公路隧道施工中不良地质引起的塌方原因及应对措施分析

钟明满

（甘肃兴陇交通工程监理有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

某隧道为一座联拱高速公路隧道，隧道区经过丘陵地带，隧道自然地形坡度约20°～25°，最大埋深24m。隧道起讫桩号为K148+275～K148+735，全长460m（其中明洞10米，进出口各5米，暗洞450米）。整个隧道纵坡采用人字坡，上坡2.96%，下坡-2.35%，变坡点位于K146+601。洞口设计高分别为406.537m和410.322m。其中，隧道设计行车时速为100km/h，隧道净宽10.75m，净高5m，最大开挖宽度6.2米，中导洞最大开挖高度6.05米。设计图纸表明：受大气降水及残积坡孔隙水补给，隧道开挖后可能会有滴水和淋水现象。开挖后渗水、滴水及线性水较为明显。围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。

2 工程地质及水文地质情况

2.1 地层岩性

该隧道进洞口段围岩为炭质页岩，呈松散结构，岩体完整性差，围岩稳定性差，容易变形，造成初衬开裂，拱架变形，在施工的过程中，容易出现塌方；进口边坡及仰坡主要岩土体为残坡积粘土和炭质页岩，工程地质条件差，出洞口段围岩主要为粉质粘土和强风化炭质页岩，呈松散结构为主，岩完整性差，围岩稳定性差；洞身段围岩为中-微风化凝灰岩，岩质硬，完整性较差-较好，呈镶嵌碎裂结构-块状结构。

2.2 地质构造

区域范围内NNE和NE向构造发育，NW方向次之，它控制了区内地层的分布和侵入岩的活动。区域内有大断列带的出现。

2.3 水文与气象条件

区内地下水的类型主要为松散层孔隙水，基岩风化裂隙水，储存于土层、中风化岩层中，主要接受大气降水的补给，水量较贫乏。受大气补给，开挖后有滴水、淋水现象，隧道区地表水及地下水对砼无腐蚀性。

3 塌方的处理依据

塌方的处理必须建立在对塌方正确认识的基础上，塌方处理方案的制定如同战斗方案的制定，如果方案不当或失败，不但导致更大的经济损失，而且可能造成人员伤亡，故一般的处理原则是先巩固后方，防止塌方扩大，然后以安全的后方为依托或掩护再向前进行处理塌方。经验认为塌方发生后在一定时间内就会趋于稳定，形成自然拱，而自然拱的高度、宽度与普氏平衡拱理论计算结果基本相符。

4 塌方情况描述及原因分析

4.1 塌方情况描述

塌方位置位于K146+367掌子面附近。2012年2月，开挖至K146+363处，该处设计为Ⅴ级围岩，处于炭质页岩强风化层，灰黄色，岩石风化强烈，呈砂土状，手捏可碎，局部残留强风化碎块。并且该处水系丰富，在开挖过程中，掌子面渗水严重，局部渗水呈淌水状。经与相关单位领导汇报研究确定对K146+358以后的区段，在原设计段落基础上拱部以上增加钢筋网片防护。

随后施工单位按照既定支护方案掘进至K146+357处，并按规定进行支护，在K146+356.5处中导洞左侧（面对掌子面）1/2范围岩层呈灰黄色，砂土状，手捏可碎，掌子面渗水严重，局部渗水呈淌水状，出现局部掉块，掉块数量增加，少量掉块持续约一个小时后，塌方方量增加，一日后塌方量增至80方左右，塌方土体填满掌子面，塌方处于静止状态。经现场查看，塌方体大部分为颗粒状土，夹杂少量块体，塌方体底部延伸至K146+362处，为一契形三角体，宽约6m，高度从中导洞拱顶至底部，约6m。塌方大桩号方向已施工的钢拱架未出现变形，喷射混凝土未出现裂缝，该处塌方未波及已施工的导洞，经测量放样察看洞顶也未出现裂缝、塌陷等明显地表情况。

4.2 塌方原因分析

事故发生后，立即组织施工单位相关人员对塌方情况进行现场查看，并组织相关专家进行分析研究讨论，经认定，塌方原因主要为基岩裂隙水发育，围岩松散、破碎，存在有围岩侧向松散夹层，围岩无足够自稳能力，围岩不能形成自然拱的现象（且围岩中夹层呈土状），超前小导管间距较大无足够钢度，且坍塌体长度超过了导管长度，由于土石混杂，水量较大，注浆后的固结圈也不能将其与坍塌体形成有效的整体。加上裂隙水非常丰富，加速掉块，最后导致形成较大面积的塌方。

5 塌方的处理

塌方的处理必须建立在对塌方正确认识的基础上，如果方案不当或失败，不但导致更大的经济损失，而且可能造成人员伤亡，故一般的处理原则是先巩固后方，防止塌方扩大，然后以安全的后方为依托或掩护再向前进行处理。其原则可以总结为：“小塌清，大塌穿”，即对小塌方（塌方的落体未堆满开挖掌子面）可以先用喷射混凝土封闭塌穴，待塌穴围岩基本稳定后，清理塌方体然后进行初期支护，待初期支护稳定后回填塌穴；对大塌方（塌方的落体堆满开挖掌子面）先用喷射混凝土封闭塌方掌子面，待塌穴围岩基本稳定后，在塌方段打设超前注浆小导管或中管棚贯穿塌方段落，进行注浆对塌方段进行固结，待塌方体固结后在超前支护的保护下对塌方段再逐榀开挖，进行初期支护，直至穿过塌方体，在塌方段留下注浆口对塌穴用砂浆泵送回填。

按照上述处理原则，塌方发生后，经协调各方，根据塌方情况制定了紧急处理措施如下：首先对该隧道洞口实行安全管控，无关人员不得进入洞内，同时安排专人负责洞内24小时不间断抽水，确保积水及时排除，排水人员不得靠近塌方区。同时，为了确保安全，对已完成的支护从K146+364～K146+356段8m范围内进行加强处理，在原有的间距1m的钢拱架间增设一榀14号钢拱架，同时增设锁脚锚杆，锚杆长度为3.5m，成15度下倾。同时要求增设的钢拱架必须支撑牢固。再次，对塌方体进行20厘米C20喷射混凝土封闭并采用注浆小导管注浆对塌方体进行稳固，间距为1.0m×1.0m，长度为4.5m。

在软弱围岩，遇水软化的地层中，仰拱处理上，遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、紧封闭、早成环、勤量测”的原则。调动和发挥围岩的自承能力，针对该洞反坡掘进、渗水且围岩遇水迅速软化，仰拱底承载力差的特点（离出洞口剩余77米）经多方论证。该段的处理为：少扰动基底围岩，在原设计仰拱顶部预留50cm不进行开挖、扰动，铺50cm宕渣后浇筑片石混凝土临时仰拱顺坡0.1%掘进，待贯通后对该段工字钢落底成环，每榀增加环向间距1m长3.5m向下注浆小导管永久仰拱加固，以利于联拱隧道中隔墙的永久稳固。这样，进一步提高了工作效率，加强了工序顺接，减少了机械对围岩扰动，保证了隧道施工的安全，值得推广和借鉴。

6 总结

通过对上面连拱隧道塌方治理的施工过程监测及后续观测，结果表明塌方段经处理后基本稳定。

（1）塌方的产生其原因是多方面的，有复杂的地质条件等客观原因，也有不当的施工方法等主观因素，但究其根本原因是由地质因素造成的，采取有效的超前支护对前方的围岩进行预加固、预支护之后再进行开挖是安全施工的保证。

（2）塌方处理的关键工序是超前小导管的布设，一定要保证超前小导管的长度和其搭接长度，从而保证注浆效果，而且一定要等浆液固结后方可进行开挖。

[1]王瑞.论公路隧道塌方段治理方法[J].科学之友(B版),2009(06).

[2]余彬.隧道初期支护变形侵限的处理[J].企业技术开发,2010(13).