公路隧道后關門塌方處治措施研究

公路隧道發生后關門塌方主要由于復雜的地質條件、不合理的施工、支護不當、地下水滲透等，文章分析了廣西某隧道后關門塌方的原因，研究采用合理經濟的塌方處治措施：變形監控技術+塌方段探測技術，并根據處治后結構變形情況，評價公路隧道后關門塌方處治措施的合理可靠性，為公路隧道后關門塌方處治提供技術經驗參考。

公路隧道；后關門塌方；處治措施

U457+.2A371294

作者簡介：申少華（1988—），碩士，工程師，主要從事隧道及巖土工程試驗檢測相關工作。

0" 引言

公路隧道建設過程中，塌方是危害隧道安全的主要因素。運用科學合理的隧道塌方處治技術，是防范隧道塌方后二次災害，保障隧道最終施工質量的有利舉措。

眾多隧道工程建設者對隧道后關門塌方進行了相關研究。侯艷娟等［1］研究了隧道塌方事故的類型，主要有圍巖失穩、結構失效和環境失調等三類，并統計了后關門事故約占塌方事故的47%。陳仁東［2］結合隧道后關門塌方實際案例，提出隧道塌方段治理原則，歸納了塌方處治的工作要點：分區段、穩塌體、填空腔、嚴注漿、強支護。劇仲林［3］對鋼架+鎖腳錨桿+噴射混凝土的支護結構進行了力學分析，認為此支護結構在下臺階施工時，處于極限應力平衡狀態，極易發生塌方。周濤等［4］對燕子巖隧道關門塌方的原因進行了分析，提出了采用先壓注水泥漿回填固結塌渣和泵送混凝土形成護拱后再進行塌方開挖處理，總結提出了關門塌方成套處理技術。卜崇陽等［5］提出四類關門式塌方模型，并對各類模型機理進行了探討。

隨著科學技術發展，新的設備和技術手段被更多地應用到隧道塌方治理中。本文通過對公路隧道后關門塌方處治措施的具體分析和應用，為后續處理類似工程狀況提供技術參考。

1" 工程概況

廣西某公路隧道設計為雙向兩車道單洞隧道，起止里程樁號為K36+912～K37+780，全長868 m，為中隧道工程，路面設計高程為937.14～950.80 m，設計縱坡為-1.0%，最大埋深為182.86 m，采用削竹式洞門。

隧址區地貌屬構造剝蝕淺-中切割中低山地貌，山脈連綿起伏，山體較大，自然坡度為20°～45°。大部為土山，地表大多分布有厚1～2 m的殘坡積黏性土、碎石土等，植被較發育，山澗溝谷發育，沖溝切割較深，多呈“V”形，沖溝坡度較大。下伏基巖以三疊系中、下統砂巖、泥巖為主。擬建隧道進、出洞口均位于山間沖溝里，可見山澗水，勘察期間流量較小，雨季連續降雨流量較大。

隧道所穿越山體下伏基巖以三疊系百逢組第二組砂巖夾泥巖（T2b2）為主，呈薄-中厚層狀構造，強風化泥層巖質軟，巖體破碎-極破碎，巖石風化較強烈，工程地質穩定性較差。

2" 隧道塌方及原因分析

2.1" 塌方經過

2023-03-01 8：30，施工方巡查人員進行項目施工現場排查，發現該隧道K37+495處發生塌方。該處距離仰拱20 m，潰口為隧道拱頂至右邊墻，約為6 m。塌方體體積約為1 500～2 000 m3，塌方體為松散巖體，呈碎裂狀。

經過調查，塌方位置處于K37+495位置，塌方處距出口285 m，隧道埋深105 m，在掌子面里程K37+455位置、仰拱里程K37+515位置及二襯里程K37+539位置，潰口發生在中臺階和下臺階的交界處。該段采用S-Ⅴb支護參數施工，施工時采用環形開挖預留核心土法開挖。

2.2" 原因分析

2.2.1" 地質原因

K37+465～K37+515段，揭露洞身圍巖為三疊系中統百逢組第二組（T2b2）砂巖夾泥巖，屬于Ⅴ級圍巖，灰黑色，巖質軟弱，薄-中厚層狀構造，碎屑結構，裂隙發育，巖體破碎-極破碎。

2.2.2" 水文地質原因

從宏觀地貌來看，隧址區右側緊鄰一水庫，整體地下水較為發育。K37+465～K37+515段圍巖裂隙水較發育，施工過程中時有滲漏水，加之砂泥巖強度低、巖質軟，具有中等以上透水性，遇水易軟化失去強度，隨著隧道開挖產生臨空面，裂隙水不斷下滲造成圍巖強度下降，進而失去自承能力；同時由于裂隙水下滲導致錨桿錨固力下降，整個初期支護體系失穩，最終通過累積效應超過初期支護極限承載力，導致塌方。

2.2.3" 施工及其他原因

在隧道塌方前，掌子面已施工至K37+535，由于勞務糾紛等原因處于停工狀態達2個月之久，且在此期間隧道監控量測并未有效實施，該段采用S-Ⅴb襯砌類別支護。

采用C25噴射混凝土，厚度為24 cm，設置3.5 m長中空錨桿，間距為60 cm×120 cm，設置全環Ⅰ18型鋼鋼架，鋼架間距為0.8 m/榀。該段圍巖從揭露情況來看，塌方段K37+495～K37+515還未施作仰拱，根據《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90-2015）中對公路隧道安全步距的規定，該隧道安全步距（Ⅴ級圍巖要求仰拱至掌子面的距離為＜40 m）已然超標。因此，在發生塌方時，該段隧道支護結構未實現有效的封閉成環，未形成隧道拱的支撐作用，是形成此次塌方的主要原因之一。

3" 處治措施

3.1" 變形監控

隧道塌方后，施工方立即啟動了應急預案，對塌方隧道進行應急管控，組織測量人員對塌方段進行了變形監控。具體方案如下：對K37+495～K37+535段每3～5 m設置一個監測斷面，每個斷面設置3個拱頂下沉測點、4個周邊位移測點。測點布置情況如圖1所示。

3.2" 塌腔探測

塌腔范圍的探測對于后期采取合理經濟的處治措施具有重要的參考價值。具體方案如下：

（1）利用手持式激光旋轉掃描儀掃描技術，可以快速地對塌方體的塌方量進行估算。掃描結果如圖2所示。

公路隧道后關門塌方處治措施研究/申少華，鄧長慶，吳仲邦

（2）對K37+495～K37+535段每隔3～5 m用激光斷面儀掃描初支輪廓，確定受塌方影響范圍。結果如圖3～6所示。

（3）利用地質雷達探測技術，順塌方潰口環向間隔1～3 m布設測線，可以對塌方的塌腔范圍進行有效評估，以此確定合理的處治措施。結果如圖7所示。

結合圖3～7初支輪廓掃描結果、三維成像結果及雷達探測結果可知，坍塌及周邊區域呈漏斗形狀分布，塌方影響范圍為K37+509～K37+480，初步判斷整體縱向呈漏斗形，環向呈喇叭狀；塌方范圍初支頂部存在3～5 m的松散堆積區，塌方區域空腔最大凈高約為12 m，最大凈寬約13 m，預估總塌方量為1 800 m3左右。如圖8所示。

3.3" 處治措施

為保證掌子面施工安全，安全通過，設計采用“棄土反壓、注漿固渣、管棚支護、分級開挖、加強參數、密切監測”的綜合處理原則，具體措施如下。

3.3.1" 棄土反壓及潰口封閉

為防止塌方體下滑，導致潰口形成臨空面，加劇塌方的規模，采用棄土回填反壓塌方體下部，阻止塌方體下滑，并在棄土表面噴射混凝土，形成工作平臺，以便進行后續施工。

3.3.2" 注漿固渣

因潰口塌方物質為砂巖夾泥巖，碎塊較多，多為泥巖碎屑，無自穩能力。從未侵限的位置K37+505打設長度為20 m的108 mm管棚，打設角度為15°，范圍為拱部120°，注漿加固K37+485～K37+505段內拱頂松散的巖體。

3.3.3" 管棚支護

該段圍巖由于裂隙水下滲，自承能力下降，按照正常支護已無法保障不發生二次災害。因此，在接近潰口時，在K37+500位置，施作打設長度為30 m的108 mm管棚，打設角度為1°～3°，范圍為左拱部75°，右拱部105°。注漿加固潰口范圍拱頂松散的巖體并鎖住潰口，打設超前斜向鋼花管，與管棚注漿相互補充，加固松散巖體。

3.3.4" 加強支護參數

由于K39+495處潰口，并導致K39+495～K39+505段出現侵限，故該段加強支護。由于靠近掌子面側初期支護損壞程度未知，暫按K39+465～K39+495段初期支護失效考慮，采用S-Ⅴf支護參數，K39+430～K39+465段維持S-Ⅴb支護參數施工。

3.3.4.1" 初期支護

K39+495～K39+505段、K39+465～K39+495段初期支護采用C25噴射混凝土，噴層厚28 cm，設置全環加強型Ⅰ22a型鋼鋼架，鋼架間距為50 cm。

3.3.4.2" 二次襯砌

K39+495～K39+505段、K39+465～K39+495段應對二次襯砌進行加強，采用C30鋼筋混凝土，襯砌厚度為60 cm。

3.3.5" 分級開挖

采用環形開挖預留核心土法，監控量測數據預警時應及時架設。

3.3.6" 加強監測、及時反饋

為了監測塌方段變形情況，確保塌方段施工順利進行，保障施工安全，為動態施工提供科學數據，需加強塌方段的監控量測并及時反饋。

3.4" 處治效果評價

塌方后在K37+495～K37+535段共設置9個監測斷面，如圖10所示拱頂下沉變形速率在-0.6～4.8 mm/d波動，最大變形發生在K39+497斷面，最大累計變形量為27.7 mm，在監測開始11 d后變形趨于穩定；周邊位移變形速率在-0.4～2.6 mm/d波動，最大變形發生在K39+497斷面，最大累計變形量為7.6 mm。

塌方段在處治過程中總體變形波動較小，未見明顯異常大變形。綜合來看，監控結果滿足規范與設計的安全及耐久性要求，塌方段經過各項處治措施的實施，有效控制了變形，證明該處治措施合理有效。

4" 結語

本文根據廣西某隧道后關門塌方后的詳細調查，分析了塌方產生的原因，針對性地采取了各項處治措施，并對處治過程進行監控分析，得到如下結論：

（1）隧道后關門塌方主要是因支護結構失效，而造成支護結構失效的原因很多，尤以不規范施工為最。因此，嚴格執行設計及規范的要求進行施工，是避免發生重大事故的首要措施。

（2）公路隧道軟弱圍巖及地下水較為發育的區段，圍巖由于水的作用，易失去自穩能力，做好防排水措施及加固圍巖才能避免塌方事故的發生。

（3）公路隧道發生后關門塌方后，應基于安全、有效、經濟的原則，遵循“安全監控→分析塌方原因→明確處治范圍→制定處治方案”的處治流程，采用先進的儀器設備和有效的處治技術，才能實現安全經濟合理的目的。

（4）基于采取該處治流程后的效果評價顯示，該后關門塌方隧道在處治后變形穩定，滿足規范與設計要求的安全和耐久性要求，證明該套處治方案合理有效。

［1］侯艷娟，張頂立，李" 奧.隧道施工塌方事故分析與控制［J］.現代隧道技術，2018（1）：45-52.

［2］陳仁東.隧道后關門式塌方工程治理［J］.特種結構，2023，40（5）：53-57.

［3］劇仲林.隧道“關門”塌方原因的力學分析及預防對策［J］.隧道建設（中英文），2018，38（S1）：20-27.

［4］周" 濤，張" 輝.燕子巖隧道“關門式”特大塌方成因及處治措施研究［J］.中外公路，2015，35（2）：190-193.

［5］卜崇陽，李" 明.關門式塌方的四種模型及機理探討［J］.四川水泥，2016（7），332.

20240312