陳 宏

(四川西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司，四川成都610031)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)不斷跟進(jìn)，越來(lái)越多的高速公路得到修建，而隧道工程往往是其中的控制性工程。在隧道施工過(guò)程中，可能出現(xiàn)的災(zāi)害有塌方、巖爆以及大變形等[1-3]。其中，塌方是最為典型的工程災(zāi)害，約占各類(lèi)重大地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)機(jī)率的90 %以上[4]。塌方一旦發(fā)生，會(huì)造成工程延期、機(jī)械設(shè)備損壞、施工成本增加以及企業(yè)信譽(yù)下降等后果。更為關(guān)鍵的是，塌方可能導(dǎo)致人員傷亡，這是工程施工中應(yīng)該竭力避免的。

針對(duì)隧道施工中的塌方現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量研究，但由于每座隧道存在不同的地質(zhì)條件、施工措施以及施工管理水平，因此有必要對(duì)楊家山隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)的塌方事故進(jìn)行探究。

本文以楊家山隧道施工中出現(xiàn)的掌子面塌方為工程背景，對(duì)該隧道塌方的具體情況、塌方原因、處治方案以及處治效果進(jìn)行了詳細(xì)闡述，可為今后處治類(lèi)似隧道塌方事故提供一定的參考。

1 楊家山隧道塌方概述

楊家山隧道位于廣元市青川縣騎馬鎮(zhèn)，是廣元至甘肅高速公路的控制性工程。隧址區(qū)處于四川盆地西部龍門(mén)山擠壓斷裂帶的核心部位，屬于后龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶。該地區(qū)發(fā)育著多條斷層以及韌性剪切帶，斷層皆為壓性逆斷層，規(guī)模不一，表現(xiàn)也不盡相同，隧道所穿越的楊家山地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜。

楊家山隧道凈寬10.25m、凈高5.0m。在2011年初的施工中，隧道左洞與右洞都出現(xiàn)了不同程度的塌方現(xiàn)象，以下對(duì)塌方過(guò)程進(jìn)行闡述。

1.1 左洞塌方概況

2011年2月21日上午10點(diǎn)，隧道左洞ZK22+627～ZK22+628段架設(shè)鋼拱架時(shí)，掌子面右側(cè)有零星掉塊，并伴有股狀水流出，現(xiàn)場(chǎng)立即噴射C20混凝土封閉掌子面。由于該段處于斷層帶，巖體破碎，完整性極差，地下水較為發(fā)育，因此封閉掌子面的效果不明顯。約中午12時(shí)，右側(cè)形成了一倒“漏斗狀”塌腔，腔體縱向深度5m左右，自隧道中線右側(cè)5m寬，右側(cè)拱腰部位塌進(jìn)開(kāi)挖輪廓線內(nèi)1.5m左右，塌腔自拱頂內(nèi)1m至拱底向上1m高度。腔體與隧道軸線方向夾角約為80°，塌落巖體以砂質(zhì)千枚巖為主，夾雜著石英千枚巖、凝灰千枚巖以及絹云千枚巖等塊狀巖石。并伴隨著多處股狀水流出，且水流非常渾濁。

1.2 右洞塌方概況

2011年1月20日凌晨3點(diǎn)，隧道右洞K22+624～K22+625段的上臺(tái)階采用機(jī)械開(kāi)挖時(shí)，拱頂出現(xiàn)大面積掉塊，現(xiàn)場(chǎng)立即噴射C20混凝土封閉掌子面，但效果不明顯，掉塊現(xiàn)象更加嚴(yán)重。凌晨5時(shí)左右，施工現(xiàn)場(chǎng)采用洞渣回填反壓，同時(shí)在掌子面施作6m長(zhǎng)的小導(dǎo)管，并進(jìn)行掌子面注漿，注漿在26日完成。

2011年2月15日，該段上臺(tái)階完成了第3榀拱架的支護(hù)，隨后在16日23時(shí)30分，中臺(tái)階左側(cè)采用機(jī)械開(kāi)挖第一榀拱架位置巖體。此時(shí)上臺(tái)階初支噴射混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂，約10分鐘后，上臺(tái)階拱頂及左側(cè)全面垮塌。

2 塌方原因分析及治理方案

2.1 塌方原因分析

(1)楊家山隧道隧址區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，穿越了包括F6-6、F6-7以及F7等區(qū)域性斷裂帶的14條主要斷層和韌性剪切帶，施工難度極大。該隧道在塌方時(shí)，先以股狀水流出，進(jìn)而導(dǎo)致突泥，隨后較大塊狀巖石出露。由于已施作初支的卡固，因此巖塊未繼續(xù)下墜，但突泥持續(xù)，在迅速回填反壓后，突泥減少，但出水量極大。因此，此次塌方可歸類(lèi)為碎裂松動(dòng)巖體在水流作用下引起掌子面蠕變的異形大塌方。

(2)左右洞塌方段均位于斷層帶，巖體極破碎，且坍塌體多含砂質(zhì)千枚巖，但左洞塌體中伴有較大塊石，且水流量較大，伴有明顯的嘩嘩聲，右洞水流成股狀流出。因此，地質(zhì)條件差是塌方的主要因素。同時(shí)，該段施工采用二臺(tái)階法開(kāi)挖，鑒于此段處于斷層破碎帶，此種開(kāi)挖方式在圍巖條件惡化的情況下不利用掌子面自穩(wěn)。

2.2 塌方治理方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖的實(shí)際情況以及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的分析結(jié)果，在“科學(xué)、擇優(yōu)、安全、經(jīng)濟(jì)”的原則下，對(duì)楊家山隧道左洞ZK22+628～ZK22+636塌方段、右洞K22+624～K22+631塌方段的治理指導(dǎo)思想是“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、快加固、早成環(huán)、勤量測(cè)”。具體施工方法和要求為：

(1)左洞：采用洞渣回填反壓封閉掌子面，洞渣應(yīng)回填至坍腔口的上緣，并盡量填充坍腔。回填過(guò)程中應(yīng)注意坍腔口位置的穩(wěn)定，防止坍方擴(kuò)大。

右洞：采用洞渣回填反壓封閉掌子面，加固已有初支，采用I18工字鋼將距離掌子面2.5m范圍內(nèi)的初支在內(nèi)側(cè)加固，采用小導(dǎo)管對(duì)K22+620～K22+624段的圍巖及初支進(jìn)行加固，防止前方塌方段影響已有初支，小導(dǎo)管環(huán)向間距為1m、縱向間距為0.5m，小導(dǎo)管單根長(zhǎng)度為4.5m。

(2)左洞：坍腔回填完成在上方坍塌趨近穩(wěn)定后，實(shí)施超前支護(hù)鎖口。在ZK22+628掌子面后面2榀拱架位置，利用已支護(hù)拱架作為管棚施工導(dǎo)墻，拱部150°范圍內(nèi)按環(huán)向間距40cm布置φ108大管棚(厚度6mm)；大管棚外插角5°～10°，管棚長(zhǎng)15m，對(duì)拱頂及掌子面前進(jìn)方向松散巖體進(jìn)行純水泥漿注漿，改良塌體，整體凝結(jié)，防止再次坍塌。如地下水較大，可采用少量水泥-水玻璃漿止水。

右洞：坍腔回填完成在上方坍塌趨近穩(wěn)定后，實(shí)施超前支護(hù)鎖口，因掌子面拱頂坍塌空腔深度大、跨度寬，在K22+624掌子面后面2榀拱架位置，利用已支護(hù)拱架作為管棚施工導(dǎo)墻，在拱部150°范圍內(nèi)按環(huán)向間距40cm布置φ108大管棚(厚度6mm)；大管棚外插角5°～10°，管棚長(zhǎng)15m，對(duì)拱頂及掌子面前進(jìn)方向松散巖體進(jìn)行純水泥漿注漿，改良塌體，整體凝結(jié)，防止再次坍塌。地下水較大時(shí)，采用少量水泥-水玻璃漿止水。

(3)左洞：加強(qiáng)ZK22+628～ZK22+636段的支護(hù)參數(shù)，采用V加強(qiáng)型襯砌，并取消系統(tǒng)錨桿。

右洞：對(duì)K22+624～K22+631段的結(jié)構(gòu)初期支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，鋼拱架采用I20b工字鋼(全封閉)，間距為40cm；采用φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格為20cm×20cm，預(yù)留變形量為20cm，噴射混凝土的厚度為26cm，二次襯砌厚度為60cm，配筋按φ22@20cm配置。

(4)坍方處治采用三臺(tái)階或預(yù)留核心土法開(kāi)挖，三臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，上臺(tái)階開(kāi)挖高度不得大于3.5m，各臺(tái)階的長(zhǎng)度不宜大于3m。此外，應(yīng)保證鋼架的施工質(zhì)量，尤其應(yīng)避免鋼架接頭出現(xiàn)在拱頂?shù)缺∪跷恢?，并保證鋼架接頭的質(zhì)量。鋼架腳應(yīng)按設(shè)計(jì)設(shè)置加長(zhǎng)鋼板或槽鋼，防止拱腳發(fā)生沉降變形。做好臨時(shí)排水工作，禁止積水浸泡拱腳。鋼架接腿應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，控制一次接腿長(zhǎng)度不超過(guò)2榀鋼架，中、下臺(tái)階接腿時(shí)要分幅錯(cuò)開(kāi)施工，不能左、右幅同時(shí)施工，并及時(shí)封閉成環(huán)。同時(shí)，掌子面距仰拱的施工距離不宜大于15m，二襯距離掌子面不宜大于40m。

(5)左洞：針對(duì)坍腔在拱頂偏右側(cè)預(yù)埋1根1m長(zhǎng)的φ125混凝土輸送管，待初支穩(wěn)固后，通過(guò)φ125混凝土輸送管泵送0.5m厚的C20混凝土填充塌腔腔體。

右洞：針對(duì)拱頂坍腔，因塌腔高度較高，為防止掉塊和坍塌破壞支護(hù)，在K22+624～K22+631段塌腔150°范圍內(nèi)(輪廓線外側(cè))，采用1m厚C25混凝土護(hù)拱，護(hù)拱縱向長(zhǎng)度7m，護(hù)拱拱腳應(yīng)落實(shí)或采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。護(hù)拱將大管棚和部分鋼架包裹，致使形成整體，加強(qiáng)支護(hù)受力。護(hù)拱拱頂及兩側(cè)預(yù)留φ100排水孔，一個(gè)斷面設(shè)置3個(gè)排水孔，共4個(gè)斷面，排水管進(jìn)水口高度應(yīng)大于回填層20cm，以減少浸水對(duì)護(hù)拱造成較大壓力。利用排水孔在護(hù)拱上部鋪設(shè)2m厚炭渣，作為緩沖層。

(6)在施工期間，分別在ZK22+628、ZK22+633、ZK22+636、K22+624、K22+629、K22+631斷面處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。并重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，按設(shè)計(jì)文件要求和物探成果相應(yīng)實(shí)施超前探孔，并取芯，以確定F6-7斷層的位置，及時(shí)將地質(zhì)預(yù)報(bào)成果反饋給建設(shè)各方，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工。

2.3 塌方治理效果

在塌方災(zāi)害的治理過(guò)程中，監(jiān)測(cè)單位和施工方分別對(duì)上述6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面跟進(jìn)監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析各斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)變形速率及收斂預(yù)測(cè)值均在容許范圍之類(lèi)，尚無(wú)再次發(fā)生災(zāi)害事故的危險(xiǎn)。較大的水流量通過(guò)泄水口排出，降低了初支背后的水壓，但地下水的大量排泄對(duì)環(huán)境造成何種程度的影響有待考證。在此塌方環(huán)境下采用上述災(zāi)害治理方案切實(shí)可行，而且行之有效，不但安全而且能形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)隧道塌方對(duì)工程進(jìn)度和效益影響巨大，因此在施工過(guò)程中，首要任務(wù)是做好各種防塌防坍的預(yù)防措施。

(2)一旦發(fā)現(xiàn)有坍塌預(yù)兆，應(yīng)及時(shí)采取加固措施。如風(fēng)險(xiǎn)不可控，應(yīng)及時(shí)撤離所有人員和機(jī)具設(shè)備。

(3)斷層破碎帶地段的塌方，塌方體一般較大，不宜先清除坍塌體，否則可能導(dǎo)致更大塌方。應(yīng)采取回填反壓，封閉掌子面，封閉坍塌口的方式，然后對(duì)坍塌體及前方圍巖進(jìn)行注漿加固，設(shè)置超前大管棚。以“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、快加固、早成環(huán)、勤量測(cè)”為指導(dǎo)思想，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、快速、方便的治理效果。

(4)富水地段的塌方處理應(yīng)做好排水措施，防止初支由于背后水壓過(guò)大而發(fā)生破壞。

[1] 李志厚,楊曉華,來(lái)弘鵬.公路隧道特大塌方成因分析及綜合處治方法研究[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2008,16(6):806-812

[2] 馮衛(wèi)星,況勇,陳建軍.隧道塌方案例分析[M].成都：西南交通大學(xué)出版社, 2002

[3] 于書(shū)翰,杜謨遠(yuǎn).隧道施工[M].北京：人民交通出版社,1999

[4] 王迎超.山嶺隧道塌方機(jī)制及防災(zāi)方法[D].浙江大學(xué),2010

[5] 吳強(qiáng).馬埡口隧道塌方災(zāi)害發(fā)生機(jī)理及治理措施研究[D].重慶大學(xué),2009

[6] 李志厚.公路隧道特大塌方病害處治方法研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2004

[7] 張聯(lián)志,陳偉,陳賀.山嶺隧道塌方處理加固措施及FLAC3D模擬對(duì)比分析[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,27(13):36-40