隧道反復塌方事故及處治措施

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摘要：文中結合雅安高速小馬長隧道施工過程中出現(xiàn)的反復塌方事故工程案例，研究分析了每次塌方工程特征及影響因素，在此基礎上提出處治、預防塌方現(xiàn)象的關鍵措施。結果表明對于隧道圍巖周圍存在軟巖破碎帶時，采錨注支護方案能夠較好的提高圍巖強度完整性。

關鍵詞：隧道塌方；隧道圍巖；破碎帶；錨注支護

隨著我國交通建設的快速發(fā)展，隧道工程日益增加，帶來巨大工程效益的同時，也帶來了大量的工程問題，其中塌方是在隧道施工過程當中經常見到的常見事故之一，造成的原因是多種多樣的［1-2］。一旦發(fā)生隧道塌方，一方面會造成施工成本費用增加、延緩工期，另一方面直接威脅到現(xiàn)場施工人員的生命安全［3］。如果對此處理不當，還會造成工程質量極大的安全隱患，給后期運營維護工作造成巨大困難甚至無法正常使用。因此，開展隧道塌方研究具有重要的工程意義［4-5］。本文針對雅安高速小馬廠隧道現(xiàn)場施工過程中出現(xiàn)的反復塌方事故，在深入的地質調查的基礎上，對每次塌方致災誘因進行刨析，分析幾種因素對隧道塌方的影響。結合現(xiàn)場實際確定合理的現(xiàn)場處治措施。

1工程概況

小馬廠隧道位于瀘定縣沙灣鄉(xiāng)境內，距瀘定縣城約9km，位于大渡河右岸，距現(xiàn)G318約0.5km，距油房村鄉(xiāng)村道路約0.5km。小馬廠隧道左線起于ZK102+820,止于ZK106+593，全長3773m,最大埋深804m。右線起于K102+855,止于K106+660,全長3805m,最大埋深為781m。

2塌方及治理措施

2.1初次塌方

2016年7月30日凌晨5:00，雅康高速公路小馬廠隧道左線進口端ZK104+159掌子面在出渣過程中發(fā)生塌方，立即進行現(xiàn)場查看，塌方為拱頂處。隧道圍巖為石英閃長巖，巖石強度極低，呈碎塊狀。初定處置方案為：對掌子面立即進行反壓，并采用噴射砼封閉，坍腔采取泵送C20砼回填，厚度1.5m，其余部分采用吹砂回填，原設計Ⅲ級圍巖支護變更為Ⅴ級深埋進行支護，鋼拱架采用I20工字鋼，間距60cm，仰拱工字鋼封閉成環(huán)。

2.2二次塌方

2016年7月30日上午施工單位在封閉掌子面過程中，坍腔內部再次發(fā)生塌方，有大量流沙體從坍腔流出，掌子面退后8m范圍初期支護存在開裂現(xiàn)象，隨即采取措施對掌子面進行反壓處理，并采用噴射砼封閉掌子面，暫停作業(yè)，先進行監(jiān)控量測，觀察初次支護變化情況。

2.3前兩次塌方應急處理措施

在綜合考慮超前預報結結果、現(xiàn)場圍巖位移檢測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場情況的前提下，確定了以下應急處理方案：（1）對掌子面先拉渣回填反壓，然后對小馬廠隧道左線ZK104+151-ZK104+154段初次支護開裂段進行背拱支護，間距1.2m。護拱施工完成后對初期支護進行注漿加固。Φ42注漿小導管長5m，間距100×100cm。注漿材料為水泥凈漿，水灰比1:1，注漿壓力0.5~1.0MPa。（2）小馬廠隧道左線ZK104+155.4~ZK104+159段原設計為三級加強，拱架間距為1.2m，在兩榀拱架中間開槽加立I16拱架，共加設3榀I16拱架。（3）小馬廠隧道左線ZK104+159~ZK104+169段按Ⅴ淺埋加強襯砌類型施工，其中拱架間距調整為60cm，在ZK104+157.2~ZK104+159范圍施作4環(huán)Φ42超前小導管，布設在圓心角120°范圍內，長5m，環(huán)向間距40cm;在ZK104+159~ZK104+169設置Φ42超前小導管，布設在圓心角120°長5m，環(huán)向間距40cm，每兩榀拱架設置一環(huán)。2.4三次塌方2016年8月17日，在按照塌方段處理方案施作了臨時支護，環(huán)向注漿加固和超前小導管支護后掌子面開始開挖，開挖第一榀拱架時拱頂再次發(fā)生塌方，拱頂?shù)袈涞木奘瘜⒊靶Ч茉覐?，并有大量流沙涌出，導致開挖作業(yè)無法繼續(xù)。

2.5三次塌方處治方案

（1）再一次對掌子面采取拉渣回填反壓，然后立即對雅康高速小馬廠隧道左線ZK104+157.6~ZK104+158。段塌腔部位進行注漿加固，Φ42超前注漿導管5m，環(huán)向間距40cm,外插角10°~30°。注漿材料為水泥凈漿，水灰比1:1，注漿壓力0.5~1.0MPa。（2）小馬廠隧道左線ZK104+159-ZK104+169段按Ⅴ淺埋加強襯砌類型施工，其中拱架間距調整為50cm，超前支護改為在ZK104+157.8拱架上施作第一環(huán)Φ51自進式錨桿，外插角30°，布設在圓心角120°范圍內，長6m，環(huán)向間距30cm;在ZK104+158.4拱架上施作第一環(huán)Φ42超前小導管，外插角15°，布設在圓心角120°范圍內，長6m，環(huán)向間距30cm;Φ51自進式錨桿和Φ42超前小導管交替施工，每榀拱架設置一環(huán)，ZK104+160.5結束；ZK104+160.5-ZK104+169段只設置Φ42超前小導管，外插角15°，布設在圓心角120°范圍內，長6m，環(huán)向間距30cm，每兩榀拱架設置一環(huán)。

2.6四次塌方

在按處理方案完成開挖前期的加固措施后，2016年8月25日準備開挖時掌子面拱頂部位再次發(fā)生塌方，現(xiàn)場Φ51自進式錨桿受塌方影響已嚴重變形。根據(jù)地質雷達探測結果并結合掌子面地質情況分析的地質情況如下：（1）小馬廠隧道左線ZK104+157拱頂上方6~25m范圍內存在含有松散堆積體的破碎帶，圍巖穩(wěn)定性差。右邊墻ZK104+147~ZK104+157里程前方10~25m范圍內局部有裂隙。（2）小馬廠隧道左線ZK104+159~ZK104+166段，該段圍巖為斷層破碎帶，圍巖松散堆積體，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，自穩(wěn)能力極差，圍巖級別推定為Ⅴ級。（3）小馬廠隧道左線ZK104+167~ZK104+183段，該段圍巖巖體較為破碎，構造節(jié)理較為發(fā)育，完整性較差，穩(wěn)定性較差，含有裂隙水，圍巖級別推定為Ⅳ級由此可知開完地段為一大角度相交的斷層破碎帶，圍巖穩(wěn)定性很差。破碎帶內含穩(wěn)定性很差的松散堆積體。開挖后，當松散體產生的松動地壓達到足夠大時，應力突然釋放作用于初期支護，由于瞬時應力變化較大，導致初期支護局部承載能力和抗剪能力不足，必然出現(xiàn)沖剪破壞。一旦發(fā)生初期支護沖剪破壞，出現(xiàn)斷續(xù)掉塊、塌方。因此，未能在開挖后形成穩(wěn)定的平衡拱，才是致使隧道發(fā)生多次坍塌的關鍵問題。

2.7四次塌方應急方案

根據(jù)地質雷達探測結果可知，塌方段圍巖強度較低，隧道周圍存在裂隙發(fā)育的軟巖破碎帶，綜合考慮決定采用錨注支護方案對隧道破碎圍巖進行加固。通過注液加固將破碎巖體內的裂隙和孔隙充填密實，借助漿液的膠結作用，將破碎巖體重新膠結成一個完整體，保持圍巖的完整性，提高破碎巖體的強度，從而形成的注液“結石體”可再次承受上部圍巖壓力［6］。錨注支護參數(shù)：在巷道全斷面布置中空高強注漿錨桿，其中兩幫和頂板注漿錨桿間排距為1800mm×1800mm，注漿深度為4000mm，具體如圖1所示。注漿材料采用水泥-水玻璃漿液，注漿壓力為1.5~2.5MPa，注漿時間為25~30min。板注漿錨桿間排距為1800mm×1800mm，注漿深度為4000mm。

2.8支護方案效果數(shù)值模擬分析

采用FLAC3D模擬軟件建立三維隧道模型對支護方案效果進行模擬分析。在模型頂部施加應力邊界，模型左右兩側和底部為位移邊界。數(shù)值計算采用摩爾庫倫模型破壞準則。從圖2（a）中可以看到，從隧道中心位置到隧道兩側淺部圍巖，水平位移變化幅度較大，呈現(xiàn)出急劇增加的趨勢。由兩側淺部圍巖到深部圍巖水平位移變化幅度較小，最終在深部圍巖某處位置位移逐漸減小為零。隧道兩側圍巖位移變形呈碟型對稱分布特點。左側圍巖水平位移量達到46.8mm，右側達到44.2mm。從圖2（b）中可以看到，巷道頂?shù)装宕怪蔽灰脐P于巷道中心基本呈對稱的分布特點。其中巷道頂板下沉量為38mm，隧道頂板的位移量控制效果較好。

3結語

本文針對雅安高速小馬廠隧道反復塌方事故，對致災誘因進行了探析，主要得出如下結論：（1）此次小馬廠隧道的塌方為突發(fā)性地質災害，但搞好監(jiān)控量測是確保隧道施工安全、質量和進度的基礎。此外，及時掌握隧道周圍巖體地質勘察資料是有效處理、預防隧道塌方事故的前提。（2）發(fā)生塌方，應立即停止所有洞口的施工，調動一切有利資源參與搶救工作。然后，對塌方影響段進行加固處理，只有在有支護措施的前提下才允許對坍塌巖體進行逐步清理；（3）軟弱破碎的隧道圍巖體是多次出現(xiàn)塌方事故的主要因素，通過錨桿注漿方式可以有效的將破裂巖體重新膠結成一個整體，從而提高隧道圍巖強度和完整性。

參考文獻

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［2］閆旭，王開運.大跨隧道洞口不良地質段冒頂塌方處理方案［J］.山西建筑，2020，46（06）：127-129.

［3］金泉，徐宇彪，陳提.軟弱圍巖隧道洞口施工技術研究［J］.江西建材，2020（01）：75-76.

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作者：趙殿國 單位：中國建筑西南勘察設計研究院有限公司