公路工程隧道施工塌方治理技術研究

董 磊，代志杭

(中交國通公路工程技術有限公司，河南 南陽 473000)

0 引言

作為一種地下條狀構筑物，隧道多修建于山嶺當中，用于克服高程障礙，改善道路線形，提升行車速度，對于提升整體運輸能力意義重大。然而，在隧道掘進施工過程中，往往會因為多種因素導致塌方等事故發生。隧道塌方原因很多，不僅包含不良地質的內在原因，同時還包括施工管理等外部原因。若不及時采取切實可行的措施積極治理，勢必會導致垮塌面積進一步擴大，甚至會引發更大的災害問題。針對這一問題，應結合工程實際情況，有針對性地采取措施進行塌方治理，做好加固工作，保證巖土體穩定，降低危害性。

1 工程概況

某公路隧道全長1 080 m，160 m為其埋深最大值，單洞屬于雙向雙車道，14.66 m為隧道凈寬，7.8 m為隧道凈高。由于構造運動的強烈影響，隧址區中部形成斷裂破碎帶。依照鉆探結果顯示，破碎帶發育構造角礫巖或斷層泥，與斷層帶相近部位的灰巖存在溶蝕情況。原設計當中，隧道K3+882-K3+731段采用III深支護，施工以雙臺階法為準。上下臺階距離可達到50 m左右。在上臺階掘進施工中，當施工至K3+731段時，初次支護后，第二天進行超前小導管等施工時，隧道頂部偏右2 m部位出現巖體局部失穩垮塌問題，此時迅速停止施工，并將設備、人員緊急撤出，緊接著垮塌范圍進一步加大，并有250 m3錐形體出現于掌子面位置，可判定為中規模塌方，本次塌方造成的損失包括：超前小導管完全失效；破壞了最近處的一榀鋼拱架拱頂和右拱腰部位，未見人員傷亡。

根據勘查分析，不良地質體定位是填充巖溶隧道預防塌方災害的首要工作。基于隧道地質超前預報體系和原則，并與本隧道的實際情況相結合，可采用“宏觀地質預報+長距離預報(TSP203&TEM)+短距離預報(GPR)”為綜合地質超前預報方案。以不良地質體定位結果為依據，對其和隧道的空間位置關系進行了觀測與分析，進而對其潛在破壞模式有了準確的判斷，并制定了合理、科學的“小導管注漿+超前管棚結構支護加固”塌方治理方案。

2 塌方原因分析

根據勘查實際情況，認為充填巖溶不良地質和施工管理是導致本次隧道塌方災害發生的主要原因，具體情況如下。

2.1 不良地質條件

本隧道處于高山-仰峰芥次生斷裂影響帶的充填巖溶體，顏色為黃褐色、紅褐色，屬于粉質黏土，此類土體具有較大含水量，狀態為松散—稍密狀，承載能力嚴重不足，且巖體完整性差。發生塌方事故前，近7 d時間為連續降雨天氣，沿斷層構造裂隙地面雨水不斷下滲，導致巖溶填充物等物理力學性能更差。

2.2 施工管理的原因

1)在充填巖溶區圍巖塌方機理和破壞特性等方面存在認識誤區，本工程存在的塌方為突跳式塌方，近乎尖點突變模型。在此情況下，若未提前進行超前水平鉆探，或查明充填巖溶體就直接進行掘進施工，必定會導致塌方產生。

2)施工管理意識不足，未重視地質超前預報結果。沒有結合實際情況，做好風險評估工作。同時，沒有按照“先探后掘”的原則，對施工方案進行適當調整，從而引發塌方。

3 塌方治理措施

3.1 應急處置措施

穩定塌體、控制塌方規模是本隧道工程塌方應急處置的重點，通過應急處置，可以有效避免塌方進一步擴展。具體施工流程如下。

1)采用Ф 6.5 mm的鋼筋網(25 cm×25 cm)與C25混凝土(25 cm厚)結合的方式，封閉塌體表面，隨后在塌方底部填筑渣土，并進行壓實。

2)當塌體恢復自穩能力后，可按梅花型布設注漿小導管，直徑為50 cm，長度為4 m，通過注漿法加固塌體。

3)針對K3+8746-K3+731段，可在拱部120°范圍內徑向按梅花型布設無縫錨管，做注漿加固處理。

3.2 塌方治理方案

1)充填巖溶規模、充填物狀態均可通過水平鉆孔探明。

2)隧道拱部160°范圍交替施作環向間距20 cm的2種注漿管，注漿管長度分別為4 m、6 m，6 m長注漿管外插角為15°～20°，4 m短注漿管外插角為20°～25°，通過水泥-水玻璃雙液漿進行巖土體注漿加固。所選注漿液為42.5#硅酸鹽水泥漿液，1:1為水灰比，摻5%水玻璃，在0.5～1.0 MPa之間控制注漿壓力。

3)當注漿加固滿足設計強度需求后，掌子面后充填巖溶段加固方案為“雙層鋼拱架+注漿小導管+系統錨桿支護結構”，其中，雙層鋼拱架的縱向間距設為0.5 m，注漿小導管同樣采用長短組合類型，即長度為6 m、4 m。

4)待完成上述施工后，通過三臺階留核心土短進尺方法進行施工。當充填巖溶區施工后，需及時探明隧道支護結構外形成腔體規模和充填情況，采用的探明方法為物探或數字鉆孔攝像技術，當支護結構上堆積松散巖土體厚度在6 m以上，可通過“水泥-水玻璃雙液漿注漿”的方法對支護結構外6 m范圍內的巖土體進行加固處理，很大程度上可以有效提升其穩定性和承載能力，并緩解后續垮塌巖土體沖擊隧道支護結構的壓力。若支護結構上堆積松散巖土體厚度在6 m以下，須按照從里到外的順序一層一層進行雙液注漿加固層、泵填泡沫砼、吹填細砂或粉煤灰施工。

4 塌方治理效果評價

為驗證塌方治理效果，選取具有代表性的斷面鋪設檢測儀器，對隧道塌方治理效果進行評價分析。根據治理情況，將斷面壓力盒、砼應變計等測量儀器安設到指定位置，按照規范規定要求，對隧道周邊收斂變形初次支護等情況進行檢測。

在塌方災害治理中，作為治理措施初次支護結構作用狀態和圍巖穩定性的宏觀指標，隧道周邊收斂變形具有重要作用。根據檢測結果可知，其變形發展共經歷4個階段，即緩慢增長、迅速增長、逐步穩定、暫時穩定。下沉量最大處位于拱頂部位，最終在37.81 mm處穩定。通過該變形發展變化情況，可見雙層鋼拱架的支承作用良好，在治理塌方災害當中具有良好成效。

通過6個月的跟蹤觀測，隨著時間的不斷增加，襯砌間接觸壓力逐步呈現出“波動—穩定”的發展趨勢。接觸壓力最大處位于拱頂部位，為0.305 MPa，通過計算可得，在二次襯砌結構設計承載值以內，與隧道結構承載需求相符。混凝土應力屬于壓應力，最大值為6.109 MPa，位于左邊墻處。

通過分析鋼筋、混凝土等受力狀況，可見隧道二次襯砌結構主要受壓應力影響，基于鋼筋的性能作用，可以很好地彌補壓力問題，保證隧道結構受力合理，進而提高隧道的整體穩定性。通過上述分析，可以間接表明塌方段圍巖處于穩定狀態，說明已經克服了充填巖溶對隧道的穩定性影響，治理效果良好。

5 結語

為滿足公路交通運輸需求，我國隧道工程數量日益增多，在建設規模持續擴大的同時，仍會出現各類問題，尤其是隧道塌方問題。目前，在隧道塌方治理方面已積累了大量經驗，但每一個工程的實際情況并不相同，應充分考慮工程具體情況，采取針對性的治理措施，從而保證隧道施工安全。