隧道塌方預測與防治措施

孔祥一

（承德市承秦高速公路管理處，河北 承德 067000）

1 工程概況

連霍國道主干線（GZ45）寶（雞）天（水）高速公路牛背至天水段是連云港至霍爾果斯國道主干線（GZ45）在甘肅境內的重要路段，燕子關隧道上行2 220 m，下行2 205 m。該隧道工程除了單口掘進特長外，工程地質條件復雜，施工中可能遇到的主要風險有隧道內巖爆炸、隧道內斷層破碎帶、涌水、塌方等，本文主要分析隧道塌方。

2 隧道塌方的監測與預報技術

隧道塌方是有預兆的，是可以防止的。所以，對易塌方地段應加強監測和預報工作。引起塌方的主要不良地質有斷層破碎帶、巖溶陷落柱。燕子關隧道洞身要通過SK71＋000～SK71＋290、XK70＋953～XK71＋248兩處斷層破碎帶，其巖性主要由斷泥層和構造角礫巖組成，膠結性極差，巖石破碎，完整性差，局部含水，成洞性較差，易產生掉塊和坍塌以及大變形。

2.1 斷層破碎帶塌方的可能性判斷

斷層破碎帶塌方的判斷，主要包括斷層破碎帶塌方影響因素的正確分析和塌方即將發生前兆的及早發現。

2.1.1 影響斷層破碎帶塌方的地質因素

主要有斷層上下盤巖性和巖石力學性質、斷層的力學性質、斷層復合與復合特征、斷層破碎帶厚度、斷層破碎帶物質組成和固結程度、斷層破碎帶的圍巖結構、斷層破碎帶的產狀及其與隧道隧洞的空間關系和地下水、地應力影響八個方面。

2.1.2 塌方即將發生的前兆

大規模塌方的發生前兆主要有：頂板巖石開裂，裂縫旁有巖粉噴出或洞內無故塵土飛揚；支撐拱架變形或發生聲響；拱頂巖石掉塊或裂縫逐漸擴大；干燥圍巖突然涌水等。發現上述征兆時，應立即采取緊急處理措施。

2.2 隧道監控量測和地質預報

監控量測是新奧法原理的重要組成部分，是隧道施工中不可缺少的重要環節，是判定圍巖穩定狀況、選擇支護時機以及評價支護效果的主要依據。本標段隧道設計要求按《公路隧道施工技術規范》（JTJ042－94）的有關規定實施監控量測，結合隧道具體的圍巖條件、支護類型和參數、施工方法及量測目的編制詳細的量測計劃。成立專門的量測小組實施量測計劃，及時反饋信息，通過量測數據指導施工，選擇二次襯砌的施作時機，同時也是作為變更圍巖類別、調整支護參數的重要依據。

監控量測的項目、方法和頻率及測點布置嚴格按設計圖紙和有關規范要求進行。除必測項目外，還應備齊選測項目所用儀器、設備等，當監測工程師及設計代表認為有必要時，立即實施選測項目。

本合同段圍巖條件較差，在施工過程中需加強超前地質預報，利用超前地質預報手段，探明開挖前方圍巖特性、軟弱地層段、斷層破碎帶等情況，根據得出的結果、信息反饋，為正確的選擇施工方法等提供依據，指導施工。超前地質預報方法有工程地質法、物探法和超前水平勘測法等，對斷層的地質超前預報主要采用 TSP203 型地質探測儀進行地質超前預報，以準確掌握前方斷層破碎帶的詳細情況以及圍巖節理裂隙、破碎的發育程度。

3 隧道塌方的防治措施

隧道在施工中，一旦發生塌方，將對施工工期、工程造價、工程質量、施工安全產生難以預料的影響。故在已知工程地質條件下，施工組織設計，采用的施工方案均以確保工程體的整體安全為出發點，對于不良工程地質地段的施工方案及方法，貫徹預防為主、查明情況、處理及時、措施穩妥的原則有效地預防和處理塌方，維護施工順利進行。

3.1 預防施工塌方的措施

實施施工全過程的工程地質超前預報工作，通過工程超前預報，提前預測，發現前方不良工程地質狀況，及時制定施工方案，呈報業主、監理工程師審批，確保施工方案的正確可行。

全過程、全方位進行圍巖量測。對已施工地段圍巖及支護狀況的安全、穩定作出定性、定量分析，反饋指導于施工。為維護圍巖深層穩定，必要時建議增加預應力錨索，確保已開挖地段的工程地質體的穩定。

嚴格實施光面爆破施工技術，確保開挖周邊輪廓的平整及順直，并嚴格控制初期支護的施工質量，確保初期支護及時可靠，嚴格執行掘進爆破后及時噴射混凝土封閉開挖面的規定，使圍巖與初支護及時組成一個承載體系，充分發揮圍巖自身承載能力。

3.2 處理塌方的措施

施工中，萬一發生了隧道塌方，將采取下述措施進行處理：

（1）及時撤出人員及設備，確保施工設備及人員的安全，派出現場安全監察哨。組成以項目總工為組長、以安全檢察長、隧道工程師、施工隊長、施工技術員為組員的搶塌方領導小組，全面分析產生塌方的原因及所影響的范圍，制定處理塌方的方案，并及時向監理工程師和業主呈報審批。

（2）根據已制定的方案進行塌方處理，首先是加固未塌方地段，防止塌方地段的延伸。如為小量巖體沿節理面下滑形成的塌方，圍巖整體較穩定，則及時清理塌方，對塌方處埋設中空預應力錨桿、掛網、噴射混凝土進行支護；如為大塌方，已形成隧道堵塞，則應先對塌體進行注漿固結，然后用大導管或大管棚進行超前支護，通過時增加預應力錨桿及鋼支撐、網噴混凝土，并及早進行該段的被覆，被覆時預留混凝土泵送口及注漿口，以便對塌穴用同級混凝土回填，確保工程安全。具體步驟如下：

1）先加固坍方附近未坍塌的部分，采用噴錨支護和小管棚（φ＝60 mm～80 mm的鋼花管）對未坍塌的邊墻及拱部進行加固，以防止坍方的進一步發展和擴大。

2）利用坍方發生后圍巖處于相對的暫穩定狀態，抓緊時間沿坍塌面設外層初期支護，其支護參數：

錨桿：L＝3.5 m～4.5 m，φ＝22 mm，間距1.0 m×l.0 m～1.5 m×1.5 m。

鋼筋網：采用φ8或φ12的鋼筋，網格間距20 cm×20 cm。

噴射混凝土：分兩層，第一層5.0 cm～8.0 cm，然后施作錨桿和掛網，再復噴第二層10.0 cm～15.0 cm。

3）因坍腔的橫斷面矢跨比H/B＝1.8～2.8＞0.7，故不設（也難以設）內層初期支護，但在坍腔內需設置橫向和豎向的支撐桿件：采用 7.5#角鋼橫向和豎向支撐兩側及頂部的坍塌面，豎向間距8.0 m～10.0 m，縱向間距2.0 m～2.5 m。角鋼的兩端與錨桿頭進行焊接。

4）清碴：從洞口向里逐步清碴，同時逐步進行二次襯砌。

5）待二次襯砌完成之后，設置防水層，預埋注漿孔。

6）施作1.0 m厚的混凝土護拱。

7）設土石緩沖層，厚度1.2 m～1.5 m。

8）襯砌背后注漿（即填充注漿）。

4 結束語

隧道施工中應嚴格遵循“短進尺，弱爆破，緊支護，勤量測”的指導方針，根據隧道坍塌征兆、監測成果采取必要的措施防止發生坍塌，在發生塌方后并根據具體情況采取相應的處理措施盡量減少損傷。