以某新区市政隧道为例谈隧道塌方处理及效果评价

姚健鹏 徐志刚 易 威

(珠海大横琴股份有限公司，广东珠海 519031)

1 隧道工程塌方的主要影响因素

对于隧道塌方的主要影响因素，国内外研究学者的意见基本上是一致的，主要有地质水文原因、施工管理及认识原因、设计原因及认识原因三个方面。

1.1 不良地质及地下水原因

地质原因是引发隧道塌方的最主要因素。隧道结构是典型的地下工程，地质因素的千变万化和其很多时候的不可预见性是造成塌方事故的主要原因。隧道穿过断层及断层的破碎地段，或在薄层岩体的小曲褶皱错动发育地段，开挖时因岩石内部潜在的应力迅速释放而导致围岩失稳引起塌方。

地下水的作用催化塌方的发生。地下水的存在会使岩质软化、强度降低、稳定性降低，减少结构面的抗剪强度。地下水的流动也可能冲蚀构造破碎带或结构面的充填物，在这种情况下，地下水对存在破碎岩层隧道稳定性的影响是非常显著的。

1.2 施工管理及认识原因

施工过程中存在的工艺操作不符合施工技术规范要求，施工管理不到位，质量意识及安全意识不强也是造成塌方的另一个重要原因。隧道开挖过程中没有及时根据地质变化调整施工方法，施工支护不及时，围岩暴露时间过长等原因容易导致塌方的发生。

1.3 设计原因

隧道工程设计通常采用的方法有理论计算法、工程类比法及现场监控法等，受到勘察技术以及其他制约因素的影响，设计单位掌握的勘察资料不详细、不准确，这就造成某些危险地段的施工方法、支护强度与其实际地质条件不相适应，增加了隧道塌方的可能性。

2 隧道塌方处理的主要方法

隧道塌方基本上呈现拱形塌方、V形塌方及塌穿塌方等三种形态，针对不同的塌方形态及塌方高度，塌方处理措施主要有五种:管棚法、小导管注浆法、三台阶开挖法、填实法和空洞法。

根据文献［1］所收集调查的70多个隧道塌方处理案例的分析可以看出其中小导管注浆法、三台阶开挖法和管棚法是目前塌方处理最常用的三种措施。但是，塌方形态一般具有共性及个性特点，需要根据现场的实际情况选取一种或多种措施相结合的方法进行塌方处理。

3 工程实例——某新区市政隧道塌方过程与处理方法

3.1 工程概况

该工程位于广东省珠海横琴岛上，属双向四车道小净距隧道，长约2 308.2 m，隧道内轮廓为三心圆曲墙结构，标准段净高6.641 m，净宽10.59 m;紧急停车带衬净高7.21 m，净宽13.34 m。隧道左右线各设4个紧急停车带，紧急停车带长40 m。

3.2 塌方段区域地质构造

根据区域地质资料，隧址区断裂构造极其发育，其中以深井断裂对隧道影响最大，深井断裂Ⅰ-15及大坪断裂 Ⅳ-37与本隧道在K3+710～K4+075里程段呈5°～7°斜交，塌方段位于深井断裂带及大坪断裂带影响范围内，围岩类别为Ⅴ级，岩体极破碎，呈碎裂～散体结构，工程地质性状较差，且有大坪断裂在此交汇，使工程地质条件更为复杂。

3.3 塌方段水文地质情况

隧道由于受深井断裂构造影响，基岩裂隙较发育，特别在K3+940～K4+135段，岩体较破碎，是透水较严重的部位。

3.4 塌方过程、规模及原因分析

2012年6月5日23点35分，隧道右洞K4+061～K4+101段拱顶开始发生坍塌。开始时喷射混凝土剥落，型钢拱架扭曲变形，拱顶坍塌岩体塌下;6月6日下午坍塌进一步扩大，至6月9日，坍塌趋于稳定，塌方体充满了整个加宽段隧道范围。塌方岩体主要由块石、碎石组成且夹层较多，块石表面有明显锈蚀痕迹，塌方时伴有地下水涌出。坍塌高度约20 m，塌方量约10 000 m3(见图1)。

图1 隧道塌方现场情况

由于工程建设各方高度关注安全工作，发现及时、应对及时、措施得当，塌方过程中未发生任何人员伤亡事故。

3.5 塌方分析

根据对塌方部位的补充勘察结果及现场情况分析，本次塌方主要由以下原因造成:

1)地质及地下水原因。

塌方段位受深井断裂带及大坪断裂带的影响，隧道上方为中风化花岗岩，局部为强风化状态，岩体较为破碎，围岩自稳能力较差是本次塌方的主要原因。

隧道经过的山体，山顶有水库，常年有水，水量较大，地下水裂隙水丰富，是本次塌方事件的重要诱因。

2)施工原因。

隧道右洞K4+061～K4+101在初支施工完成及基本稳定后并没有严格按照新奥法的要求及时进行仰拱及二衬施工，没有使结构尽快封闭成环以发挥围岩的最大自承能力。

3.6 处理方案

根据现场实际情况及对空腔体的分析，本工程采取超前锚杆注浆法、三台阶开挖法和管棚法相结合，从洞内塌方段进出口同时进行的施工步骤进行塌方处理。

本次塌方处理具体措施如下:

1)采用厚度10 cm的C20喷射混凝土封闭塌方段两端掌子面。

2)进口采用大管棚注浆、锚喷支护及拱架相结合方式掘进，出口采用超前锚杆注浆、锚喷支护及拱架方式掘进。

3)支护加强采用在原设计基础上增设R32N型自进式注浆锚杆对围岩进行加固，L=4.0 m，@800 ×800。

4)管棚采用φ146×7.5 mm R78合金无缝管，环向间距为1.0 m，纵向外插角为3°～5°，设置范围为拱部90°，一环共设13根。

5)临时护拱采用Ⅰ20a型钢拱架，间距1.0 m，拱架采用φ22钢筋连接，连接钢筋环向间距1.0 m。

6)超前支护采用R32N型自进式锚杆，L=2.5 m，环向间距为25 cm，排距2.0 m，超前锚杆设置为双排，外插角分别为10°～15°和30°～35°，设置为拱部150°范围。

7)开挖采用三台阶法，循环进尺控制在0.5 m左右，台阶长度控制在5 m～6 m。当进出口处理距离3 m～5 m时暂停出口工作面，由进口单面施工直至贯通。

8)塌方处理施工初期支护采用:C20喷射混凝土26 cm;φ8@200×200双层钢筋网;拱架采用Ⅰ20a型钢拱架，间距50 cm;φ22连接钢筋，间距100 cm，一榀拱架分为7节，每节拱架接头位置分别设4.0 m长4根R32N型自进式锁脚锚杆;系统锚杆为R32N型自进式锚杆 L=4.0 m，@800 mm×500 mm。

9)加强二次衬砌，钢筋混凝土的主筋由φ22调整为φ25钢筋、混凝土由C25P8调整为C30P8。

4 塌方处理监测数据分析

为防止塌方事故的再次发生，随着塌方体的掘进，在塌方段内设置4个断面进行围岩收敛、拱顶下沉的连续监测，测点布置如图2所示。

图3是K4+075断面的拱顶收敛随时间的变化曲线，从图3中可以看出，拱顶下沉收敛速度很快，A，B，C测点拱顶下沉变化规律基本一致，20 d左右基本完成收敛变形，最大下沉变形约7.5 mm。图4是4个监测断面拱顶下沉平均值随时间变化的曲线，可以看出，各断面拱顶下沉的变化规律基本一致，最大下沉位于K4+098断面，约为8.4 mm。通过上述监测结果分析可以看出，对于本工程情况采用超前锚杆注浆法、三台阶开挖法和管棚法相结合的处理方法是可行有效的。至今隧道已通车，截至目前未发现隧道主体和地表有任何变化，隧道运行安全稳定。

图2 拱顶沉降点布置图

图3 K4+075断面的拱顶收敛随时间的变化曲线

图4 拱顶下沉平均值随时间变化的曲线

5 结语

1)隧道塌方原因具有多样性，但是地质与地下水是主要的影响因素，因此预防隧道塌方的有效措施是加强工程地质及水文情况的探测及分析工作，运用先进科技方法对围岩稳定性进行分析，为设计提供依据，有效指导工程施工。

2)加强隧道施工过程中对新奥法原理的理解和实施，要遵循“超前探测、超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的工艺要求进行施工，根据勘探数据与实际情况进行对比，运用动态施工的管理方法指导工程实践。

3)通过对施工过程的拱顶下沉收敛位移监测数据分析发现，围岩的收敛速度较快，20 d左右基本趋于稳定。本工程中采用超前锚杆注浆法、三台阶开挖法和管棚法相结合的塌方处理措施能有效保障围岩收敛及稳定，所取得的结论对今后处理类似的工程具有较好的借鉴意义。

［1］何晓东.软岩隧道围岩稳定性与塌方处置措施分析［D］.西安:长安大学，2009.

［2］JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范［S］.

［3］JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］.

［4］刘卫红，谌跃飞.隧道塌方原因与处理技术——以通平高速公路姜源岭隧道为例［J］.公路工程.2012，37(1):53-54.

［5］唐 颖.公路隧道软弱围岩施工方法的探讨［J］.现代隧道技术，2007，44(4):27.

［6］王立忠，胡亚元，王百林，等.崩塌松散围岩隧道施工稳定分析与监控［J］.岩石力学与工程学报，2003，22(4):589-594.