公路隧道施工中不良地質引起的塌方問題及應對措施

高嚇密

（福建省路橋建設集團有限公司，福建福州 350000）

0 引言

在不良地質條件下進行公路隧道開挖施工，會受到多種因素的影響，發生塌方問題的概率相對較高。為了確保公路隧道開挖施工的安全性和順利開展，有必要進行塌方成因分析，并制訂、落實針對性更強的處理方案，進而提升公路隧道開挖施工質量。

1 項目概述

大連至旅順中部通道7 號隧道工程起點位于風采路立交西南方向山體腳下，起點樁號為北線K16+916.281，南線K16+919.281，隧道呈東西走向，終點于座山溝村穿出，與座山溝農場段主線路基相接，終點樁號為北線K17+455.719，南線K17+460.719。

在該項目中，南、北線隧道道路設計線平面距離控制在20～40m 之間。其中，南線隧道的總長度約為541.438m，縱坡約為3%，埋深的最大值為62.9m；北線隧道的總長度約為539.438m，縱坡約為3%，埋深的最大值為57.8m。

2 公路隧道施工中不良地質引起的塌方問題分析

2.1 項目施工區域地質特征分析

第一，地形地貌。該區域為遼東丘陵山地的一部分，總體呈北東至南西走向，海拔多在150～300m 之間，山間溝谷發育。山體陡峭，地勢起伏大，少數山頂巖石裸露，緩坡地帶多被坡積物覆蓋，植被很發育。隧道總體由東向西沿山脊走向，最大高程為133.4m，最低高程為68.3m。

第二，地層巖性。7 號隧道場地內主要分布有第四系坡積含碎石粉質黏土（Q4），青白口系細河群橋頭組中、薄層石英巖夾板巖（Qng）。目前塌方地段位于北線進口K16+970 處，距離北線入洞口約有34.8m，覆土厚度為13m，屬于強風化輝綠巖。

第三，水文地質。一是地表水。該區域地勢起伏明顯，地表水主要來源是大氣降水，隧道兩側溝谷勘察期間未見地表水發育，豐水期降水后溝谷中會有地表水匯集，但水量均較小。二是地下水?，F場勘察結果表明項目施工區域內存在地下水發育，屬潛水，由大氣降水補給，存在于基巖裂縫中，以附近水井抽水為主要排泄方式。地下水埋深范圍為21.5～70m 之間，地下水位標高為46.84～65.75m。

2.2 塌方原因分析

第一，掌子面出現貫通式輝綠巖斷裂帶，整體斷裂趨勢呈平行隧道方向向前延伸，拱頂出現大面積塌方，目前覆土厚度約為13m，輝綠巖斷裂帶設計長度約為60m。

第二，施工過程中機械振動、爆破振動等，在此基礎上，受到土壓力作用的影響，以及在地層產生臨空面后進行的應力調整處理，使得軟弱圍巖內部受到損壞或是產生裂縫問題，又或者是圍巖內現有的層理及節理等松弛、剝離[1]，再經水流滲透，圍巖遇水液化，產生流變，加速軟化巖層間本來就比較脆弱的膠結面，進而使巖塊失去平衡，并牽引周邊圍巖造成掌子面塌方，即冒頂。

公路隧道工程的周邊環境和地質條件復雜多變，工法工藝難度大，施工過程風險高，同時，受到建設管理經驗不足、風險防控意識不強、手段欠缺等因素的影響，容易導致公路隧道施工過程中發生坍塌事故，不僅可能破壞工程自身結構，而且可能波及周邊道路、管線和環境，造成生命財產損失和不良社會影響，因此必須加強公路隧道施工坍塌防范工作[2]。基于此，在實際的公路隧道施工實踐中，必須重視塌方成因，并以此為參考制訂和實施相應的治理措施，避免在后續的公路隧道施工期間再次發生塌方問題。

3 公路隧道施工中不良地質引起的塌方問題應對措施

3.1 加固方案

應對由于不良地質引起的塌方問題的過程中，可參考以下加固施工總體思路（見圖1）。

圖1 不良地質引起的塌方問題處理總體思路

第一，原設計初支形式為42×4（mm）超前小導管+0.6m 型鋼拱架噴射混凝土，巖體定義為Va 級圍巖，土質為輝綠巖侵入帶，侵入帶設計里程為北線K16+960—K17+020，長度約為60m。

第二，應用水泥注漿施工的方式，對該隧道土體實施加固處理，以有效規避隧道暗挖施工中的塌方問題。通過注漿施工，能夠密實土體間隙，使漿液與土體形成更為緊密的復合型地基，提升地基的支撐保護能力和抗壓強度，為隧道的安全開挖提供有力支持。

第三，在掌子面采用深孔注漿的方式加固巖體，管徑設定為8cm，加固長度為20m，分階段以梯隊方式進行壓力注漿，在注漿后對巖層進行整體加固。

該項目的塌方隧道位于全風化輝綠巖侵入帶，堅硬程度為極軟巖，按巖體完整程度分類，全風化輝綠巖屬極破碎巖體，自穩性極差，振動或者擾動極易造成坍塌，會對現場施工人員的生命安全造成威脅?；诖耍仨毬鋵崒λ淼绹鷰r的地質改良處理，充分填充、密實原有的松散土體，提升其整體強度，確保施工順利、安全展開。

3.2 施工方法要點

第一，重新封閉掌子面。目前掌子面塌方，全風化輝綠巖極其破碎，因此將掌子面重新進行掛網、噴射混凝土封閉處理，破除初支混凝土，將鋼筋網片與型鋼拱架焊接在一起，形成一個整體，打設φ22 鋼筋固定網片，噴混凝土厚度為32cm。

第二，孔位布置。注漿孔距為1m，呈梅花形沿開挖輪廓線環向布置，共計3 排，有31 個孔位需注漿加固，加固區域縱向長度為20m，分2 個循環加固，每個循環為12m，搭接處為4m。確定每個循環注漿工期為3d，注漿完畢待漿液凝固后，進行掌子面開挖施工。

加固期間投放的注漿材料要求凝固時間短、強度高，水泥漿液的水灰比為0.75∶1，漿體材料采用PO42.5 普通硅酸鹽水泥。特殊情況下，要參考進漿量及注漿壓力的變化情況，落實對漿液濃度的及時、靈活調整。如果在較長一段時間內注漿壓力未發生變化，且實際的注漿量維持在較高水平，則需要將AB 混合液中的水玻璃量適當調高，以縮短凝固時間，將凝固時間控制在20s 以內；隨后再適當調高AB 混合液中的水泥漿量，并適當提升注漿壓力。

在注漿孔的布置及注入施工中，要求參考注漿擴散半徑展開計算，控制孔距為1m，采用梅花形的布置形式完成平面布孔；首先進行隧道外圍區域的加固，再實施隧道中心位置的加固施工。施工中，所設定的主要注漿參數如下：注漿孔角度控制在15～30°；注漿孔直徑設定為9cm；漿液擴散半徑設定為1m；漿液凝結時間控制在20s～30min 之間；注漿壓力控制在0.5～2MPa 之間；注漿循環段長設定為12m；開挖循環段長設定為8m；孔距設定為1m；梅花形沿開挖輪廓線環向布置，共計3 排。

3.3 空洞處理

加固施工結束后，雖然會形成初支護背后保護殼，但是仍然存在一定范圍的空腔殘留，需要在強度提高后再次落實填充加固處理[3]。實踐中，將粉煤灰內摻入20%的水泥漿，并通過預留的注漿孔完成對空腔的填充處理，以此構建起完整、封閉的填充體。

3.4 超前預支護

超前預支護方案包括雙排小導管預支護、超前中管棚預支護兩種。其中，雙排小導管預支護主要應用雙排小導管（2 環φ50mm 鋼管）對松散圍巖實施注漿固結處理，以此將松散圍巖轉變為一個受力整體；在隧道開挖輪廓線外部構建起環形的支撐體，降低松散體發生坍塌問題的概率。將雙排小導管的環向間距保持在30cm 左右，排距控制在15cm 左右，長度設定為6m；將小導管的外插角度控制在0～2°范圍內；使前后兩排的搭接長度始終保持在不小于1.5m 的水平。超前中管棚預支護是將管棚的前段位置打入穩固的基巖內，以此對掌子面前方的松散體實施注漿固結處理，使松散體轉變為一個穩定的整體，沿隧道輪廓面托住松散體，降低坍塌問題的發生率。

在該工程施工中，主要針對兩種方案進行對比分析，以選出更為合適的方案展開超前預支護施工，兩種方案的對比結果如表1 所示。

表1 超前預支護方案對比

3.5 施工注意事項

為了進一步降低公路隧道施工中不良地質引起塌方問題的概率，還要在實際施工期間著重把握以下四項要點。

第一，構建并實施公路隧道防坍塌體系。聯合項目參建各方共同落實公路隧道防坍塌管理體系的建立與執行，強化落實關鍵節點施工前的安全條件核查等相關制度。此外，需要積極應對暴雨汛情等嚴峻形勢，及時完善公路隧道施工防暴雨措施，以確保施工順利進行，保證隧道結構的安全性和穩定性。

第二，規范參建各方管理行為。為了確保公路隧道施工的質量和安全，質量安全監管部門應加強對公路隧道施工的監督管理，督促參建各方建立健全防坍塌工作機制。建設單位要落實質量安全首要責任，加強對參建各方的履約管理[4]。施工方需要切實承擔起施工階段坍塌風險管理責任，積極進行坍塌隱患的排查和治理工作。

第三，細化隧道坍塌防范措施。為了有效防范公路隧道施工中的坍塌風險，需要根據工程周邊環境、地質水文條件和地下管線情況，開展風險辨識、分析工作。在此基礎上編制風險清單，并制訂相應的防坍塌措施，以及時排查和治理潛在的坍塌隱患。同時，需要對礦山法隧道施工、盾構法隧道施工準備階段與施工階段的坍塌防范措施進行細化和明確，確保這些措施能夠有效應對風險，提高公路隧道施工的安全性和穩定性。

第四，加強突發事件應急響應。要求切實根據險情類型、部位、級別、影響范圍等情況，定期進行公路隧道防坍塌事故應急培訓、應急演練，在事故發生后應及時啟動應急預案，確保施工安全，避免事態擴大，避免次生災害和衍生災害發生。

4 結語

綜上所述，大連至旅順中部通道7 號隧道工程的建設區域屬于淺埋地段，為實現隧道開挖施工中坍塌問題的處理與應對，主要落實了加固處理、空洞處理以及雙排小導管預支護等措施，使松散土轉變為密實結構，通過提升其強度，更好地維護了隧道開挖施工的安全性，保證公路隧道工程順利施工。