陸海春（百色市交通運輸局公路管理處，廣西百色533000）

關于鳳山至凌云二級公路（凌云段）三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置分析

陸海春（百色市交通運輸局公路管理處，廣西百色533000）

隧道施工過程中，圍巖的穩(wěn)定性是十分重要的。在本文中，筆者結合鳳山至凌云二級公路（凌云段）工程三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置工程進行深入分析，為類似工程提供參考。

隧道；坍塌；處置；技術措施

引言

鳳山至凌云二級公路 （凌云段）工程三臺坡隧道全長204m，起止里程K36+065.948～K36+269.948，隧道凈高5m，凈寬9m，縱坡采用單向坡-1.9%，平面曲線半徑為R=450/R= 600，曲線長度L=121.227/L=86.773，隧道施工采用復合襯砌，洞口形式采用端墻式。

1 地質水文狀況

三臺坡隧道地處山丘地貌，由土山（砂巖和頁巖）和石山（石灰?guī)r喀斯特地形）兩類組成。地貌溝谷發(fā)育伴隨沖洪積相地形且陡峭。圍巖為硬塑狀紅粘土及中風化石灰?guī)r。紅粘土呈褐色、褐黃色，濕，硬塑，刀切面光滑，搖振無反應，韌性高，干強度高。中風化石灰?guī)r：灰白色，灰色，隱晶質結構，中厚層狀為主。下伏基巖為泥質粉砂巖，物探顯示基巖面起伏：全風化泥質粉砂巖；強風化泥質粉砂巖，紫紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，可見鐵質浸染，斷面不新鮮，巖心破碎，呈碎塊狀、塊狀。地下水主要以巖溶水、基巖裂隙水為主，孔隙水次之，水質化學類型單一，屬重碳酸鈣型水，礦化度一般小于200g/m3；基巖裂隙水主要儲存在全-強風化和中風化基巖的裂隙中，水量較貧；地下水主要補給來源為大氣降水，氣侯影響特征明顯。

2 坍塌狀況

2015年5月8日下午，接到施工單位報告，由于5月4日至5月6日連日下雨，特別是5月6日夜間大暴雨。5月7日早上9：40三臺坡隧道出口方向掌子面 （掌子面里程K36+ 103）有小塊土石掉落，隨后持續(xù)掉塊到5月8日凌晨5：45洞頂坍塌，拱頂通天。掌子面往前（進口未開挖方向）和往后（已初支20#工字鋼拱架）都有坍塌，塌方破壞了2榀拱架，其中1榀拱架報廢，一榀下彎。超前小導管全部下壓彎曲報廢。

塌方掉下的都是孤石和泥土。孤石體積較大，泥土含水量達到飽和。塌方形成一個洞內長7～8m，寬8～10m，高7m左右的露天空腔，空腔邊墻上的泥土還在往外滲水。塌方表露圍巖為：左側為一個狹長型的溶洞，長約11～15m，寬為1～4m；右側為泥土夾大塊孤石。

圖1

3 處置方案

現(xiàn)就施工單位針對坍塌提出的處置方案如下：

（1）在地表塌方體周圍開挖排水溝，引流地表雨水，地表作業(yè)應注意作業(yè)人員安全，防止發(fā)生二次事故。①截水溝或地表注漿等作業(yè)均應離開松動或發(fā)生裂縫的土體范圍并留有安全距離；②作業(yè)人員需綁安全帶；③需派員專門觀察地面及塌腔變化等。

（2）在塌方體上方地面支設雨布，隔絕雨水，防止雨水再次造成地質災害。

（3）在洞內沿塌腔周邊并距離周邊2～5m打設鎖口錨桿，防止塌腔繼續(xù)蔓延擴大。若施工方便，也可在地表松動及開裂的土體范圍之外打設地表豎向鎖口錨桿。

（4）對掌子面及塌落體采取噴漿或壓麻袋或漿砌護墻等臨時穩(wěn)固措施。在塌腔不穩(wěn)定的情況下，嚴禁在塌腔內作業(yè)。

（5）右側塌方體是泥土，打設有孔的排水鋼管，將泥土中水分排出。

（6）架立20#工字鋼架，間距40～50cm，加密連接鋼筋，加強鎖腳錨桿，加強整體性。

（7）在拱架初支后面回填噴射混凝土1.5m厚。

（8）盡早開展隧道二襯施工，待此處二襯完成后隨明洞回填余下空腔（包括未冒頂?shù)娜芏淳杌靥睿?/p>

（9）建議按施工圖設計方案從隧道進口（K36+065.948）架設管棚施工，按V級加強方式施工余下工程量，并注意貫通段的施工安全。

隧道幾個溶洞的施工處理情況：

（1）K36+103處拱頂坍塌通天，塌方形成一個長5.7m，寬6.3m，高7m左右的露天空腔。洞頂通天的處理采用C25噴射混泥土工藝，噴射厚度為1.5m。

（2）K36+226.483～K36+229.083段，隧道拱腰及拱頂處發(fā)現(xiàn)溶洞，極易導致左邊墻和拱頂滑落坍塌事故，對該處進行注漿處理，利用φ200PVC管作為引水管。

（3）K36+255.3～K36+260.3段，拱腰及拱頂圍巖依然是堆積巖，極易導致左邊墻和拱頂滑落坍塌事故，對該處進行加掛鋼筋和注漿處理。

圖2

（4）K36+169～K36+173處右側溶洞：長4m、寬2m、高2.5m，空腔采用M7.5漿砌片石填充，并預留排水管。

4 防止隧道坍塌的技術措施

在隧道工程日常的施工過程中，應當盡可能做到以護為主，寧強勿弱，步步為營，穩(wěn)中求快，嚴格貫徹“管超前，少擾動，早噴錨，強支護，緊封閉，勤測量”的施工原則。從源頭上預防坍塌事故的發(fā)生，應當采用以下的技術措施：

（1）按照設計要求進行拱部開挖，不得超挖，嚴格控制進尺，沿兩側交錯進行下部開挖，不良地質每次1榀，懸空長度小于2榀拱架，開挖結束后及時進行接腿；每次小于4榀，并要及時封閉。

（2）在拱腳、墻角初預留30cm用于人工開挖，嚴禁超挖或機器代挖；嚴禁水浸泡拱腳、墻角；及時引出風鉆產生的水；打炮眼時盡量保持水平，用大石塊填實超挖部分，不可用虛碴進行回填。

（3）在圍巖較差地段留核心土，確保其大小和長度符合要求，支護面積大于掌子面的1/2，絕不能挖掉太多核心土（原因是核心土對掌子面起到了支護作用，如果挖掉太多，將會導致支護不足而造成坍方）。

（4）在超前小導管施作時，應確保相鄰2排小導管的搭接長度大于1.5m，主要目的是為了防止因超前小導管長度不夠，超前小導管在放炮后懸空，進而失去原本的作用；超前小導管的間距也要得到保證，如果需要加密，就應設計加密方案，并進行加密。

（5）拱架間距要保證，不可隨意放大，連接筋與拱架焊接要牢固，用混凝土噴滿回填超挖和坍塌部分，不得在拱架背后填塞其他物質或留有空洞，避免出現(xiàn)安全隱患。

（6）采用“新奧法”原則，加強側壁的錨固，關注隧道側壁的穩(wěn)定性；保證約3m厚拱頂加固圈，關注拱部60°范圍的注漿與錨桿打設，形成平衡應力拱結構。

（7）隧道周圍如果形成塑性滑移楔體，就會導致支護結構的破壞。根據(jù)圍巖完整性、隧道埋深、自穩(wěn)性、水文地質特征，按照拱頂上覆蓋層6～8m負重做好設計，重點考慮安全與穩(wěn)定性。通過錨桿與圍巖由鋼筋網(wǎng)、鋼架、噴射混凝土形成組合拱，使承載環(huán)提供的支護阻力與塑性滑移楔體之滑移力處于平衡狀態(tài)，避免支護結構的剪力破壞；確保支護結構與圍巖粘貼緊密，不存在空洞現(xiàn)象。

（8）堅持執(zhí)行隧道施工“兩堅持”原則。確保隧道作業(yè)人員的安全，并可以及時的采取措施，避免隧道坍塌的出現(xiàn)。①堅持地質超前預報。利用工程超前預報資料，做好預測工作，對于發(fā)現(xiàn)的不良工程地質狀況，制定可行的施工方案，嚴格按照方案進行施工。采取綜合手段，采用地質雷達、TSP、超前鉆孔等方法，進行超前地質預報，并指導現(xiàn)場施工。②堅持開展圍巖監(jiān)控量測工作。圍巖應力釋放導致坍塌現(xiàn)象的發(fā)生，圍巖應力釋放是一個過程，雖然無法預測，但可以爭取時間進行逃生與撤離。因此，隧道施工最重要的安全管理工作就是做好圍巖監(jiān)控量測，施工單位應高度重視，針對不良地質地段，每一榀鋼架進行布點監(jiān)控，當需要開挖12h以內時，下一循環(huán)開挖前都要進行初測，按照量測管理基準做好測量管理工作。

（9）堅持貫徹落實隧道施工安全步距紅線管理，強調開挖方法與圍巖相匹配。軟弱圍巖及不良地質隧道初支封閉到掌子面不得大于35m；仰拱到掌子面：Ⅳ級圍巖不得大于50m，Ⅴ級圍巖不得大于40m；二襯到掌子面：Ⅳ級圍巖不得大于90m，Ⅴ、Ⅵ級圍巖不得大于70m。臺階法施工：上臺階每循環(huán)開挖進尺Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼架間距；Ⅴ、Ⅵ級圍巖不應大于1榀鋼架間距；邊墻每循環(huán)開挖支護進尺不得大于2榀；仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進尺不得大于3m。強調開挖方法與圍巖相匹配，嚴禁左右對稱開挖、掏底開挖和拉槽開挖，造成鋼架對稱懸空。

（10）做好隧底隱伏巖溶探查工作。認識巖溶產生及發(fā)育的條件是做好隧底隱伏巖溶探查工作的基礎。巖溶產生及發(fā)育條件：巖體為可溶巖；具有流動性的水；水中富氧或與大氣連通?；?guī)r、白云巖、白云質灰?guī)r、頁巖、泥巖都具有可溶性，稱為可溶巖?？扇軒r地段，若圍巖滲泄水由地表水補給、徑流、排泄造成，則無論設計是否要求進行隧底隱伏巖溶探查，現(xiàn)場都應開展隧底隱伏巖溶探查工作。

（11）做好隧道掌子面穩(wěn)定工作，具體的措施有三種，分別是：掌子面錨噴、超前預支護、預留核心土，在施工中，應根據(jù)施工的具體情況，選擇最優(yōu)的調整措施，由于核心土的存在影響，預留核心土的大小應滿足系統(tǒng)錨桿作業(yè)要求，掌子面的臨空面的穩(wěn)定可以采取錨噴措施處理。

（12）做好隧道坍塌的安全培訓。隧道施工安全基本常識：掌子面與2～3B部位最容易發(fā)生坍塌，因此需要特別關注，圍巖突然掉塊，掉塊粒徑加大、頻率加大，表示有坍塌的風險；出水突然發(fā)生，且水量大，水質渾濁，出水呈噴射狀，時斷時續(xù)出水，有坍塌及突水、突泥的風險；支護突然開裂，或者是在原裂縫上發(fā)展，也表示有坍塌的風險；有濕度變化，說明可能會發(fā)生突泥、突水；突然有風有已坍塌且坍塌發(fā)展的風險；有異常聲響，說明支撐承載正在破壞。

（13）做好隧道坍塌預防管理工作。施工中專職人員對圍巖變形情況進行觀察，做好綜合判別，及早發(fā)現(xiàn)問題，采取相應措施：①按照位移速率進行判斷：速率小于0.2mm/d時，圍巖基本達到穩(wěn)定狀態(tài)；速率變化在0.2～1.0mm/d時，應加強觀測，做好加固的準備；速率大于1mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應加強初期支護；②按照位移速率變化趨勢進行判斷：當圍巖位移速率變化保持不變時，圍巖還不是很不穩(wěn)定，需要加強支護；當圍巖位移速率不斷下降時，圍巖處于穩(wěn)定的狀態(tài)；當圍巖位移速率變化上升時，說明圍巖處于危險的狀態(tài)，須立即停止掘進，并采取相應的應急措施。

為做好隧道坍塌預防管理工作，儲備好坍塌預防應急物資，明確應急反應區(qū)段，進行坍塌應急演練。當5≤V＜2或95＜L≤100時，從V=5或L=95的里程到圍巖形變相對較大的里程，逐步推進方式實施隧道應急處理措施，采取逐步加固，這個反應區(qū)段就是最佳應急反應部位；當V從5發(fā)展到20以及L從95發(fā)展到100，這個形變過程的時間段就是最佳應急反應時機。如果可以及時發(fā)現(xiàn)應急反應區(qū)段，便可以采取應急措施，即使不能預防隧道坍塌的發(fā)生，也可以降低隧道坍塌程度與損失。

參照實例中的應急處理措施做好隧道坍塌的應急物資儲備工作，確?？梢钥焖傩纬蓱狈磻獏^(qū)段3～5m范圍臨時套拱鋼架、4.8m×6m的方格鋼架，臨時橫撐及φ280mm鋼管斜撐、縱橫向間距@0.6m×1.0m。

做好隧道坍塌應急演練的開展工作，與隧道施工安全常識培訓工作相結合，提高現(xiàn)場施工人員的逃生意識與急救常識，盡可能的減少人身傷亡與財產損失。

[1]公路隧道施工技術細則（JTG/TF60-2009）[S].北京：人民交通出版社，2009.

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2095-2066（2016）36-0228-02

2016-11-20