摘要：文章以廣西區(qū)內(nèi)某高速公路隧道塌方冒頂為背景，分析災(zāi)變成因，并針對(duì)性地提出處治措施，同時(shí)利用數(shù)值模擬和監(jiān)控量測(cè)方法對(duì)處治效果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：不良地質(zhì)、支護(hù)強(qiáng)度不足以及施工爆破是隧道塌方冒頂?shù)闹饕?；采取反壓回填、加?qiáng)超前預(yù)加固和襯砌結(jié)構(gòu)、優(yōu)化洞內(nèi)外防排水等措施可安全通過塌方冒頂段落，處治方案是成功的。

關(guān)鍵詞：公路隧道；巖溶；塌方冒頂；處治措施；效果評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：U457+.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-4874（2024）04-0195-02

0 引言[

近年來，隨著廣西公路交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，巖溶隧道建設(shè)日漸普遍，但該類隧道塌方冒頂時(shí)有發(fā)生，因此合理的處治方案直接關(guān)系隧道安全。秦輝輝等［1］提出多循環(huán)管棚注漿方案，成功處治了某隧道洞身淺埋段塌方。張建軍等［2］研究了某隧道洞口淺埋段塌方冒頂災(zāi)變機(jī)理和處治方案。李文韜等［3］通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬手段對(duì)某淺埋偏壓隧道塌方冒頂過程進(jìn)行了分析。趙宗波等［4］針對(duì)巖溶裂隙發(fā)育區(qū)隧道塌方冒頂提出了超前大管棚和徑向注漿的處治方案，效果良好。各隧道災(zāi)變成因不同，處治措施各異。

本文依托某高速公路隧道工程，對(duì)其塌方冒頂?shù)脑蜻M(jìn)行分析，進(jìn)而提出相應(yīng)的工程處治措施，并采用數(shù)值計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而得出結(jié)論，以期為類似隧道工程設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 工程概況

加假隧道位于廣西忻城縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)為上下分離雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km，左線起訖樁號(hào)為ZK69+977～ZK70+630，長(zhǎng)653 m，右線起訖樁號(hào)為YK69+968～YK70+590，長(zhǎng)622 m，屬中隧道。隧址區(qū)內(nèi)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，隧道穿越的地層主要由第四系覆蓋層和二疊上統(tǒng)茅口階中風(fēng)化石灰?guī)r組成。

2 塌方冒頂經(jīng)過

2020-11-05，加假隧道左洞自進(jìn)口開挖至ZK70+521處時(shí)，掌子面發(fā)生塌方，在掌子面左側(cè)拱頂位置附近揭露一縱向長(zhǎng)約4 m、寬約5 m的充填型溶洞，溶洞內(nèi)塌方物涌出約400 m3。隧道拱頂?shù)乇硖幊霈F(xiàn)大小約10 m×8 m、深5 m的冒頂塌陷區(qū)。該處隧道路面設(shè)計(jì)標(biāo)高280.278 m，地面高程約346.692 m，拱頂以上埋深約58 m，設(shè)計(jì)圍巖為Ⅳ級(jí)，掌子面揭露以中風(fēng)化灰?guī)r為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，總體較破碎，溶洞填充物主要為黏土、夾雜塊石等，黏土為可-軟塑狀態(tài)，有少量滲水現(xiàn)象，塌渣涌出至掌子面（往隧道小樁號(hào)方向）約12 m。

3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及相關(guān)資料分析，塌方冒頂?shù)脑蛑饕幸韵氯齻€(gè)方面：

（1）地質(zhì)原因：隧道穿越的地層巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，塌方位置發(fā)育垂直式串珠式溶洞，溶洞充填物松散潮濕，粘聚力低，主要靠黏土之間弱粘聚力及與溶洞周壁的摩擦力保持穩(wěn)定；由于塌方位置位于巖溶垂直循環(huán)帶，與地表存在直接的水力關(guān)系，地面降雨入滲導(dǎo)致充填物抗剪強(qiáng)度變低，自重增加，穩(wěn)定性降低。

（2）支護(hù)原因：隧道超前支護(hù)施工質(zhì)量不理想。由于超前小導(dǎo)管施工注漿效果較差，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)溶洞充填物良好的固結(jié)作用，同時(shí)溶洞發(fā)育規(guī)模較大，且位于拱頂位置，隧道開挖后，充填物在超前支護(hù)強(qiáng)度不足的條件下，引起拱頂下沉，進(jìn)而在自重荷載作用下發(fā)生塌方冒頂。

（3）爆破原因：隧道施工開挖爆破，爆破后的震動(dòng)在一定程度上降低了溶洞充填體的穩(wěn)定性。

4 處治措施

4.1 回填反壓并封閉塌方體

為保證洞內(nèi)塌方體的穩(wěn)定，采用洞渣或沙袋等對(duì)塌方體進(jìn)行反壓處理，且對(duì)塌方體表面噴射一層20 cm厚的C25早強(qiáng)混凝土，此外在適當(dāng)位置布設(shè)排水管。

4.2 塌方段落超前支護(hù)

在拱頂徑向約120°范圍內(nèi)，采用12 m長(zhǎng)，規(guī)格為108 mm×6 mm超前大管棚對(duì)塌方段落進(jìn)行超前預(yù)注漿，管棚環(huán)向間距30 cm，外插角為1°；同時(shí)增設(shè)一排42 mm×4 mm超前注漿小導(dǎo)管，外插角為25°～30°，注漿[JP4]材料為水灰比0.7～1∶1的水泥漿，注漿壓力為0.5～2.0 MPa。

4.3 洞身開挖和支護(hù)

對(duì)于塌方段落，采用短三臺(tái)階開挖法施工，采用短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)形式，初期支護(hù)設(shè)置Ⅰ20b型鋼拱架，縱向間距為0.5 m，鎖腳錨管采用108 mm×6 mm注漿鋼管樁以控制隧道沉降；二次襯砌采用55 cm厚的C30防水鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4.4 隧道拱頂?shù)乇硭輩^(qū)處理

對(duì)地表塌陷處采取黏土回填處理，回填高度超出原地面約1 m以預(yù)留下沉空間；并在回填至接近自然地表高度時(shí)設(shè)置防水板，防水板較塌坑徑向尺寸寬≥3 m。在塌方影響區(qū)周圍修筑截水溝，并引流至隧道范圍外，防止地表水入滲。此外設(shè)置地表變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)日常巡視監(jiān)測(cè)。

4.5 加強(qiáng)隧道防排水

隧道襯砌背后預(yù)埋排水管（無紡布包裹）及豎向盲管（滲水處設(shè)置），加密隧道環(huán)向盲管并及時(shí)接通，保證原有水系暢通，避免因堵塞水系造成運(yùn)營(yíng)期間襯砌背后水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)造成損害。

5 效果分析與評(píng)價(jià)

5.1 數(shù)值模擬分析

5.1.1 模型建立及參數(shù)選取

為驗(yàn)證處治方案的合理性，采用Midas NX有限元分析軟件建立二維平面模型對(duì)加固后的隧道塌方斷面進(jìn)行模擬分析。為降低邊界影響，模型中隧道輪廓線與兩側(cè)邊及底部的距離各取隧道寬度的3倍左右，底部采用固定約束，兩側(cè)x方向約束，頂面為自由面，整個(gè)模型尺寸為94 m（長(zhǎng)）×101 m（寬），如圖1所示。隧道圍巖均采用平面應(yīng)變單元，錨桿及鎖腳錨桿采用桁架單元。模型物理力學(xué)參數(shù)選取如表1所示。

5.1.2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

5.1.2.1 圍巖位移

從圖2、圖3可知，隧道圍巖最大豎向位移（y向位移）發(fā)生在隧道拱頂，其值為16.3 mm，且對(duì)應(yīng)溶洞的段落較之其他部位明顯偏大，其原因?yàn)槿芏闯涮钗镫m已注漿加固，但其工程性質(zhì)仍劣于中風(fēng)化灰?guī)r，對(duì)隧道圍巖壓力相對(duì)較大；隧道水平向最大位移處為隧道拱腰，其最大位移為13.2 mm。隧道水平向、豎向位移較小，均在圍巖穩(wěn)定的可控范圍之內(nèi)，方案合理。

5.1.2.2 初期支護(hù)應(yīng)力

對(duì)塌方段處治后，隧道拱頂附近的初期支護(hù)節(jié)段受力相比其他部位節(jié)段總體受力較大，但峰值出現(xiàn)在隧道上臺(tái)階拱腳位置，最大主應(yīng)力為1.96 MPa（拉應(yīng)力），最小主應(yīng)力為-3.2 MPa，均小于C25混凝土強(qiáng)度指標(biāo)，滿足規(guī)范要求。如圖4、圖5所示。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)分析

選取塌方冒頂段典型斷面，進(jìn)行拱頂位移及水平收斂監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖6所示，隧道拱頂位移最大沉降為17.0 mm，水平收斂最大位移值為14.4 mm，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果基本一致，遠(yuǎn)低于圍巖變形預(yù)警值，處治方案安全可靠。

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于某高速公路隧道工程案例，對(duì)巖溶隧道塌方冒頂?shù)奶幹未胧┘捌溆行赃M(jìn)行分析研究，形成以下結(jié)論：

（1）在巖溶隧道施工中，當(dāng)圍巖自穩(wěn)性差、地下水滲透、支護(hù)強(qiáng)度不足、施工爆破過大時(shí)，均有可能誘發(fā)隧道塌方甚至冒頂，因此隧道施工應(yīng)扎實(shí)做好超前支護(hù)等措施，短進(jìn)尺，少擾動(dòng)。

（2）計(jì)算和實(shí)際結(jié)果表明，綜合采用加強(qiáng)超前預(yù)加固、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)、加強(qiáng)隧道襯砌結(jié)構(gòu)及洞內(nèi)外防排水等措施處理巖溶隧道塌方冒頂是切實(shí)可行的。

參考文獻(xiàn)

［1］秦輝輝，趙占廠，李曉博.某公路隧道塌方原因分析及處治方案研究［J］.公路，2013，1：302-307.

［2］張建軍，馬吉倩.高速公路隧道洞口淺埋段塌方冒頂分析與治理［J］.公路工程，2017，42（2）：187-190.

［3］李文韜，張擁軍，劉思佳，等.山嶺隧道淺埋偏壓段塌方冒頂分析及工法優(yōu)化［J］.公路，2020，65（1）：309-314.

［4］趙宗波，謝永福，楊方林，等.巖溶裂隙發(fā)育區(qū)隧道塌方冒頂誘因分析及控制研究［J］.交通科技，2023，321（6）：110-114.

作者簡(jiǎn)介：鄧喜昌（1983—），工程師，研究方向：高速公路建設(shè)管理。