吳雙良

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，福建 福州 350004）

1 工程概況

某隧道工程所在地地質(zhì)條件復雜，在6月份施工中出現(xiàn)了持續(xù)掉塊現(xiàn)象，施工單位停止了掘進施工，并做好掌子面的噴漿封閉。一周后，施工單位在該隧道的進口處使用挖掘機進行開挖，開展下臺階出渣作業(yè)。整個作業(yè)過程中也伴隨著掉塊，同時洞內(nèi)出現(xiàn)了塌方涌水，危及現(xiàn)場施工人員。施工單位出于安全考慮，及時撤離了所有工作人員。由于塌方涌水，施工單位沒能及時用格柵、拱架進行支護，倉促撤退中導致了安全隱患的持續(xù)。此次隧道塌方全長8.5m，造成的后果極為嚴重，給施工單位帶來了很大的經(jīng)濟損失，同時影響了施工工期。

2 事故成因分析

2.1 地質(zhì)因素

在隧道開挖過程中，地質(zhì)因素是導致復雜地質(zhì)條件下隧道出現(xiàn)塌方涌水的關(guān)鍵因素之一。該隧址存在軟巖，也稱軟弱圍巖。軟巖由于受到風化侵蝕比較嚴重，強度較低，孔隙較疏松。部分圍巖開挖之后，剩下的圍巖將失去支撐力，使得巖土向洞身的方向施加壓力，從而容易導致軟巖出現(xiàn)變形。特別是當支撐隧道洞身的位置發(fā)生變化，將會形成臨空洞壁，從而導致圍巖自身應(yīng)力改變，并且向隧道洞身方向發(fā)展，進而導致隧道塌方。

2.2 地下水和地表水因素

這一段隧道位于兩座高山之間，處于一個溝谷中，常年受到雨水沖刷，整體已形成流水沖溝，巖體質(zhì)量較差，再加上6 月是雨季，該區(qū)域非常容易出現(xiàn)滲水，這就造成很多圍巖出現(xiàn)了裂隙，給施工增加了很大的難度。

2.3 設(shè)計因素

在公路隧道的設(shè)計階段，對于地質(zhì)情況的勘探至關(guān)重要，這直接關(guān)系到復雜地質(zhì)條件下公路隧道的施工工藝和施工方法?？茖W合理的設(shè)計方案可以有效避免隧道涌水塌方的出現(xiàn)。但是由于復雜地質(zhì)條件下的隧道圍巖類型較多，深層圍巖特性存在差異，因此，在施工的過程中，可能存在圍巖特性與設(shè)計圖紙存在差異的情況。甚至由于勘察設(shè)計工作不到位或受地質(zhì)條件影響而沒有發(fā)現(xiàn)小型溶洞，從而導致施工過程中出現(xiàn)涌水引起隧道塌方。也可能勘察設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了溶洞，但是對于溶洞大小以及可能出現(xiàn)的涌水量預估不足，涌水處理方案設(shè)計不合理，從而導致隧道施工過程中出現(xiàn)涌水塌方。因此，設(shè)計因素是導致復雜地質(zhì)條件下出現(xiàn)隧道塌方涌水的關(guān)鍵因素之一。需要細化設(shè)計方案，一旦施工過程中出現(xiàn)實際地質(zhì)與設(shè)計不符的情況，應(yīng)及時調(diào)整設(shè)計方案。

2.4 施工因素

公路隧道施工過程中，由于機械開挖或爆破會對巖土產(chǎn)生一定的擾動，從而使得巖土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，使巖土出現(xiàn)失穩(wěn)。特別是有些公路隧道的軟巖存在塑性屈服等破壞狀態(tài)，應(yīng)力拱圈的半徑較大，會使得隧道初期支護的荷載較大。另外，在隧道開挖施工過程中，對圍巖變形的控制難度較大，通常會遵循先簡單、后復雜的開挖原則，但是在開挖過程中需要嚴格控制開挖流程，隨著開挖深度的增大，不確定因素也在增加，開挖難度相應(yīng)增大。一旦出現(xiàn)開挖封閉不及時等情況，將會導致軟巖受到水、空氣等因素影響，進一步擴大松動圈，從而降低環(huán)狀支護的應(yīng)力。

2.5 超前地質(zhì)預報原因

公路隧道施工過程中若出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，相關(guān)部門應(yīng)對工程施工前的準備工作進行詳細調(diào)查，若發(fā)現(xiàn)是由于超前預報人員對現(xiàn)場的地質(zhì)情況調(diào)查不充分所導致，應(yīng)該追究相關(guān)人員的責任，重新對超前地質(zhì)預報進行審核，修改施工方案。

3 隧道塌方涌水的特征及涌水量預測

3.1 隧道塌方涌水的特征

公路隧道塌方涌水中，含有密度較高的細小石英顆粒，涌水高峰期呈噴射狀，并且水壓較大，無渾濁。如果涌水出現(xiàn)的地方比較分散，還會形成空洞區(qū)，主要出現(xiàn)在隧洞的左側(cè)。在隧道中間拱狀部分還會出現(xiàn)滴水現(xiàn)象。其中，隧道穿越含水層巖性及匯水面積如表1所示。

表1 隧道穿越含水層巖性及匯水面積

3.2 涌水量預測

采用大氣降水入滲系數(shù)法計算涌水量時，需要選擇合理的計算公式與參數(shù)。采用多年來最大降水量資料，經(jīng)過相關(guān)計算能夠得出，該隧道的正常涌水量為9 752.41m3/d，最大涌水量為29 257.22m3/d。采用地下水徑流模數(shù)法計算時，研究人員需要結(jié)合該隧道工程軟弱圍巖的分布情況，選擇合理的計算參數(shù)，并做好相應(yīng)的預測工作。采用地下水徑流模數(shù)法計算得出，該隧道工程中的正常涌水量為6 367.90m3/d，最大涌水量為19 103.69 m3/d。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 隧道穿越含水層水文參數(shù)及涌水量預測

當時主要為多雨天氣，因此，采用大氣降水入滲法計算能夠有效保證計算結(jié)果的準確性。

4 復雜地質(zhì)條件下隧道塌方涌水處理技術(shù)

復雜地質(zhì)條件下隧道塌方涌水處理中，關(guān)鍵是做好塌方注漿。注漿施工工藝流程如圖1所示。同時，還需要重點掌握加固掌子面技術(shù)、小導管注漿技術(shù)、洞口大管棚施工技術(shù)、短進尺施工技術(shù)、控制拱腳下沉技術(shù)等，從而有效確保隧道塌方涌水處理效果。

圖1 隧道塌方涌水注漿施工工藝流程

4.1 加固掌子面技術(shù)

對掌子面表層發(fā)生涌水的裂縫進行封堵。對下臺階和掌子面裂縫進行封堵后，埋設(shè)注漿導管。對于下臺階，應(yīng)該將注漿導管埋設(shè)到隧道拱底以下，并且采用棉紗封堵管口，確保下臺階開挖的穩(wěn)定性。對于掌子面的固定，應(yīng)該將注漿管伸入掌子面的表面，采用10cm 厚的混凝土對掌子面進行封閉，待混凝土強度達到設(shè)計要求后，采用角撐架對掌子面進行固定，從而確保巖體的穩(wěn)定性。

4.2 小導管注漿技術(shù)

小導管注漿是隧道塌方涌水治理的關(guān)鍵施工工序。采用多臺鉆機對隧道巖土進行鉆孔，插入小導管后，進行注漿操作，確保巖土的穩(wěn)定。特別是在復雜地質(zhì)條件下，通常借用注漿壓力將帶有圍巖膠的漿體滲透到碎石裂縫中，使得碎石黏結(jié)在一起，從而增加巖土的穩(wěn)定性。采用小導管注漿技術(shù)會在隧道支護圍巖中形成一層加固帶，從而減小了巖土的滲水系數(shù)，減少了地下水對圍巖的影響，增加了開挖巖土的穩(wěn)定性。

4.3 洞口大管棚施工技術(shù)

施工單位根據(jù)現(xiàn)場狀況做好洞口的大管棚支護。采用19 根15m 長的管道，間距為50cm，角度為1～3°，根據(jù)實際情況調(diào)整每一個管道的角度。由于洞口段覆蓋層淺，采用管棚技術(shù)可加強防護，用以加固和支護圍巖，確保安全進洞和順利掘進。管棚施工與注漿應(yīng)同時進行。

4.3.1 大管棚的加工制作

大管棚加工需要重視每一個管道的尺寸，以更好地實現(xiàn)無縫加工。注漿孔的孔徑保持在10～16mm，孔的間距在150mm 左右，呈梅花形分布。要注意預留鉆孔的位置，鉆孔間距保持在150cm左右。大管棚用鋼管的構(gòu)造如圖2所示，鋼管的分布如圖3所示。

圖2 鋼管構(gòu)造圖

圖3 鋼管分布圖

4.3.2 鉆孔

鉆孔時注意使用測量儀器以保證測定的位置精準。鉆孔過程中一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時處理。

4.3.3 清孔及驗孔

及時做好清孔工作，清除浮渣，使孔徑、孔深都達到設(shè)計要求，不出現(xiàn)堵孔的情況，并對鉆孔、清孔情況進行驗收。

4.3.4 管棚封焊

在管棚外側(cè)末端焊接鋼板，鋼板的尺寸應(yīng)符合施工設(shè)計要求。在鋼板中心鉆孔，同時焊接閥門。完成施工后需要立刻關(guān)閉閥門，以防止?jié){液外溢。

4.3.5 封孔注漿

通常來說，注漿順序為先下后上，同時要注意跳孔注漿。工作人員可以同時灌注4個小導管，保證注漿材料與水泥漿的比例維持在1∶1。注意將水泥漿初壓壓力控制在0.5～1.0 MPa左右，終壓壓力控制在2MPa左右，整個過程持續(xù)15min。

4.4 短進尺施工技術(shù)

在充填巖溶區(qū)施工完以后，應(yīng)采用數(shù)字鉆孔攝像或物探的方式對隧道支護結(jié)構(gòu)外形成腔體的充填情況進行檢測。當支護結(jié)構(gòu)上堆積松散巖土體厚度在6m 以上，可通過水泥-水玻璃雙液漿注漿的方法對支護結(jié)構(gòu)外6m 范圍內(nèi)的巖土體進行加固處理，以提升其穩(wěn)定性和承載能力，并緩解后續(xù)垮塌巖土體沖擊隧道支護結(jié)構(gòu)的壓力。若支護結(jié)構(gòu)上堆積松散巖土體厚度在6m 以下，則按照由里到外的順序進行雙液注漿加固層、泵填泡沫混凝土、吹填細砂或粉煤灰。

4.5 控制拱腳下沉技術(shù)

架設(shè)鋼拱架或格柵拱架后，在拱腳底部打入鎖腳錨桿，錨桿長度一般為3.5～4m，采用直徑為22m 的鋼筋或鋼管，角度分別為40°和70°。將鎖腳錨桿與鋼拱架或格柵拱架焊接牢固，再進行隧道開挖。

5 結(jié)語

綜上所述，在復雜地質(zhì)條件下公路隧道施工過程中，導致塌方涌水的因素很多，主要是地質(zhì)條件、地下水和地表水、設(shè)計、施工、超前地質(zhì)預報等方面的原因。若塌方涌水處理不及時，將會破壞生態(tài)環(huán)境，甚至導致嚴重的安全事故。因此，在復雜地質(zhì)條件下公路隧道施工之前，應(yīng)該重點做好地質(zhì)勘察工作，對施工過程中可能出現(xiàn)的各種事故做好應(yīng)急預案，一旦出現(xiàn)問題，及時采取有效措施進行處置，減少事故帶來的影響，確保施工安全和施工質(zhì)量。