淺埋山嶺隧道軟巖段塌方原因分析及處理技術

陳文龍

（中交一公局第五工程有限公司， 北京 100020）

0 引言

淺埋山嶺隧道工程建設務必要保證軟巖段穩定性，現場組織施工如果缺乏穩定性，不僅會延長工期，還有可能會導致后期塌方。所以對于隧道軟巖段的施工，應該要提前進行判斷，以免發生形變、塌方等事故。如果淺埋山嶺隧道軟巖段塌方處理不當，不僅會對施工人員人身安全帶來極大的危害，還有可能會導致二次危害，所以總結分析軟巖段塌方原因是非常必要的。

1 淺埋山嶺隧道軟巖段塌方處理必要性

隧道塌方在我國隧道工程建設中，屬于高發事故。一般淺埋山嶺隧道施工多采取礦山爆破法，由于開發環境比較單一，爆破法本身存在有害效應，但這種效應并沒有得到足夠的重視[1]。爆破安全規范中要求，現場施工采用測震儀等專業設備，隧道經過軟巖伴生粉砂黏土類地層之后，產生的隧道變形量、振動速度控制指標等均會異常升高，從而引發掌子面局部冒頂坍塌。圍巖壓力超過了初期支護抗力后會直接導致塌方。針對隧道進行監控量測了解到軟巖段狀態，如果發現有塌方可能性便會及時預警，預判二次襯砌的施工時間[2]。但是工程地質處于變化狀態，提前制定監控量測方案并不能完全符合現場施工需求。所以，根據淺埋山嶺隧道軟巖段塌方事故的分析，應該與現場實際情況充分結合，加強塌方事故處理的靈活性。

2 淺埋山嶺隧道軟巖段塌方原因

監測軟巖偏壓段，需要針對地表沉降、水平收斂、拱頂沉降、掌子面地質素描進行。為了保證支護體系穩定，重點要監控量測拱頂沉降與水平收斂，一般會采用了徠卡全站儀和反射片，測定之后可以確定土質類型。在得出數據后，可以判斷發生大面積塌方事故的可能性。一般塌方之前掌子面開挖結束需要架設拱架，裝載車負責拱架運輸，在隧道一側的拱架有可能會因為失穩導致折斷，后期一些松散巖體開始冒落，這是導致塌方的根本原因[3]。當發生了塌方事故之后，施工人員馬上組織撤離，而且要將機械設備撤離現場，時刻觀測是否有后續再次坍塌的可能性。

總結導致塌方的原因，包括地質條件、現場施工、監控量測這3 點，具體分析如下：

（1）地質條件。塌方段圍巖等級不高可能出現超前地質預報，然而最終預報結果并不會得到關注，加上施工時可能會受到降雨、地下水等因素的影響，致使強風化巖體出現砂狀松散現象，預留保護層受到擠壓便增加了拱架承受壓力，以致形成塌方。

（2）現場施工。淺埋山嶺隧道施工過程中，上臺階單循環、總裝藥量等經過爆破測震儀檢定，整體施工方案欠缺精細度，例如掏槽間距大這一問題，掏槽炸藥能量不斷轉換成爆破振動，或者單循環進尺比較大，導爆管毫秒延時，減震爆破缺乏有效性，致使掩體受損，出現滑移現象。設計規定開挖隧道上臺階，初期支護、圍巖中間位置會有預留變形層，在松散巖體發生爆破震動后，拱架承受壓應力增加，是引發塌方的關鍵原因。下臺階推進式爆破次數過多，便會導致原本松散巖體出現二次震動，進而引發塌方。除此之外，軟巖段在前期設計環節運用超前小導管（如圖1）在隧道中注漿，經過檢測與觀察發現注漿參數和其余加強圍巖段相同，對比松散巖體而言加固能力有待提高，同樣會導致塌方[4]。

圖1 小導管布設方案

（3）監控量測。結合隧道圍巖流變特征，針對施工現場進行監控量測，需要創建西元模型，遵循西元正夫理論。根據監控量測設計要求，得出加強圍巖量測斷面之間的距離，分析之后判斷軟巖段圍巖變形速率。設計人員確定監控量測頻率后可保證監控圍巖的整體質量。但軟弱圍巖段受監控量測頻率這一因素的干擾，初期支護頻率無法完全達標，當量測頻率過高還會導致大量人力資源浪費，無法起到動態預警的效果，這與軟巖段監控預警要求不符。

3 淺埋山嶺隧道軟巖段塌方處理方法

一旦淺埋山嶺隧道工程出現塌方這一事故，必須要及時組織專家、監理與施工人員等進行討論，確定塌方處理的最佳方案。一般要在加強塌體穩定性、填充塌腔、超前注漿這三個方面分別展開有效處理。施工人員在現場開挖地表截水溝，以免降雨雨水滲透到坑陷內部，在洞中注漿起到加固的效果。已經松散的巖體經過凝固處理后，堆積成為拱形，而地表塌陷坑的坑壁則要做好支護施工，這也是加固的有效處理方法，以免出現坑壁松土滑落現象[5]。洞中注漿凝固強度觀察與檢測發現超過75%時，可開始地表注漿，地表注漿凝固強度若是達到了75%以上時，可以開始初期支護侵限段、塌方段換拱。除此之外，關于軟巖段塌方事故的有效處理，還應該按照臨時處理、塌方區處理、混凝土回填、軟巖段快速掘進施工這四個方面總結有效的處理方案。

3.1 施工現場臨時處理方案

為了避免隧道施工現場軟巖段塌方影響范圍擴大，對于塌方區域周圍必須要做好臨時處理工作，起到控制塌體范圍的效果。結合淺埋山嶺隧道工程所在地區，分析當地降水情況，例如降水比較多，便可以在塌方現坑附近5m 范圍內開挖截水溝，噴射混凝土支護，可避免雨水向塌陷坑中滲漏。施工時遇到突發降雨可提前準備帆布覆蓋。塌腔達到了臨時穩定狀態時，露出塌方體外側需要及時噴射混凝土，噴射厚度達到9cm 即可。混凝土終凝時在碴體面準備小導管，間距為30cm、長度4.5m，縱向間距以2m 為宜。從左拱腰到右側邊墻這一區間放置超前小導管，采用整環加固的方式，挑選小導管注漿材料時，水泥漿水灰比調整為1:1，控制注漿壓力為0.5～1MPa。在施工現場塌方區前方，必須提前制定應急方案，及時開展二次襯砌施工。建議襯砌單循環的長度以9m 為宜，對于施工現場的支護侵限段，盡管初期支護并沒有完全達到失穩狀態，但有時也會發生變形。所以這一范圍內進行套拱施工，控制間距在50cm 左右，而且還可以運用超前小導管進行注漿加固。檢查發現洞內注漿凝固強度達到了75%以上馬上組織加固地表。一般地表加固需要用到鋼花管，控制間距為1m×1m，而且要布置成為梅花型，注漿范圍設定在30m×30m×30m[6]。

3.2 塌方區處理方案

塌方區制定處理方案，一般要從碴石、換拱、閉合仰拱、襯砌這四個方面提出科學有效的處理建議。

（1）施工現場的碴石處理。在注漿漿體固結之后，洞外松散碴體穩定性能得到改善，建議施工人員操作機械設備進行開挖，應用三臺階法，要求循環進尺不能超過0.5m。開挖施工結束開始巖面初噴，注意上方可掛設鋼筋網，網格間距以20cm×20cm 為準。巖面初噴這一作業結束后，沿著開挖輪廓面上方可安裝鋼架，并掛設鋼筋網，放置錨桿，該錨桿的長度以5m為宜。注漿、噴射混凝土施工環節，噴射厚度為32cm，混凝土強度大于設計強度80%可開始后面環節的作業。

（2）換拱施工處理。針對施工現場侵限超過5cm 這一部分，務必要及時展開換拱處理，按照測量最終數據可明確需要換拱的部位、更換鋼架，將端部鎖定導管予以保留，導管長度統一設定為5m，鎖定導管、鎖腳毛管采用相同的施工方法。現場施工人員應用風鎬拆除鋼架中間混凝土。按照從下到上的順序一一拆除，確定開挖已經達到符合規定斷面，便可以針對開挖面展開初噴，建議采用氣割機，割除鋼架中間的連接鋼筋，逐一安裝鋼架。若發現鋼頭沒有放置在指定設計部位，應用幫焊這一形式將鋼架連接。當開始架設鋼筋網，系統錨桿、鎖腳導管、噴射混凝土等環節可隨之展開，注意換拱施工循環不能大于一榀，換拱之前必須要將臨時支撐拆除。

（3）閉合仰拱施工處理。二次襯砌施工可改善回填塌腔成效，換拱施工結束后，緊接著隧道下臺階開挖、下導拱架作業，搭建閉合支護體系。下導爆破單循環進尺可按照1m 進行，單孔裝藥量應該結合實際爆破效果調整，既要加強出碴塊度規范性，又可以盡可能地減小圍巖帶來的影響。

（4）襯砌施工處理。隧道工程軟巖段侵限、塌方加強一模襯砌，襯砌小里程端部、后續處理位置中間的部分，要預留出2～3m 左右的侵限與塌方段處理空間，當檢測發現襯砌混凝土滿足一定強度要求，便可以開始下一階段換工以及二次襯砌。

3.3 混凝土澆灌處理方案

當隧道施工現場的二次襯砌臺車經過了塌方段，通過挖掘機可以在塌腔內部填充沙袋，施工人員堆碼沙袋的過程中要同時保證準確性、密實度。完成沙袋堆積約4m，便可以在沙袋上澆筑混凝土，使其能夠固結成為整體[7]。混凝土澆筑環節，隧道中插入空心管，塌腔內部壓力更加平衡，而且混凝土持續性澆筑也提高這一環節的施工效率。

3.4 快速掘進施工處理方案

對于隧道施工塌方事故的處理，以免再次發生塌方且快速經過軟巖段，在爆破施工時建議采取減震爆破技術。通過導爆管雷管具備的孔內外延期這一基本功能，控制掏槽起爆時差，要求不超過40ms。附近炮孔孔距和光爆層厚度比以0.8 為宜[8]。除此之外，加強施工現場所有工種協調性，提高施工效率，盡可能地將圍巖暴露時間縮短，從而達到封閉成環的效果。

4 結束語

綜上所述，針對淺埋山嶺隧道工程軟巖段塌方這一事故，為了避免塌方發生，結合以往軟巖段施工經驗，總結塌方的根本原因通常與地質條件、現場施工環境等有直接關系。以此為前提提出塌方處理措施，科學選擇塌方處理技術，提高隧道工程整體質量，以免發生塌方之后帶來嚴重的危害。