隧道塌方预测与防治措施

孔祥一

（承德市承秦高速公路管理处，河北 承德 067000）

1 工程概况

连霍国道主干线（GZ45）宝（鸡）天（水）高速公路牛背至天水段是连云港至霍尔果斯国道主干线（GZ45）在甘肃境内的重要路段，燕子关隧道上行2 220 m，下行2 205 m。该隧道工程除了单口掘进特长外，工程地质条件复杂，施工中可能遇到的主要风险有隧道内岩爆炸、隧道内断层破碎带、涌水、塌方等，本文主要分析隧道塌方。

2 隧道塌方的监测与预报技术

隧道塌方是有预兆的，是可以防止的。所以，对易塌方地段应加强监测和预报工作。引起塌方的主要不良地质有断层破碎带、岩溶陷落柱。燕子关隧道洞身要通过SK71＋000～SK71＋290、XK70＋953～XK71＋248两处断层破碎带，其岩性主要由断泥层和构造角砾岩组成，胶结性极差，岩石破碎，完整性差，局部含水，成洞性较差，易产生掉块和坍塌以及大变形。

2.1 断层破碎带塌方的可能性判断

断层破碎带塌方的判断，主要包括断层破碎带塌方影响因素的正确分析和塌方即将发生前兆的及早发现。

2.1.1 影响断层破碎带塌方的地质因素

主要有断层上下盘岩性和岩石力学性质、断层的力学性质、断层复合与复合特征、断层破碎带厚度、断层破碎带物质组成和固结程度、断层破碎带的围岩结构、断层破碎带的产状及其与隧道隧洞的空间关系和地下水、地应力影响八个方面。

2.1.2 塌方即将发生的前兆

大规模塌方的发生前兆主要有：顶板岩石开裂，裂缝旁有岩粉喷出或洞内无故尘土飞扬；支撑拱架变形或发生声响；拱顶岩石掉块或裂缝逐渐扩大；干燥围岩突然涌水等。发现上述征兆时，应立即采取紧急处理措施。

2.2 隧道监控量测和地质预报

监控量测是新奥法原理的重要组成部分，是隧道施工中不可缺少的重要环节，是判定围岩稳定状况、选择支护时机以及评价支护效果的主要依据。本标段隧道设计要求按《公路隧道施工技术规范》（JTJ042－94）的有关规定实施监控量测，结合隧道具体的围岩条件、支护类型和参数、施工方法及量测目的编制详细的量测计划。成立专门的量测小组实施量测计划，及时反馈信息，通过量测数据指导施工，选择二次衬砌的施作时机，同时也是作为变更围岩类别、调整支护参数的重要依据。

监控量测的项目、方法和频率及测点布置严格按设计图纸和有关规范要求进行。除必测项目外，还应备齐选测项目所用仪器、设备等，当监测工程师及设计代表认为有必要时，立即实施选测项目。

本合同段围岩条件较差，在施工过程中需加强超前地质预报，利用超前地质预报手段，探明开挖前方围岩特性、软弱地层段、断层破碎带等情况，根据得出的结果、信息反馈，为正确的选择施工方法等提供依据，指导施工。超前地质预报方法有工程地质法、物探法和超前水平勘测法等，对断层的地质超前预报主要采用 TSP203 型地质探测仪进行地质超前预报，以准确掌握前方断层破碎带的详细情况以及围岩节理裂隙、破碎的发育程度。

3 隧道塌方的防治措施

隧道在施工中，一旦发生塌方，将对施工工期、工程造价、工程质量、施工安全产生难以预料的影响。故在已知工程地质条件下，施工组织设计，采用的施工方案均以确保工程体的整体安全为出发点，对于不良工程地质地段的施工方案及方法，贯彻预防为主、查明情况、处理及时、措施稳妥的原则有效地预防和处理塌方，维护施工顺利进行。

3.1 预防施工塌方的措施

实施施工全过程的工程地质超前预报工作，通过工程超前预报，提前预测，发现前方不良工程地质状况，及时制定施工方案，呈报业主、监理工程师审批，确保施工方案的正确可行。

全过程、全方位进行围岩量测。对已施工地段围岩及支护状况的安全、稳定作出定性、定量分析，反馈指导于施工。为维护围岩深层稳定，必要时建议增加预应力锚索，确保已开挖地段的工程地质体的稳定。

严格实施光面爆破施工技术，确保开挖周边轮廓的平整及顺直，并严格控制初期支护的施工质量，确保初期支护及时可靠，严格执行掘进爆破后及时喷射混凝土封闭开挖面的规定，使围岩与初支护及时组成一个承载体系，充分发挥围岩自身承载能力。

3.2 处理塌方的措施

施工中，万一发生了隧道塌方，将采取下述措施进行处理：

（1）及时撤出人员及设备，确保施工设备及人员的安全，派出现场安全监察哨。组成以项目总工为组长、以安全检察长、隧道工程师、施工队长、施工技术员为组员的抢塌方领导小组，全面分析产生塌方的原因及所影响的范围，制定处理塌方的方案，并及时向监理工程师和业主呈报审批。

（2）根据已制定的方案进行塌方处理，首先是加固未塌方地段，防止塌方地段的延伸。如为小量岩体沿节理面下滑形成的塌方，围岩整体较稳定，则及时清理塌方，对塌方处埋设中空预应力锚杆、挂网、喷射混凝土进行支护；如为大塌方，已形成隧道堵塞，则应先对塌体进行注浆固结，然后用大导管或大管棚进行超前支护，通过时增加预应力锚杆及钢支撑、网喷混凝土，并及早进行该段的被覆，被覆时预留混凝土泵送口及注浆口，以便对塌穴用同级混凝土回填，确保工程安全。具体步骤如下：

1）先加固坍方附近未坍塌的部分，采用喷锚支护和小管棚（φ＝60 mm～80 mm的钢花管）对未坍塌的边墙及拱部进行加固，以防止坍方的进一步发展和扩大。

2）利用坍方发生后围岩处于相对的暂稳定状态，抓紧时间沿坍塌面设外层初期支护，其支护参数：

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

钢筋网：采用φ8或φ12的钢筋，网格间距20 cm×20 cm。

喷射混凝土：分两层，第一层5.0 cm～8.0 cm，然后施作锚杆和挂网，再复喷第二层10.0 cm～15.0 cm。

3）因坍腔的横断面矢跨比H/B＝1.8～2.8＞0.7，故不设（也难以设）内层初期支护，但在坍腔内需设置横向和竖向的支撑杆件：采用 7.5#角钢横向和竖向支撑两侧及顶部的坍塌面，竖向间距8.0 m～10.0 m，纵向间距2.0 m～2.5 m。角钢的两端与锚杆头进行焊接。

4）清碴：从洞口向里逐步清碴，同时逐步进行二次衬砌。

5）待二次衬砌完成之后，设置防水层，预埋注浆孔。

6）施作1.0 m厚的混凝土护拱。

7）设土石缓冲层，厚度1.2 m～1.5 m。

8）衬砌背后注浆（即填充注浆）。

4 结束语

隧道施工中应严格遵循“短进尺，弱爆破，紧支护，勤量测”的指导方针，根据隧道坍塌征兆、监测成果采取必要的措施防止发生坍塌，在发生塌方后并根据具体情况采取相应的处理措施尽量减少损伤。