侯振鵬

福建第一公路工程集團有限公司 福建 泉州 362000

一、工程概況

1.1 九峰隧道項目簡介

九峰隧道位于龍巖市東肖鎮(zhèn)，采用分離式雙洞布置，雙洞三車道設(shè)計，最大埋深約600米。其中左洞全長4642米，起止樁號為ZK136+458～ ZK141+100；右洞全長4687米，起止樁號為YK139+416～YK141+103；屬于特長隧道。九峰隧道是項目總體建設(shè)過程中重要節(jié)點工程、控制性工程，直接影響廈蓉高速擴建工程的總體建設(shè)進度。

九峰隧道按高速公路80km/h速度標準設(shè)計，雙洞三車道采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，隧道主洞內(nèi)輪廓凈空寬度為14.8米，高度為9.8米。

圖1 隧道主洞凈空斷面

1.2 工程地質(zhì)特征

九峰隧址區(qū)處于我國東部著名的巨型新華夏系第二個隆起帶與南嶺緯向復(fù)雜構(gòu)造帶的復(fù)合部位，閩西南拗陷帶東部。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，進口及洞身斷層發(fā)育地段見后期侵入的花崗巖體分布，出口段褶皺、斷層活動均較發(fā)育，斷裂特征多為擠壓破碎，應(yīng)力中心多見糜棱巖化。場區(qū)上覆坡積(含礫)粘土（Qdl），下伏基巖為二疊系下統(tǒng)文筆山組（P1w）粉砂巖、石炭系下統(tǒng)林地組（C1L）石英砂巖、石英砂礫巖、寒武-奧陶系（ε-0）變質(zhì)細砂巖和燕山早期侵入花崗巖（γ52）及其風(fēng)化層。

1.3 水文地質(zhì)條件

九峰隧道區(qū)屬構(gòu)造-剝蝕低山地貌，地形起伏較大，山坡較陡，自然坡度25～30°，局部達35～45°，山脊(頂)平緩；山體雄厚，植被發(fā)育，山坡坡體較陡，隧道穿赿的溝谷深切地段，隧道中部溝谷地表水系發(fā)育，部分山溝谷中見常流水。

地下水按埋藏條件及賦存介質(zhì)不同主要有：①基巖風(fēng)化層網(wǎng)狀裂隙水：隧道區(qū)巖性為花崗巖、變質(zhì)細砂巖、石英砂礫巖及石英砂巖，為堅硬巖，碎塊狀強風(fēng)化巖層裂隙較發(fā)育，富水性及導(dǎo)水性較強，接受大氣降水的補給，厚度小，水量貧乏，主要對隧道進、出口圍巖及施工有影響。②基巖構(gòu)造裂隙水：主要為斷裂構(gòu)造帶、節(jié)理密集帶中的裂隙水，受裂隙、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造的控制，賦存條件較好，水量差異大，受大氣降水的補給和基巖風(fēng)化裂隙水的補給。根據(jù)野外鉆孔抽（注）水試驗及水位恢復(fù)試驗，經(jīng)估算該隧道左洞正常涌水量為8823.2m3/d，最大涌水量為17766.6m3/d；右洞正常涌水量為8127m3/d，最大涌水量為16365.5m3/d。

二、隧道涌水塌方的過程及原因分析

2.1 九峰隧道涌水塌方發(fā)生的過程

九峰隧道自出口向進口方向施工，2017年11月1日上午9點許，右洞掌子面開挖掘進至YK140+159，掌子面圍巖為斷層破碎帶，較破碎，拱頂圍巖為碎塊狀強分化，局部已成砂土狀，并且有出部分裂縫，局部開始涌水。隨后9點35分，掌子面拱頂開始逐漸掉渣掉塊，偶有細小異響聲，9點50分拱頂突然坍塌，形成較大塌腔，如下圖2圖3。災(zāi)害發(fā)生后，為了防止塌腔的進一步擴大和涌水大面積軟化掌子面土體、浸泡拱腳，項目部采取了應(yīng)急措施，拱腳兩側(cè)用沙包土填護，同時開挖臨時排水溝引排掌子面涌水，經(jīng)初步檢測，掌子面涌水量為23.4L/S，進一步準備對掌子面進行初步的回填反壓注漿加固措施。

圖2 隧道YK140+159掌子面涌水

圖3 隧道YK140+159拱頂塌方

2.2 九峰隧道涌水塌方的成因分析

九峰隧道右洞YK140+159掌子面溝處于溝谷深切地段，埋深較大，有沖溝發(fā)育， 圍巖為構(gòu)造破碎帶方f4-9及F4-10，根據(jù)LSSID鉆孔，帶內(nèi)巖石受力擠壓變質(zhì)，褐鐵礦比較普遍，局部糜棱巖化，裂面多嚴重鐵錳質(zhì)渲染。隧道施工至該里程段時，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果及掌子面開挖情況來看，圍巖處于擠壓破碎帶，巖體比較破碎，局部已經(jīng)土狀，節(jié)理裂隙極發(fā)育，富水性好，地下水水量豐富，該地質(zhì)縱斷面圖如下圖4。

圖4 九峰隧道 YK140+159縱斷面地質(zhì)圖

涌水突泥發(fā)生的實質(zhì)是圍巖的原力學(xué)平衡狀態(tài)在隧道施工開挖過程被打破，是原圍巖中應(yīng)力的一種調(diào)整和釋放。在隧道施工過程中，斷層破碎帶圍巖在水的作用下更加軟弱，巖體強度低，穩(wěn)定性差，部分圍巖體和圍巖間水的混合物在較高水壓力和圍巖壓力的作用下，在掌子面上形成突裂隙破口，豐富的地下水或者混合物呈流塑狀態(tài)突然涌出，從而形成突水或者涌水突泥。

初步判斷，九峰隧道右洞塌方段圍巖成強風(fēng)化狀，較破碎，水量豐富，圍巖自身穩(wěn)點性差，在周圍土體壓力及水的浸泡軟弱作用下拱頂土體失穩(wěn)塌落，形成了此次的涌水塌方災(zāi)害。

三、隧道涌水塌方段的施工要點

3.1 隧道塌方段設(shè)計參數(shù)

根據(jù)工程項目原設(shè)計圖紙，九峰隧道右洞YK140+159段原設(shè)計為III級圍巖，按Z3型復(fù)合支護設(shè)計圖支護，但是早前時間施工工程中根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報及現(xiàn)場圍巖實際開挖情況，施工方通過相關(guān)的變更手續(xù)，該里程段已變更為V級圍巖，涌水塌方前，按Z5型復(fù)合支護圖開挖支護施工。

圖5 Z3型復(fù)合支護設(shè)計圖

圖6 Z5型復(fù)合支護設(shè)計圖

3.2 涌水塌方地段的施工特點

3.2.1 涌水地段

涌水地段施工要做好施工調(diào)查，根據(jù)設(shè)計文件對隧道可能出現(xiàn)的涌水地段的涌水量大小、補給方式、變化規(guī)律及水質(zhì)成分等進行詳細的調(diào)查，選擇既經(jīng)濟合理，又能保證圍巖穩(wěn)定，并保護環(huán)境的治水方案。

一般地，隧道涌水的治理主要采用排水和止水相結(jié)合的方式，以排為主，排、堵結(jié)合。排水主要是通過排出坍體及坍體前方圍巖中的部分水，以減小涌水壓力，并改善巖土體的物理力學(xué)性能。止水主要是通過向松散的圍巖體中壓注化學(xué)漿液，將原來呈松散軟弱的巖土體變得相對密實和硬化，同時，漿液在巖體的裂隙中凝固后，可將這些裂隙和其他空洞等封堵，以截斷巖體中前方來水的過水通路。

常見的處理涌水輔助施工方法有：超前鉆孔或輔助坑道排水、超前小導(dǎo)管預(yù)注漿堵水、超前圍巖預(yù)注漿堵水、輕型井點降水及深井降水等措施。

3.2.2 塌方地段

隧道塌方通常是多方面的因素引起的，塌方的原因大致分為兩種，一是自然因素，即地質(zhì)狀態(tài)、受力狀態(tài)、地下水變化等；二是人為因素，即設(shè)計參數(shù)不適當，或者施工作業(yè)的方法措施不適當。預(yù)防隧道塌方，選擇安全合理的施工方法和措施至關(guān)重要。在掘進到不良圍巖破碎地段或者有水地段，應(yīng)遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，應(yīng)采取“先治水、短開挖、若爆破、強支護、早襯砌、勤測量”的施工方法，必須制訂出切實可行的施工方案及安全措施。

隧道施工過程中，應(yīng)加強施工技術(shù)管理，保證圍巖及支護的穩(wěn)定，預(yù)防隧道塌方的發(fā)生應(yīng)做好下列工作：

（1）全面了解設(shè)計提供的地質(zhì)狀況，并及時與現(xiàn)場實際情況對比，明白設(shè)計意圖，嚴格按照設(shè)計文件及施工組織設(shè)計要求進行施工，未經(jīng)批準，不得擅自改變開挖方法及支護形式。

（2）認真開展監(jiān)控量測工作，并及時反饋量測資料，加強超前地質(zhì)預(yù)報工作，發(fā)現(xiàn)開挖面前方有異常情況出現(xiàn)時，應(yīng)及時研究并采取相應(yīng)對策措施，，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

（3）應(yīng)根據(jù)噴錨構(gòu)筑法的基本要求進行開挖，合理選定開挖方法，同時采用光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)，減少對圍巖的擾動。軟弱圍巖、特殊巖土和不良地質(zhì)地段，應(yīng)采取正確的開挖方法及有效的支護手段。在開挖過程中，如果發(fā)現(xiàn)任何特殊情況發(fā)生時，應(yīng)暫停施工，待處理后方可繼續(xù)掘進。

（4）初期支護，必須及時施作并保證質(zhì)量，在特殊情況下，應(yīng)采取特殊的支護措施。二次襯砌不得嚴重滯后初期支護，施工安全步距應(yīng)符合設(shè)計及規(guī)范相關(guān)要求。在軟弱圍巖地段宜緊跟開挖，III、IV級圍巖中，應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測的結(jié)果確定二次襯砌的最佳施作時間。

（5）根據(jù)《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》JTG F90-2015，公路隧道施工安全步距要求如下：①仰拱與掌子面的距離，III級圍巖不得超過90m，IV級圍巖不得超過50m，V級及以上圍巖不得超過40m；②軟弱圍巖及不良地質(zhì)隧道的二次襯砌應(yīng)及時施作，二次襯砌距離掌子面的距離，IV級圍巖不得大于90m，V級及以上圍巖不得大于70m。

四、九峰隧道涌水塌方綜合處治技術(shù)措施

4.1 隧道塌方初步處理意見

九峰隧道右洞發(fā)生涌水塌方后，項目部應(yīng)及時迅速處理，仔細觀測了塌方的范圍、形狀、數(shù)量大小及坍體的地質(zhì)狀況、地下水的分布、活動情況等，根據(jù)隧道塌方部位、規(guī)模及地質(zhì)條件，采取“治塌先治水、治塌先加強”的原則，準備采取噴錨支護、超前小導(dǎo)管注漿、管棚預(yù)注漿、后期加強二次襯砌等技術(shù)措施來進行處理，必要時進行圍巖帷幕注漿加固或者超前大管棚支護等輔助施工措施，此次涌水塌方處理施工流程如下圖7所示。

圖7 九峰隧道涌水塌方治理施工流程

隧道涌水塌方初期要加強洞內(nèi)觀察，特別是監(jiān)控量測中凈空變化和拱頂下沉觀測，同時做好引排水工作，在災(zāi)害治理過程中，實時掌握圍巖的變化情況，根據(jù)圍巖實際情況及時反饋信息，及時調(diào)整治理措施技術(shù)參數(shù)，指導(dǎo)塌方段安全施工。

經(jīng)過業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工四方在現(xiàn)場查勘并結(jié)合地質(zhì)縱斷面圖和超前地質(zhì)預(yù)報情況，決定在掌子面回填反壓、小導(dǎo)管注漿加固的基礎(chǔ)上，分步驟分階段進行塌腔泵送水泥漿液填充加固，然后施作超前大管棚預(yù)支護，進行帷幕注漿加固前方30米整體圍巖的強度和穩(wěn)定性，并變更支護設(shè)計參數(shù)，加強初期和二次襯砌支護。

4.2 隧道塌方綜合處理技術(shù)方案

4.2.1 掌子面回填反壓封閉

（1）九峰隧道右洞YK140+159段涌水塌方災(zāi)害發(fā)生后，項目部根據(jù)此次塌方的性質(zhì)、規(guī)模以及涌水量的初步觀測數(shù)據(jù)，在掌子面塌方土體穩(wěn)定后，立即組織對掌子面進行核心土回填，進行反壓，現(xiàn)場施工如圖8。

（2）掌子面核心土反壓拍實后，采用C20噴射混凝土進對掌子面進行噴砼封閉，噴砼厚度30cm，同時反壓面兩側(cè)及坡底設(shè)置排水孔，現(xiàn)場施工如圖9。

圖8 掌子面核心土回填反壓

圖9 掌子面噴砼封閉

4.2.2 拱頂周邊超前小導(dǎo)管注漿

（1）掌子面噴砼封閉后，在拱頂及周邊環(huán)向按間距1.0m打入5.0m長的?50mm小導(dǎo)管26根，在反壓的核心土坡面上按間距1.0m打入5.0m 長的?50mm小導(dǎo)管80根，進行全斷面小導(dǎo)管注漿，加固拱頂周邊圍巖及掌子面坍體的整體穩(wěn)定性，如圖10。

（2）超前小導(dǎo)管注漿漿液為水泥漿，其中水泥漿水灰比為0.5:1，注漿壓力為0.5～1Mpa，小導(dǎo)管注漿施工如圖11。

4.2.3 圍巖周邊帷幕注漿

第一階段：泵漿填充隧道塌腔。根據(jù)掌子面小導(dǎo)管注漿情況，在掌子面拱頂斜向上方向鉆入1根長6m?108mm*6mm的泵送管至塌腔上方，并對掌子面進行補噴砼加固封閉，然后進行雙漿液注漿（水玻璃）加固。其中，雙漿液配比參數(shù)為：水泥:水玻璃體積比C:S=1:0.6～1.0，水泥漿水灰比0.5:1～1:1，注漿壓力為：初壓0.5～1Mpa，終壓3～5Mpa。

第二階段：帷幕注漿。在YK140+159涌水塌方段在第一階段注漿填充加固后，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報、監(jiān)理量測數(shù)據(jù)分析報告以及現(xiàn)場觀察，為了進一步改善圍巖的物理力學(xué)性能，提高其強度和整體穩(wěn)定性，采取一個了循環(huán)的帷幕注漿對掌子面前方30米的圍巖進行預(yù)加固，根據(jù)相關(guān)設(shè)計要求，采用30米長管棚預(yù)注漿加固。

隧道治理施工過程中，首先，用超前鉆機在拱頂周邊環(huán)向鉆孔，然后逐孔插入30米長導(dǎo)管（管壁有出漿孔），共計30根導(dǎo)管形成管棚，最后，通過管棚注漿預(yù)加固技術(shù)來穩(wěn)定周邊圍巖，提高圍巖整體強度和穩(wěn)定性。

圖13 掌子面超前大管棚鉆孔

4.2.4 隧道支護參數(shù)調(diào)整

針對此次涌水塌方災(zāi)害，為了進一步加強隧道整體的強度和穩(wěn)定性，業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工四方在現(xiàn)場查勘并結(jié)合地質(zhì)縱斷面圖和地質(zhì)超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，經(jīng)過相關(guān)設(shè)計變更程序，對右洞掌子面后20米范圍內(nèi)支護設(shè)計參數(shù)進行了調(diào)整加強變更，YK140+159～140+139按ZDK-1復(fù)合支護設(shè)計進行施工，初支工字鋼型號由20b調(diào)整為22b，工字鋼立架間距由70cm調(diào)整為50cm，噴砼厚度由28cm調(diào)整為30cm，二襯由50cm厚的C25防水砼調(diào)整為60cm厚度的C30防水砼。

同時，二次襯砌施工前應(yīng)加強該塌方段隧道初支凈空尺寸、圍巖背后空洞的檢測，如有不符合設(shè)計的要求應(yīng)及時處理，經(jīng)檢測合格后，方可進行下一道工序。九峰隧道該塌方段經(jīng)過相關(guān)檢測，凈空尺寸符合圖紙設(shè)計要求，初支背后無空洞，隧道二次襯砌順利完成施工。

五、塌方治理效果及總結(jié)

5.1 隧道涌水塌方治理效果

九峰隧道右洞YK140+159涌水塌方段，歷經(jīng)兩個多月的不懈努力，成功治理了掌子面特別是拱頂拱要的涌水情況，有效加固拱頂塌方的的松軟破碎巖層，并對前方30米范圍內(nèi)進行超前圍巖預(yù)加固處理，最終成功通過了該涌水塌方地段。由于此次塌方造成的相鄰初支工字鋼部分發(fā)生沉降及變形，局部侵限，對相鄰段YK140+159-165進行了換拱加固處理。總之，在安全、環(huán)保、文明施工前提下和較經(jīng)濟合理的措施治理下，九峰隧道順利通過了該斷層破碎帶，成功治理了該不良地質(zhì)的涌水塌方災(zāi)害。

5.2 綜合處治技術(shù)總結(jié)

（1）公路隧道施工要應(yīng)加強施工地質(zhì)調(diào)查、做好地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，同時做好監(jiān)控量測工作，隧道地質(zhì)預(yù)測預(yù)報、隧道施工監(jiān)測量測應(yīng)作為必備的重要工序納入施工組織設(shè)計和施工組織管理。

（2）隧道施工應(yīng)做好組織技術(shù)管理，做好的隧道供水供電、通風(fēng)、防塵、防排水等工作，嚴格執(zhí)行相關(guān)安全生產(chǎn)管理制度。

（3）隧道施工過程中，應(yīng)嚴格按照設(shè)計文件及施工組織設(shè)計要求進行施工，保證施工質(zhì)量，應(yīng)加強施工技術(shù)管理，保證圍巖及支護的穩(wěn)定性，做好隧道涌水突泥、塌方等災(zāi)害的預(yù)防措施。

（4）遇到不良地質(zhì)軟弱圍巖地段，應(yīng)加強地質(zhì)探測和預(yù)報工作，結(jié)合實際情況，考慮在開挖面布置超前鉆孔，探明前方地質(zhì)，預(yù)防水囊、暗河、高壓涌水突泥等危害。

（5）如遇隧道塌方，應(yīng)及時迅速處理，不得隨意拖延時間，應(yīng)根據(jù)塌方的部位、規(guī)模、類型結(jié)合當?shù)厮牡刭|(zhì)條件，正確客觀的分析塌方的原因，制定切實可行的科學(xué)經(jīng)濟處理方案。

六、 結(jié)束語

通過對九峰隧道YK140+159涌水塌方災(zāi)害過程的回顧及成因分析，簡析了造成此次涌水塌方的客觀原因，淺析了涌水及塌方地段的施工要點、注意事項及預(yù)防措施；并通過對此次隧道塌方事故的綜合處治措施分析，淺談了常見的隧道塌方處理措施及效果分析，為類似的、同類型的隧道塌方處理提供了一定的參考性；最終九峰隧道成功度過涌水塌方地段，為后續(xù)的隧道施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗和可靠的技術(shù)保障，為九峰隧道節(jié)點工程的順利貫通奠定了堅實的基礎(chǔ)，九峰隧道左右洞已經(jīng)分別于2018年8月31日、9月25日順利完成貫通工作。