以某新區市政隧道為例談隧道塌方處理及效果評價

姚健鵬 徐志剛 易 威

(珠海大橫琴股份有限公司，廣東珠海 519031)

1 隧道工程塌方的主要影響因素

對于隧道塌方的主要影響因素，國內外研究學者的意見基本上是一致的，主要有地質水文原因、施工管理及認識原因、設計原因及認識原因三個方面。

1.1 不良地質及地下水原因

地質原因是引發隧道塌方的最主要因素。隧道結構是典型的地下工程，地質因素的千變萬化和其很多時候的不可預見性是造成塌方事故的主要原因。隧道穿過斷層及斷層的破碎地段，或在薄層巖體的小曲褶皺錯動發育地段，開挖時因巖石內部潛在的應力迅速釋放而導致圍巖失穩引起塌方。

地下水的作用催化塌方的發生。地下水的存在會使巖質軟化、強度降低、穩定性降低，減少結構面的抗剪強度。地下水的流動也可能沖蝕構造破碎帶或結構面的充填物，在這種情況下，地下水對存在破碎巖層隧道穩定性的影響是非常顯著的。

1.2 施工管理及認識原因

施工過程中存在的工藝操作不符合施工技術規范要求，施工管理不到位，質量意識及安全意識不強也是造成塌方的另一個重要原因。隧道開挖過程中沒有及時根據地質變化調整施工方法，施工支護不及時，圍巖暴露時間過長等原因容易導致塌方的發生。

1.3 設計原因

隧道工程設計通常采用的方法有理論計算法、工程類比法及現場監控法等，受到勘察技術以及其他制約因素的影響，設計單位掌握的勘察資料不詳細、不準確，這就造成某些危險地段的施工方法、支護強度與其實際地質條件不相適應，增加了隧道塌方的可能性。

2 隧道塌方處理的主要方法

隧道塌方基本上呈現拱形塌方、V形塌方及塌穿塌方等三種形態，針對不同的塌方形態及塌方高度，塌方處理措施主要有五種:管棚法、小導管注漿法、三臺階開挖法、填實法和空洞法。

根據文獻［1］所收集調查的70多個隧道塌方處理案例的分析可以看出其中小導管注漿法、三臺階開挖法和管棚法是目前塌方處理最常用的三種措施。但是，塌方形態一般具有共性及個性特點，需要根據現場的實際情況選取一種或多種措施相結合的方法進行塌方處理。

3 工程實例——某新區市政隧道塌方過程與處理方法

3.1 工程概況

該工程位于廣東省珠海橫琴島上，屬雙向四車道小凈距隧道，長約2 308.2 m，隧道內輪廓為三心圓曲墻結構，標準段凈高6.641 m，凈寬10.59 m;緊急停車帶襯凈高7.21 m，凈寬13.34 m。隧道左右線各設4個緊急停車帶，緊急停車帶長40 m。

3.2 塌方段區域地質構造

根據區域地質資料，隧址區斷裂構造極其發育，其中以深井斷裂對隧道影響最大，深井斷裂Ⅰ-15及大坪斷裂 Ⅳ-37與本隧道在K3+710～K4+075里程段呈5°～7°斜交，塌方段位于深井斷裂帶及大坪斷裂帶影響范圍內，圍巖類別為Ⅴ級，巖體極破碎，呈碎裂～散體結構，工程地質性狀較差，且有大坪斷裂在此交匯，使工程地質條件更為復雜。

3.3 塌方段水文地質情況

隧道由于受深井斷裂構造影響，基巖裂隙較發育，特別在K3+940～K4+135段，巖體較破碎，是透水較嚴重的部位。

3.4 塌方過程、規模及原因分析

2012年6月5日23點35分，隧道右洞K4+061～K4+101段拱頂開始發生坍塌。開始時噴射混凝土剝落，型鋼拱架扭曲變形，拱頂坍塌巖體塌下;6月6日下午坍塌進一步擴大，至6月9日，坍塌趨于穩定，塌方體充滿了整個加寬段隧道范圍。塌方巖體主要由塊石、碎石組成且夾層較多，塊石表面有明顯銹蝕痕跡，塌方時伴有地下水涌出。坍塌高度約20 m，塌方量約10 000 m3(見圖1)。

圖1 隧道塌方現場情況

由于工程建設各方高度關注安全工作，發現及時、應對及時、措施得當，塌方過程中未發生任何人員傷亡事故。

3.5 塌方分析

根據對塌方部位的補充勘察結果及現場情況分析，本次塌方主要由以下原因造成:

1)地質及地下水原因。

塌方段位受深井斷裂帶及大坪斷裂帶的影響，隧道上方為中風化花崗巖，局部為強風化狀態，巖體較為破碎，圍巖自穩能力較差是本次塌方的主要原因。

隧道經過的山體，山頂有水庫，常年有水，水量較大，地下水裂隙水豐富，是本次塌方事件的重要誘因。

2)施工原因。

隧道右洞K4+061～K4+101在初支施工完成及基本穩定后并沒有嚴格按照新奧法的要求及時進行仰拱及二襯施工，沒有使結構盡快封閉成環以發揮圍巖的最大自承能力。

3.6 處理方案

根據現場實際情況及對空腔體的分析，本工程采取超前錨桿注漿法、三臺階開挖法和管棚法相結合，從洞內塌方段進出口同時進行的施工步驟進行塌方處理。

本次塌方處理具體措施如下:

1)采用厚度10 cm的C20噴射混凝土封閉塌方段兩端掌子面。

2)進口采用大管棚注漿、錨噴支護及拱架相結合方式掘進，出口采用超前錨桿注漿、錨噴支護及拱架方式掘進。

3)支護加強采用在原設計基礎上增設R32N型自進式注漿錨桿對圍巖進行加固，L=4.0 m，@800 ×800。

4)管棚采用φ146×7.5 mm R78合金無縫管，環向間距為1.0 m，縱向外插角為3°～5°，設置范圍為拱部90°，一環共設13根。

5)臨時護拱采用Ⅰ20a型鋼拱架，間距1.0 m，拱架采用φ22鋼筋連接，連接鋼筋環向間距1.0 m。

6)超前支護采用R32N型自進式錨桿，L=2.5 m，環向間距為25 cm，排距2.0 m，超前錨桿設置為雙排，外插角分別為10°～15°和30°～35°，設置為拱部150°范圍。

7)開挖采用三臺階法，循環進尺控制在0.5 m左右，臺階長度控制在5 m～6 m。當進出口處理距離3 m～5 m時暫停出口工作面，由進口單面施工直至貫通。

8)塌方處理施工初期支護采用:C20噴射混凝土26 cm;φ8@200×200雙層鋼筋網;拱架采用Ⅰ20a型鋼拱架，間距50 cm;φ22連接鋼筋，間距100 cm，一榀拱架分為7節，每節拱架接頭位置分別設4.0 m長4根R32N型自進式鎖腳錨桿;系統錨桿為R32N型自進式錨桿 L=4.0 m，@800 mm×500 mm。

9)加強二次襯砌，鋼筋混凝土的主筋由φ22調整為φ25鋼筋、混凝土由C25P8調整為C30P8。

4 塌方處理監測數據分析

為防止塌方事故的再次發生，隨著塌方體的掘進，在塌方段內設置4個斷面進行圍巖收斂、拱頂下沉的連續監測，測點布置如圖2所示。

圖3是K4+075斷面的拱頂收斂隨時間的變化曲線，從圖3中可以看出，拱頂下沉收斂速度很快，A，B，C測點拱頂下沉變化規律基本一致，20 d左右基本完成收斂變形，最大下沉變形約7.5 mm。圖4是4個監測斷面拱頂下沉平均值隨時間變化的曲線，可以看出，各斷面拱頂下沉的變化規律基本一致，最大下沉位于K4+098斷面，約為8.4 mm。通過上述監測結果分析可以看出，對于本工程情況采用超前錨桿注漿法、三臺階開挖法和管棚法相結合的處理方法是可行有效的。至今隧道已通車，截至目前未發現隧道主體和地表有任何變化，隧道運行安全穩定。

圖2 拱頂沉降點布置圖

圖3 K4+075斷面的拱頂收斂隨時間的變化曲線

圖4 拱頂下沉平均值隨時間變化的曲線

5 結語

1)隧道塌方原因具有多樣性，但是地質與地下水是主要的影響因素，因此預防隧道塌方的有效措施是加強工程地質及水文情況的探測及分析工作，運用先進科技方法對圍巖穩定性進行分析，為設計提供依據，有效指導工程施工。

2)加強隧道施工過程中對新奧法原理的理解和實施，要遵循“超前探測、超前支護、短進尺、弱爆破、少擾動、早封閉、強支護、勤量測”的工藝要求進行施工，根據勘探數據與實際情況進行對比，運用動態施工的管理方法指導工程實踐。

3)通過對施工過程的拱頂下沉收斂位移監測數據分析發現，圍巖的收斂速度較快，20 d左右基本趨于穩定。本工程中采用超前錨桿注漿法、三臺階開挖法和管棚法相結合的塌方處理措施能有效保障圍巖收斂及穩定，所取得的結論對今后處理類似的工程具有較好的借鑒意義。

［1］何曉東.軟巖隧道圍巖穩定性與塌方處置措施分析［D］.西安:長安大學，2009.

［2］JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］.

［3］JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］.

［4］劉衛紅，諶躍飛.隧道塌方原因與處理技術——以通平高速公路姜源嶺隧道為例［J］.公路工程.2012，37(1):53-54.

［5］唐 穎.公路隧道軟弱圍巖施工方法的探討［J］.現代隧道技術，2007，44(4):27.

［6］王立忠，胡亞元，王百林，等.崩塌松散圍巖隧道施工穩定分析與監控［J］.巖石力學與工程學報，2003，22(4):589-594.