周金邦

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550003)

1 工程概況

春天門特長隧道為分離式+小凈距組合式隧道，總長6 473 m，隧道主洞內輪廓拱半徑為5.55 m、曲墻半徑為8.50 m，凈空面積為65.65 m2；緊急停車帶內輪廓為五心圓曲邊墻結構；車行橫通道建筑限界凈寬6.5 m，凈高5.0 m，襯砌內輪廓為拱高6.7 m的五心圓曲邊墻結構。

圍巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組、新田溝組、中下統(tǒng)自流井組、下統(tǒng)珍珠沖組、三疊系上統(tǒng)須家河組、中統(tǒng)雷口坡組、下統(tǒng)嘉陵江組、飛仙關組，巖性為灰?guī)r、泥巖、砂巖、頁巖等。不良地質為巖溶及巖溶水、瓦斯、斷層、腐蝕性地下水、膨脹性圍巖等。

2 隧道塌方原因分析

2.1 不良地質及水文地質條件

(1)隧道穿過斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯動發(fā)育地段，一經開挖，潛在應力釋放，圍巖失穩(wěn)，就將引起周邊圍巖塌方。

(2)在裂隙特別發(fā)育的地段，擠壓破碎帶、軟弱巖脈穿插帶等破碎結構地層中，相互擠壓的巖塊在開挖后將會失穩(wěn)。

(3)巖層軟弱相間的地層、有軟弱夾層的圍巖，在地下水作用下使開挖后的巖面強度大大降低，失去自穩(wěn)能力而引起塌方。

2.2 隧道設計因素

(1)隧道選址時，地質調查不詳細，對不良地質認識不到位，以及缺乏詳細的地質及水文地質資料，造成施工方案制定失誤。

(2)對不良地質條件下施工預先支護、加固方案設計不合理，導致施工過程中因支護強度不足而引發(fā)塌方。

2.3 施工方法和措施不當

(1)因地質條件不明或施工方案編制人員缺少相應經驗導致所選用施工方法與地質條件不相適應。

(2)在施工過程中遇到地質條件發(fā)生變化需要變更支護方案或施工方法時，未及時變更施工方法。

(3)初期支護施工不及時，支撐架立不合要求。初期支護是充分利用圍巖自身穩(wěn)定性、防止隧道塌方的一種技術措施，其施工不當將導致圍巖累計變形過大而發(fā)生塌方。

(4)隧道開挖后必須及時初噴混凝土，封閉圍巖、減少變形，使開挖輪廓線周邊圍巖變形逐步穩(wěn)定。開挖后地層暴露過久，引起圍巖松動、風化，自穩(wěn)能力喪失而發(fā)生塌方事故。

(5)高速公路山體隧道一般采用鉆爆法開挖，爆破用藥量過大引起地震效應可能促使已經實施初期支護的位置發(fā)生坍塌；

(6)監(jiān)控量測是隧道新奧法施工中的重要一環(huán)，施工過程中未及時量測，或在量測數(shù)據(jù)變形異常時未采取有效措施，已完成初期支護部分可能因變形過大發(fā)生塌方。

(7)圍巖開挖后需對侵入開挖輪廓線以內的孤巖和松動的危巖進行處理，處理方法不當將人為的造成塌方。

3 隧道塌方的前兆

(1)水文地質條件變化，如干燥的圍巖突然出水、地下水突然增多、水質由清澈變渾濁等；

(2)拱頂不斷掉塊，甚至較大的噴混凝土塊掉落，預示圍巖即將發(fā)生塌方；

(3)支護變形(拱架接頭擠偏或壓劈、噴射混凝土出現(xiàn)大量裂紋或剝落等)、敲擊發(fā)聲清脆等；

(4)噴錨支護的水平收斂率大于0.2 mm/d、拱頂下沉量大于 0.1 mm/d并持續(xù)增大。

4 隧道塌方預防措施

4.1 先排水

在施工前和施工中都要采取相應的防排水措施，盡可能將隧道外的水截于隧道之外，特別是軟弱巖層和巖石破碎地段。

4.2 短開挖

短進尺，各部開挖工序間的距離要盡量縮短，以減少圍巖暴露時間。

4.3 弱爆破

破碎巖層盡量用風鎬等人工開挖，必須爆破時，要用淺眼、密眼，并嚴格控制用藥量。

4.4 快、強支護

每步開挖后要及時進行初期支護，針對地壓情況，確保支護結構有足夠的強度。

4.5 快襯砌

襯砌工作須緊跟開挖工作面進行，力求襯砌盡快成環(huán)。

4.6 勤檢查、勤量測

加密監(jiān)控量測頻率，發(fā)現(xiàn)圍巖變形或異狀，立即采取有效措施及時處理隱患。

5 隧道塌方處理方法

5.1 做好預報調查

在處理已發(fā)生的塌方前，應詳細調查塌方范圍、形狀、塌穴的地質構造，查明其誘發(fā)的原因和塌方類型，然后據(jù)此再確定塌方處理方案，其目的是初步判斷塌方的可發(fā)展性。塌方必須等待塌腔穩(wěn)定之后才可進行處理，否則安全隱患過大。

5.2 防止塌方擴大

(1)對塌方范圍內頂部與側壁的危巖及裂縫，搶先清除或錨固；

(2)加強原有支護，如采取周邊注漿加固2～4 m，在支護內徑采取工字鋼拱架加固措施等；

(3)對塌體表面立即進行噴射混凝土封閉(增加速凝劑摻量)，塌穴內在保證安全的前提下盡量噴射混凝土封閉；

(4)加快襯砌，對塌方兩端盡快局部襯砌，以保證塌方不擴大。

5.3 處理塌方

(1)如塌方體積較小，且塌方范圍內已進行噴錨或已架設了較為牢固的支撐時，可由兩端或一端先上后下逐步清除塌方，清除時注意觀察拱頂及周邊的圍巖有無變化的可能，避免二次塌方。隨挖隨架設臨時支撐，臨時支撐必須緊挨塌腔面。如塌體稍大，不能完全保證不出現(xiàn)二次塌方時，不要清除塌體，在塌體上先對拱頂進行臨時錨噴支護、鋼拱架支撐或進行模筑混凝土作為臨時支護，在保證安全的情況下再對拱腳欠挖處理，進行剛性支護。

(2)如塌方體積較大，因塌體堵塞無法進入塌方范圍進行支護時，可采用長管棚或注漿加固塌體，待其穩(wěn)定后，按照“短進尺、弱爆破、早封閉”的原則挖開塌體，并盡早襯砌，有時為了減少塌腔的暴露時間，支護可采取一次性模筑混凝土進行封閉。塌方段圍巖整體性較差或富水時，還應對該段圍巖進行預注漿加固處理。

(3)如塌方冒頂，在處理塌體前應先支護陷穴口，錨噴封閉洞穴周圍巖面，避免洞內二次開挖塌體時，上頂二次坍塌。地質條件較差時，還應該對陷穴口周邊地表進行打設錨桿或地表注漿加固措施。地表周圍及陷穴口上空要做好防排水措施，避免雨水進入塌腔內軟化圍巖。如果塌腔頂部地表埋深非常淺而且塌腔比較大時，可視情況將地表挖開進行明處理。

(4)一般塌方段的支護和襯砌需加強處理，模筑襯砌背后與塌腔周壁間必須采取緊密支撐。塌方襯砌背后空洞的處理，當塌方較小時，可采用漿砌片石或干砌片石回填密實。當塌腔較大時，可用漿砌片石回填，厚度宜為2 m，其上空間采用鋼支撐等頂住穩(wěn)定圍巖。當塌方冒頂時，要根據(jù)上頂回填爐渣及土的荷載確定支護及模筑襯砌的類型，待達到設計強度后再進行冒頂回填(一般采用輕質材料如爐渣)，填至距地表1～2 m后用黏土封層防水，封層要高出原地表50 cm左右，回填及封層要夯填密實，防止塌陷浸水。

(5)處理塌方的同時，應加強防排水工作。塌方往往與地下水活動有關，治塌先治水，防止地表水滲入塌體或地下；引截地下水，防止?jié)B入塌方地段，使塌方擴大。

6 結 論

塌方是隧道施工過程中常見的事故，也經常造成人員傷亡和經濟損失，并對后續(xù)工作造成非常不利影響。為避免塌方事故，隧道工程在設計階段應有詳細的地勘資料，并對不良地質做足夠的加固設計；在施工階段應采取與地質條件相適應的施工方法，并做好施工監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)變形異常時及時采取有效措施處理或及時撤出人員、設備，將損失降到最低。同時，也應積極研究新理論、推廣新技術、新材料、新設備，盡一切可能確保隧道施工安全。