高嚇密

（福建省路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建福州 350000）

0 引言

在不良地質(zhì)條件下進(jìn)行公路隧道開(kāi)挖施工，會(huì)受到多種因素的影響，發(fā)生塌方問(wèn)題的概率相對(duì)較高。為了確保公路隧道開(kāi)挖施工的安全性和順利開(kāi)展，有必要進(jìn)行塌方成因分析，并制訂、落實(shí)針對(duì)性更強(qiáng)的處理方案，進(jìn)而提升公路隧道開(kāi)挖施工質(zhì)量。

1 項(xiàng)目概述

大連至旅順中部通道7 號(hào)隧道工程起點(diǎn)位于風(fēng)采路立交西南方向山體腳下，起點(diǎn)樁號(hào)為北線K16+916.281，南線K16+919.281，隧道呈東西走向，終點(diǎn)于座山溝村穿出，與座山溝農(nóng)場(chǎng)段主線路基相接，終點(diǎn)樁號(hào)為北線K17+455.719，南線K17+460.719。

在該項(xiàng)目中，南、北線隧道道路設(shè)計(jì)線平面距離控制在20～40m 之間。其中，南線隧道的總長(zhǎng)度約為541.438m，縱坡約為3%，埋深的最大值為62.9m；北線隧道的總長(zhǎng)度約為539.438m，縱坡約為3%，埋深的最大值為57.8m。

2 公路隧道施工中不良地質(zhì)引起的塌方問(wèn)題分析

2.1 項(xiàng)目施工區(qū)域地質(zhì)特征分析

第一，地形地貌。該區(qū)域?yàn)檫|東丘陵山地的一部分，總體呈北東至南西走向，海拔多在150～300m 之間，山間溝谷發(fā)育。山體陡峭，地勢(shì)起伏大，少數(shù)山頂巖石裸露，緩坡地帶多被坡積物覆蓋，植被很發(fā)育。隧道總體由東向西沿山脊走向，最大高程為133.4m，最低高程為68.3m。

第二，地層巖性。7 號(hào)隧道場(chǎng)地內(nèi)主要分布有第四系坡積含碎石粉質(zhì)黏土（Q4），青白口系細(xì)河群橋頭組中、薄層石英巖夾板巖（Qng）。目前塌方地段位于北線進(jìn)口K16+970 處，距離北線入洞口約有34.8m，覆土厚度為13m，屬于強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖。

第三，水文地質(zhì)。一是地表水。該區(qū)域地勢(shì)起伏明顯，地表水主要來(lái)源是大氣降水，隧道兩側(cè)溝谷勘察期間未見(jiàn)地表水發(fā)育，豐水期降水后溝谷中會(huì)有地表水匯集，但水量均較小。二是地下水。現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果表明項(xiàng)目施工區(qū)域內(nèi)存在地下水發(fā)育，屬潛水，由大氣降水補(bǔ)給，存在于基巖裂縫中，以附近水井抽水為主要排泄方式。地下水埋深范圍為21.5～70m 之間，地下水位標(biāo)高為46.84～65.75m。

2.2 塌方原因分析

第一，掌子面出現(xiàn)貫通式輝綠巖斷裂帶，整體斷裂趨勢(shì)呈平行隧道方向向前延伸，拱頂出現(xiàn)大面積塌方，目前覆土厚度約為13m，輝綠巖斷裂帶設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約為60m。

第二，施工過(guò)程中機(jī)械振動(dòng)、爆破振動(dòng)等，在此基礎(chǔ)上，受到土壓力作用的影響，以及在地層產(chǎn)生臨空面后進(jìn)行的應(yīng)力調(diào)整處理，使得軟弱圍巖內(nèi)部受到損壞或是產(chǎn)生裂縫問(wèn)題，又或者是圍巖內(nèi)現(xiàn)有的層理及節(jié)理等松弛、剝離[1]，再經(jīng)水流滲透，圍巖遇水液化，產(chǎn)生流變，加速軟化巖層間本來(lái)就比較脆弱的膠結(jié)面，進(jìn)而使巖塊失去平衡，并牽引周邊圍巖造成掌子面塌方，即冒頂。

公路隧道工程的周邊環(huán)境和地質(zhì)條件復(fù)雜多變，工法工藝難度大，施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)高，同時(shí)，受到建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)不足、風(fēng)險(xiǎn)防控意識(shí)不強(qiáng)、手段欠缺等因素的影響，容易導(dǎo)致公路隧道施工過(guò)程中發(fā)生坍塌事故，不僅可能破壞工程自身結(jié)構(gòu)，而且可能波及周邊道路、管線和環(huán)境，造成生命財(cái)產(chǎn)損失和不良社會(huì)影響，因此必須加強(qiáng)公路隧道施工坍塌防范工作[2]?；诖耍趯?shí)際的公路隧道施工實(shí)踐中，必須重視塌方成因，并以此為參考制訂和實(shí)施相應(yīng)的治理措施，避免在后續(xù)的公路隧道施工期間再次發(fā)生塌方問(wèn)題。

3 公路隧道施工中不良地質(zhì)引起的塌方問(wèn)題應(yīng)對(duì)措施

3.1 加固方案

應(yīng)對(duì)由于不良地質(zhì)引起的塌方問(wèn)題的過(guò)程中，可參考以下加固施工總體思路（見(jiàn)圖1）。

圖1 不良地質(zhì)引起的塌方問(wèn)題處理總體思路

第一，原設(shè)計(jì)初支形式為42×4（mm）超前小導(dǎo)管+0.6m 型鋼拱架噴射混凝土，巖體定義為Va 級(jí)圍巖，土質(zhì)為輝綠巖侵入帶，侵入帶設(shè)計(jì)里程為北線K16+960—K17+020，長(zhǎng)度約為60m。

第二，應(yīng)用水泥注漿施工的方式，對(duì)該隧道土體實(shí)施加固處理，以有效規(guī)避隧道暗挖施工中的塌方問(wèn)題。通過(guò)注漿施工，能夠密實(shí)土體間隙，使?jié){液與土體形成更為緊密的復(fù)合型地基，提升地基的支撐保護(hù)能力和抗壓強(qiáng)度，為隧道的安全開(kāi)挖提供有力支持。

第三，在掌子面采用深孔注漿的方式加固巖體，管徑設(shè)定為8cm，加固長(zhǎng)度為20m，分階段以梯隊(duì)方式進(jìn)行壓力注漿，在注漿后對(duì)巖層進(jìn)行整體加固。

該項(xiàng)目的塌方隧道位于全風(fēng)化輝綠巖侵入帶，堅(jiān)硬程度為極軟巖，按巖體完整程度分類，全風(fēng)化輝綠巖屬極破碎巖體，自穩(wěn)性極差，振動(dòng)或者擾動(dòng)極易造成坍塌，會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的生命安全造成威脅。基于此，必須落實(shí)對(duì)隧道圍巖的地質(zhì)改良處理，充分填充、密實(shí)原有的松散土體，提升其整體強(qiáng)度，確保施工順利、安全展開(kāi)。

3.2 施工方法要點(diǎn)

第一，重新封閉掌子面。目前掌子面塌方，全風(fēng)化輝綠巖極其破碎，因此將掌子面重新進(jìn)行掛網(wǎng)、噴射混凝土封閉處理，破除初支混凝土，將鋼筋網(wǎng)片與型鋼拱架焊接在一起，形成一個(gè)整體，打設(shè)φ22 鋼筋固定網(wǎng)片，噴混凝土厚度為32cm。

第二，孔位布置。注漿孔距為1m，呈梅花形沿開(kāi)挖輪廓線環(huán)向布置，共計(jì)3 排，有31 個(gè)孔位需注漿加固，加固區(qū)域縱向長(zhǎng)度為20m，分2 個(gè)循環(huán)加固，每個(gè)循環(huán)為12m，搭接處為4m。確定每個(gè)循環(huán)注漿工期為3d，注漿完畢待漿液凝固后，進(jìn)行掌子面開(kāi)挖施工。

加固期間投放的注漿材料要求凝固時(shí)間短、強(qiáng)度高，水泥漿液的水灰比為0.75∶1，漿體材料采用PO42.5 普通硅酸鹽水泥。特殊情況下，要參考進(jìn)漿量及注漿壓力的變化情況，落實(shí)對(duì)漿液濃度的及時(shí)、靈活調(diào)整。如果在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)注漿壓力未發(fā)生變化，且實(shí)際的注漿量維持在較高水平，則需要將AB 混合液中的水玻璃量適當(dāng)調(diào)高，以縮短凝固時(shí)間，將凝固時(shí)間控制在20s 以內(nèi)；隨后再適當(dāng)調(diào)高AB 混合液中的水泥漿量，并適當(dāng)提升注漿壓力。

在注漿孔的布置及注入施工中，要求參考注漿擴(kuò)散半徑展開(kāi)計(jì)算，控制孔距為1m，采用梅花形的布置形式完成平面布孔；首先進(jìn)行隧道外圍區(qū)域的加固，再實(shí)施隧道中心位置的加固施工。施工中，所設(shè)定的主要注漿參數(shù)如下：注漿孔角度控制在15～30°；注漿孔直徑設(shè)定為9cm；漿液擴(kuò)散半徑設(shè)定為1m；漿液凝結(jié)時(shí)間控制在20s～30min 之間；注漿壓力控制在0.5～2MPa 之間；注漿循環(huán)段長(zhǎng)設(shè)定為12m；開(kāi)挖循環(huán)段長(zhǎng)設(shè)定為8m；孔距設(shè)定為1m；梅花形沿開(kāi)挖輪廓線環(huán)向布置，共計(jì)3 排。

3.3 空洞處理

加固施工結(jié)束后，雖然會(huì)形成初支護(hù)背后保護(hù)殼，但是仍然存在一定范圍的空腔殘留，需要在強(qiáng)度提高后再次落實(shí)填充加固處理[3]。實(shí)踐中，將粉煤灰內(nèi)摻入20%的水泥漿，并通過(guò)預(yù)留的注漿孔完成對(duì)空腔的填充處理，以此構(gòu)建起完整、封閉的填充體。

3.4 超前預(yù)支護(hù)

超前預(yù)支護(hù)方案包括雙排小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)、超前中管棚預(yù)支護(hù)兩種。其中，雙排小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)主要應(yīng)用雙排小導(dǎo)管（2 環(huán)φ50mm 鋼管）對(duì)松散圍巖實(shí)施注漿固結(jié)處理，以此將松散圍巖轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)受力整體；在隧道開(kāi)挖輪廓線外部構(gòu)建起環(huán)形的支撐體，降低松散體發(fā)生坍塌問(wèn)題的概率。將雙排小導(dǎo)管的環(huán)向間距保持在30cm 左右，排距控制在15cm 左右，長(zhǎng)度設(shè)定為6m；將小導(dǎo)管的外插角度控制在0～2°范圍內(nèi)；使前后兩排的搭接長(zhǎng)度始終保持在不小于1.5m 的水平。超前中管棚預(yù)支護(hù)是將管棚的前段位置打入穩(wěn)固的基巖內(nèi)，以此對(duì)掌子面前方的松散體實(shí)施注漿固結(jié)處理，使松散體轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)穩(wěn)定的整體，沿隧道輪廓面托住松散體，降低坍塌問(wèn)題的發(fā)生率。

在該工程施工中，主要針對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，以選出更為合適的方案展開(kāi)超前預(yù)支護(hù)施工，兩種方案的對(duì)比結(jié)果如表1 所示。

表1 超前預(yù)支護(hù)方案對(duì)比

3.5 施工注意事項(xiàng)

為了進(jìn)一步降低公路隧道施工中不良地質(zhì)引起塌方問(wèn)題的概率，還要在實(shí)際施工期間著重把握以下四項(xiàng)要點(diǎn)。

第一，構(gòu)建并實(shí)施公路隧道防坍塌體系。聯(lián)合項(xiàng)目參建各方共同落實(shí)公路隧道防坍塌管理體系的建立與執(zhí)行，強(qiáng)化落實(shí)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施工前的安全條件核查等相關(guān)制度。此外，需要積極應(yīng)對(duì)暴雨汛情等嚴(yán)峻形勢(shì)，及時(shí)完善公路隧道施工防暴雨措施，以確保施工順利進(jìn)行，保證隧道結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

第二，規(guī)范參建各方管理行為。為了確保公路隧道施工的質(zhì)量和安全，質(zhì)量安全監(jiān)管部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)公路隧道施工的監(jiān)督管理，督促參建各方建立健全防坍塌工作機(jī)制。建設(shè)單位要落實(shí)質(zhì)量安全首要責(zé)任，加強(qiáng)對(duì)參建各方的履約管理[4]。施工方需要切實(shí)承擔(dān)起施工階段坍塌風(fēng)險(xiǎn)管理責(zé)任，積極進(jìn)行坍塌隱患的排查和治理工作。

第三，細(xì)化隧道坍塌防范措施。為了有效防范公路隧道施工中的坍塌風(fēng)險(xiǎn)，需要根據(jù)工程周邊環(huán)境、地質(zhì)水文條件和地下管線情況，開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、分析工作。在此基礎(chǔ)上編制風(fēng)險(xiǎn)清單，并制訂相應(yīng)的防坍塌措施，以及時(shí)排查和治理潛在的坍塌隱患。同時(shí)，需要對(duì)礦山法隧道施工、盾構(gòu)法隧道施工準(zhǔn)備階段與施工階段的坍塌防范措施進(jìn)行細(xì)化和明確，確保這些措施能夠有效應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)，提高公路隧道施工的安全性和穩(wěn)定性。

第四，加強(qiáng)突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)。要求切實(shí)根據(jù)險(xiǎn)情類型、部位、級(jí)別、影響范圍等情況，定期進(jìn)行公路隧道防坍塌事故應(yīng)急培訓(xùn)、應(yīng)急演練，在事故發(fā)生后應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，確保施工安全，避免事態(tài)擴(kuò)大，避免次生災(zāi)害和衍生災(zāi)害發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大連至旅順中部通道7 號(hào)隧道工程的建設(shè)區(qū)域?qū)儆跍\埋地段，為實(shí)現(xiàn)隧道開(kāi)挖施工中坍塌問(wèn)題的處理與應(yīng)對(duì)，主要落實(shí)了加固處理、空洞處理以及雙排小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)等措施，使松散土轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐?shí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)提升其強(qiáng)度，更好地維護(hù)了隧道開(kāi)挖施工的安全性，保證公路隧道工程順利施工。