隧道溶腔坍塌應急處治技術

盧永存 蔣云東 王 余 孫 策

（1.四川沿江攀寧高速公路有限公司，四川 攀枝花 617000；2.四川川交路橋有限責任公司，四川 廣漢 618300）

0 引言

隨著交通建設的大力發展，在新建或擬建的高速公路中，橋隧占比逐漸升高。在隧道建設過程中，坍塌事故是較常見的事故之一，尤其是在巖溶地區。預防或正確處治隧道溶腔坍塌事故，對于保證隧道施工安全，保護作業人員生命安全至關重要，開展隧道溶腔坍塌事故預防及處治研究具有重要意義。本文主要就寧會隧道溶腔坍塌處治措施進行介紹。

1 工程概況

寧會隧道為G4216線寧南至攀枝花段高速公路的控制性工程，隧道全長10299m，包含主洞及1#、2#豎井，位于四川省涼山州寧南縣和會東縣交界處的大火山高中山區，穿越寧南縣石梨鄉和會東縣平塘鄉之間的大火山，設計時速80km/h。主要巖層以砂巖、灰巖、頁巖、白云巖為主，隧道經過巖溶、涌水突泥、瓦斯、軟巖大變形、巖爆等多個不良地質區。

2 溶腔坍塌區情況

2.1 溶腔坍塌區實際地質情況

隧道開挖揭示掌子面主要為砂巖、頁巖，巖質較松軟，夾雜部分泥土，巖體較破碎，圍巖裂隙發育，掌子面主要呈中-薄層結構，拱頂近水平狀；拱頂右側有一溶腔，開挖后，溶腔不斷掉塊，自穩能力極差，有較多地下水，總體判定為Ⅴ級圍巖。

2.2 溶腔坍塌區原設計情況

寧會隧道進口端左洞Z2K303+805～Z2K303+855段為緊急停車帶，襯砌結構類型為T4。超前支護為C型。

T4支護參數：Φ22藥卷錨桿300cm，Φ6.5鋼筋網25×25cm，C25噴射混凝土砼24cm，c30鋼筋砼50cm。T4型襯砌斷面圖見圖1。

圖1 T4型襯砌斷面圖

C型超前支護參數：單層Φ42×4注漿小導管支護，小導管長度4.5m，縱向水平搭接長度大于1m。拱部施作角度120°，循環進尺3m，環向44根，注漿量0.32m3。C型超前支護橫斷面布置圖見圖2。

圖2 C型超前支護橫斷面布置圖

2.3 溶腔坍塌過程

當日12：30，在隧道施工至Z2K303+844處，掌子面爆破后經現場管理人員安全檢查，發現掌子面拱頂偶有少量掉渣現象，初步查看后判定拱頂存在小型溶腔。斷面清理后確定掌子面中偏右位置存在小型溶腔，溶腔孔約6㎡，溶腔走勢沿隧道縱向方向斜向向上，溶腔內部為松散堆積土，基本穩定。

當日22：00時，掌子面拱頂上方溶腔涌出大量的大塊石（單塊最大可達2～3t）及泥土，溶腔口持續擴大。

次日8：56時，掌子面拱頂上方溶腔再次涌出大量的土、石，掌子面跨方并將溶腔口全部堵塞。

次日11：00時，掌子面開始有明顯水流聲并有股狀水流出，溶腔內持續掉塊。

在此過程中，已完成初支部位未出現明顯變形、開裂，經項目監控測量后，未發現初支有沉降現象。

溶腔坍塌前、后對比見圖3、圖4。

圖3 溶腔坍塌前照片

圖4 溶腔坍塌后照片

3 原因分析

直接原因：掌子面開挖后，拱頂溶腔結構破壞，溶腔內堆積體失穩垮塌，誘發掌子面塌方。

間接原因有以下幾點：

（1）垮塌位置處于頁巖與T3-J1bg砂巖交界處，在巖性交接面有小型斷層的存在。

（2）溶腔處于圍巖較發育，為地下水侵蝕溶腔，溶腔內填充物為軟弱泥夾石，自穩能力極差，經擾動易大規模失穩。

（3）在爆破振動作用與溶腔內部堆積體自身荷載作用下，造成溶腔結構破壞[1]。

4 溶腔坍塌危害及風險

（1）塌方發生時間短，方量大，掌子面作業人員若撤離不及時有發生較大安全生產事故風險。

（2）塌方發生時伴隨塌方體產生有毒有害氣體，造成隧道有毒有害氣體超標，有人員傷亡風險。

（3）靠近掌子面作業，機械設備如未及時撤離，有被埋壓損壞風險，造成經濟損失。

5 應急避險及處治方案

5.1 應急避險

（1）掌子面爆破后，現場管理人員立刻對掌子面進行了安全檢查，在確認出現溶腔后，第一時間暫停了施工，并啟動隧道坍塌應急響應，拉響隧道應急警報，組織掌子面人員及設備撤離，同時第一時間向上級領導匯報。

（2）在人員全部撤離掌子面后，立刻安排人員對掌子面前50m范圍內進行警戒封閉，禁止所有人員進入，并依靠隧道內監控對掌子面情況進行實時監測。

（3）在掌子面基本穩定后，組織人員對靠近掌子面10m范圍內初支變形及沉降進行連續監控量測。

（4）加強隧道通風，同時對隧道內有毒有害氣體進行監測。

5.2 處治方案

（1）掌子面立即采用洞渣進行反壓，確保掌子圍巖穩定及作業安全，同時為后續的處治提供施工平臺[2]。

（2）為確保掌子面揭露的溶腔口的穩定，保證施工及結構安全，Z2K303+834～Z2K303+844段采用Φ42注漿小導管進行周邊注漿加固處理[3]。

（3）加強超前支護類型：掌子面前方超前支護采用Φ108自進式管棚[2]。

超前支護分布范圍：Φ108自進式管棚環向間距40cm，管棚環向布設按掌子面揭露的溶腔口大小并沿兩側延伸至不小于2m范圍，不宜全環施做；管棚下方采用Φ42雙層小導管注漿固結。

超前支護長度：因目前為掌握溶腔沿隧道縱向分布的長度，初步擬定中108管棚長20m，在施工過程中根據第1、2根管棚的鉆進過程中是否見基巖，調整管棚長度。

（4）對塌腔增設防落反沖層，內部采用輕質泡沫混凝土及吹沙進行分層填充[4]。

（5）Z2K303+844-Z2K303+855段加寬帶變更為T5型襯砌類型(Φ 22藥卷錨桿350cm，Φ8鋼筋網20×20cm，I20b工字鋼鋼架50cm/榀，C25噴砼26cm)；Z2K303+855～Z2K303+867段主洞(非加寬段)初期支護采用I20b工字鋼（間距60cm，初支不封閉)，二襯采用45cm厚鋼筋混凝土。

（6）溶腔處治段增設環向、縱向排水管[5]。

溶腔平面示意圖見圖5，T5型襯砌斷面圖見圖6。

圖5 溶腔平面示意圖

圖6 T5型襯砌斷面圖

6 結束語

本次溶腔坍塌事故能成功避險，主要是因為項目應急管理體系運行正常，應急響應及時，應急措施得當。同時，此次成功避險，為此類地質情況隧道施工及溶腔坍塌事故處理提供了寶貴的經驗和參考價值。