

二是《公路隧道施工技術規范》（JTG F60—2009)；

三是《公路隧道施工技術細則》（JTG/T F60—2009）；

四是《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范》（GB 50086—2015）；

五是《公路工程地質勘察規范》（JTG C20—2011）；

六是該項目設計圖紙；

七是國家其他與隧道工程相關的規范、規定以及有關會議紀要、規定等。

2 工程概況

白石隧道位于廣州市花都區花東鎮獅前村境內，采用分離式隧道方案，左線起訖里程為ZK7+820～ZK9+620，隧道長1800m，最大埋深161.0m；右線起訖里程K7+840～K9+755，隧道長1915.0m，最大埋深157.6m。隧道總體走向方位角約35，屬長隧道。隧址區屬構造剝蝕丘陵地貌區，溝塹發育，地形起伏較大，隧道中線范圍內地面高程163.0～335.6m，山體自然坡度25～50，植被發育。進、出口均處于山前斜坡地帶。隧址區進出口有公路通過，交通條件尚可。

3 技術標準

一是公路等級：雙向六車道高速公路；二是設計車速：120km/h；三是設計荷載：公路I級；四是主要結構設計基準期：100年；五是隧道抗震設防烈度：Ⅶ度；六是防水等級：二級；七是隧道凈寬：0.75+0.25+0.50+3×3.75+1.0+1.0=14.75m；凈高：5.0m。八是緊急停車帶凈寬：0.75+0.25+0.50+3×3.75+1.0+3.0+1.0=17.75m；凈高：5.0m。

4 工程地質條件

4.1 地層巖性

隧址區第四系覆蓋層為薄層坡殘積礫質黏性土，廣泛分布于隧址區，厚度變化較小，下伏基巖為燕山期侵入花崗巖(γ)。

4.2 地質構造

隧道為路線穿越獅前村境內山丘而建，隧道處于構造剝蝕丘陵地貌區，下伏基巖為燕山期中粗粒黑云母花崗巖。根據區域地質資料以及現場勘察成果，初勘物探推測隧址區K8+150～K8+350段，受構造擠壓，巖體破碎；詳勘物探推測隧址區K8+520～K8+660、K8+820～K8+950段分別存在四處破碎區（段），深度較淺，判斷是由表層全強風化層引起的。隧道進口發育三組節理：85∠59、5條/m，335∠70、2條/m，95∠69、4條/m，裂隙面粗糙不平。隧址區存在推測斷層或破碎區（段），總體上地質構造相對較復雜，但采取合理的設計、施工方案仍可進行隧道工程建設。

4.3 水文地質條件

隧址區地表水不發育，僅在進口及K8+700處沖溝內發育溪流。勘察期間水量不大，在強降雨氣候條件下，坡面沖刷作用強烈，受大氣降水及基巖裂隙水出滲補給，水量較大。地下水類型主要為松散堆積層孔隙水、基巖裂隙水。

4.3.1 松散層孔隙水：主要賦存于（Q4el）礫質黏性土層中，接受大氣降水及地表水流補給，順地形向低洼處排泄，其透水較好、富水性差，水量一般。

4.3.2 基巖裂隙水：不均勻地賦存于下伏花崗巖裂隙中，主要接受大氣降水的滲入補給，其次為地下水的相互轉換補給、第四系松散堆積物孔隙水的滲入補給等。基巖節理、裂隙是地下水的主要賦存場所和運動通道。地下水的流向受地形的控制，地形上的分水嶺也是地下水的分水嶺，總體流向與現代水系的地表水流向基本一致，主要以滲水的形式排泄于地形低洼處。據調查，此次未發現該類地下水出露點，故該類地下水貧乏。

5 塌方情況

2022年2月27日，上導掌子面封閉出完渣后，未支護段（K9+313～+310）左側（面向小里程方向）開始出現掉塊及圍巖塌落，塌方總計約80方，塌方體組成為含強風化花崗巖的碎石土，地下水較少。目前，掌子面附近已有3榀拱架出現變形（K9+316～K9+313），K9+334已支護段左側初支出現開裂，經測量發現K9+340～313段初支侵限，地下水在K9+332～K9+317段初期支護滲出。經現場地表踏勘，未見地表開裂現象。2月28日～3月3日，監控量測數據三天無異常后，施工單位按照既定處理方案，K9+330～+320段初支已經完成10m護拱加固。當進行空腔處注漿處理時，漿液從塌方處溢處，于是停止注漿，未采取有效措施，而開挖塌方體，繼而發生塌方。3月29日～3月30日，廣州市連續兩日小到中雨，廣州市內尤其以隧道所在區域更大，花都區應急辦也以短信通知項目管理人員，3月31日單日降雨值超139mm，造成冒頂位置地表土體物理力學性變化，導致塌坑處地表部分土體滑塌至塌腔內，較大沖擊荷載導致初支結構破壞塌方。地表塌陷區域也較之前增大約2m。

6 塌方段落原設計情況

原設計該段為Ⅲ級圍巖，采用S-Ⅲa支護型式，上下臺階法開挖。巖性為灰白、淺肉紅色中風化花崗巖，節理裂隙稍發育，巖體較完整，巨塊狀鑲嵌結構，巖質堅硬，成洞條件較好，自穩能力較好，側壁較穩定，地下水為基巖裂隙水，水量不大，呈滴狀出水。

該段平面位置如圖1所示，處于地表沖溝處。

圖1 隧道塌方位置平面截圖

該段隧道設計埋深約55m，隧道掌子面左側埋深較淺，巖石破碎、風化程度較高。

7 變更原因分析

連續雨天，日均降雨值超139mm，暴雨造成冒頂位置地表土體物理力學性變化，導致塌坑處地表部分土體滑塌至塌腔內，較大的重力勢能轉化為對拱頂的沖擊荷載，從而使結構失穩破壞。連續的降雨也導致塌腔內土體物理力學性能發生變化，土壓力隨之增大。

8 現場檢測情況

8.1 監控量測數據情況

根據監控量測報告顯示，拱頂下沉值3日單日沉降量均小于5mm/d，初支結構基本穩定，適于塌方后續處置工作（見圖2）。

圖2 隧道塌方立示意圖

8.2 超前地質預報情況

根據編號JC-X-BSCK.CQ-046超前地質預報顯示，推斷該段圍巖與當前掌子面基本一致，主要以中風化花崗巖為主，節理裂隙較發育，結構面較張開，節理裂隙較張開，局部夾雜軟弱破碎夾層，多以切割塊狀或塊狀結構，產狀不均，掌子面整體自穩能力及完整性一般，開挖擾動下拱頂易掉塊，另基巖裂隙水較發育，局部點滴狀出水。建議圍巖級別為Ⅲ級。

8.3 掌子面地質素描（K9+310)

隧道通過區段為地表沖溝處，掌子面圍巖風化程度不均，掌子面右側為中風化花崗巖，灰白色，巖體完整，為堅硬巖，節理裂隙較少，未見地下水滲出。掌子面左側為全～強風化花崗巖，灰白色夾黃褐色，節理裂隙發育，巖體較破碎，巖石強度較低，地下水呈點滴狀滲出。

8.4 初支斷面侵限情況

圖3中負號表示已經侵入二襯限界（單位為m）。由圖3可知，K9+345～+313段后續處治需對侵限初支進行換拱，并加強支護型式。

圖3 隧道全斷面測量圖

9 處治方案

9.1 塌方段施工前準備工作

9.1.1 初支情況監控量測，為保證人員安全，判斷初支情況是否穩定，在塌方處治前于斷面上布設拱頂下沉點、周邊位移點，設置間距為2～3m，監控量測頻率為2次/d，連續三日拱頂下沉值低于5mm可視為初支結構基本穩定，可進行后續加固處置。

9.1.2 塌方后的地表處治，于冒頂處周圍地表設置臨時截水溝，截水溝距塌方邊緣應不小于2m，采用M30水泥砂漿封閉，空腔位置則采用塌腔范圍內布設φ60×4mm注漿鋼花管，長度40m，間距120×120cm，梅花形布置。漿液采用水灰比1∶1 P·O42.5級水泥漿，注漿壓力0.5～1MPa。注漿后洞頂塌腔采用摻5%水泥碎石土回填至沖溝下流排水溝底高程，并鋪設一層EVA防水板，其上設置5cm厚砂漿保護層，并覆蓋50cm厚黏土層，滿足順坡排水需求（排水坡度大于5%）。

9.2 未塌方段臨時初支加固措施

9.2.1 K9+340～+316段設置工18工字鋼護拱，護拱縱向間距與原初支鋼拱架間距一致，為120cm，鋼拱架應與原初支結構密貼。

9.2.2 K9+340～+316段左半斷面徑向注漿加固，注漿采用4.5m長φ42鋼花管，間距1.5×1.5m，梅花形布置，漿液采用水灰比1∶1水泥漿，初壓0.5MPa，終壓1.0MPa。注漿結束標準：第一，注漿壓力逐步提升，當達到設計終壓（建議為1.0MPa）并繼續注漿10min以上；第二，有一定的注入量，與設計的注入量大致相近，注漿結束時的進漿量一般在20～30L/min以下。

9.3 超前支護措施

K9+319～+301段超前支護采用φ108×6mm長管棚，管棚施工開挖管棚工作室，工作室范圍為K9+319～+323.5，長4.5m，深度為0.7m，工作室開挖應按S-Vc超前支護型式做好超前支護工作，管棚工作室開挖完成后，采用S-Vc支護類型進行初支封閉，后續待K9+326～+316換拱完畢后，應注意工作室初支與相臨初支結構噴射平順，鋪設好防水板，工作室采用二襯C40混凝土回填。

注漿漿液采用水灰比1∶1水泥漿，初壓0.5MPa，終壓2.0MPa。注漿結束標準：第一，注漿壓力逐步提升，當達到設計終壓（建議為2.0MPa）并繼續注漿10min以上；第二，有一定的注入量，與設計的注入量大致相近，注漿結束時的進漿量一般在20～30L/min以下。原設計S-Va超前支護采用φ50×4mm鋼花管注漿不取消，仍按原設計施作。

9.4 超前加固措施

為保證施工安全，管棚施工完畢后，應對塌方區域進行超前預加固，加固采用φ108×6mm鋼花管，在掌子面設置30cm厚C25噴射混凝土止漿墻。超前加固措施完成并形成強度后，為對注漿質量進行評定，采用潛孔鉆機在加固邊界范圍內鉆設檢測孔（共3個），深度10m，檢測孔采用不跟管的形式，鉆孔過程中應做好鉆孔記錄，記錄鉆孔過程中鉆進速度，地下水、卡鉆等情況，如出現卡鉆情況及地下水較多，應視為注漿效果不佳，宜加密注漿孔重新注漿加固。

9.5 主洞支護型式及開挖方式

S-Ⅲa支護型式在原S-Ⅲa的基礎上，將二襯混凝土變更為C35混凝土，其他參數與原S-Ⅲa一致，(R)S-Ⅴa支護型式在原S-Ⅴa的基礎上，將鋼拱架間距調整為40cm，系統錨桿取消，上中臺階鎖腳錨桿變更為雙排φ50，長度3.5m注漿小導管。

主洞開挖方式采用三臺階預留核心土法。

9.6 防排水設計

塌方防排水設計原則為“以排為主，防堵結合”，地表水仍應盡量做好截排水措施，使地表水仍然從地表漫流，防止地表水漫入隧道。K9+326～+306段加強洞內排水設計，環向盲管設置縱向間距為3m，橫向排水管縱向間距加密為4m，二襯施工縫及變形縫設置一道中埋式止水帶和一道背貼式止水帶。

9.7 監控量測設計

9.7.1 施工過程中應根據施工監控量測數據掌握圍巖動態和支護結構的工作狀態，利用監控量測結果及時調整設計支護參數，指導施工。

9.7.2 隧道拱頂下沉和周邊位移、地表下沉為必測項目，在該段塌方處治全過程中（包括換拱施工），建議監控量測頻率增加為每天2次。

為保證施工安全，K9+326～+316段塌方牽引區換拱應等塌方區二襯施作完畢后再逐榀換拱。

10 結語

本文針對隧道設計詳勘不足，缺漏隧道附近地表和溝河、湖泊、水庫等對隧道施工產生的安全隱患進行處治。通過對廣連高速公路白石隧道地表塌陷處治的方案分析，希望對同類的隧道設計施工有一定的借鑒作用。