隧道洞内坍塌及地表凹陷的成因分析及处理方案

付重君

(江西赣粤高速公路工程有限责任公司，江西 南昌 330000)



隧道洞内坍塌及地表凹陷的成因分析及处理方案

付重君

(江西赣粤高速公路工程有限责任公司，江西 南昌 330000)

以国内某隧道为背景，详细介绍了隧道洞内坍塌险情的发展过程。通过资料收集及现场实地调研，深入探讨了地表凹陷与洞内坍塌的成因。针对洞内坍塌情况，分段采取注浆加固、超前管棚、弧形预留核心土分榀开挖等措施进行处理；在地表凹陷处浇筑3 m混凝土护拱，并用片石回填，粘土封顶。实践表明，处理效果良好，为其他类似情况提供了参考。

隧道；坍塌；地表凹陷；方案

1 引 言

山岭隧道翻山越岭，工程水文地质复杂，施工时坍塌现象较为普遍，尤其是当洞内坍塌与地表凹陷同时出现时，往往后果严重，稍有处理不当就会造成重大损失。因此，对洞内坍塌与地表凹陷采用恰当方案进行处理就显得尤为重要，本文正是从此处入手，在洞内坍塌及地表凹陷成因分析的基础上，对山岭隧道坍塌及地表凹陷处理进行研究，提出了通用性较强的处理方案。

2 工程概况

某隧道起讫里程为DK146+98～DK148+198，长度2 090 m，隧道最大埋深约151 m，纵坡为-5.4‰、-4.0‰的下坡。隧道位于丘陵区，地势北高南低，地形起伏较大，高程为100～260 m，相对高差20～160 m。地表植被茂密，多为灌木、草丛。

2.1 工程地质

隧道穿越地层主要为第四系全新统残、坡积粉质粘土、细角砾土、粗角砾土、白垩系上统泥岩，泥盆系上统砂岩、石灰岩，泥盆系中统砂岩、石灰岩。隧道位于丹霞山盆地边缘丘陵地带，经历了从加里东期到喜马拉雅期的多次构造运动，地质构造复杂，褶皱断裂发育，以强烈的新华夏断皱为主，形成规模各异的断陷盆地。隧道洞身段发育有一条断层F10，断层破碎带与隧道洞身相交于DK146+980，断层性质不明，破碎带及其影响带宽度30～40 m。

2.2 水文地质

隧道出口段粗角砾土层内储存有地下水，且为承压水，水量较大，对隧道施工有一定影响；其他地段地下水主要为基岩裂隙水，水量一般较小，隧道正常单位涌水量q=1 766.82/2.095=843.35 m3/d.km。隧道出口段泥盆系上统石灰岩内发育有岩溶，施工时可能有较大岩溶水。雨季降水量较大时，在山间冲沟洼地地下水富集，可能在隧道内形成突水、突泥现象。

3 现场施工动态

2014年1月22日隧道拱部掌子面掘进至DK146+325，下导支护至DK146+298,仰拱施工至DK146+260。1月22日约6∶00，拱部开挖面钻眼工人交接班时发现DK146+298～DK146+302段已完成初期支护的拱部左侧发生喷射混凝土掉块现象，现场领工员立即组织掌子面施工人员迅速撤离至安全区域，约6∶10分此段拱部左侧格栅及支护脱落造成拱部左侧的岩体滑入洞内，约7∶30半围岩坍塌基本稳定，滑塌量约80 m3。洞内无人员伤亡，掌子面1台喷射混凝土运输车、4台喷锚机、2台电焊机、1台钻爆台车、50 m的电缆线及风水管等因撤离不及被埋，挖机在撤离过程中挡风玻璃被砸碎。1月 23日DK146+294～DK146+298段初期支护左侧格栅于5∶00再次因围岩压力过大出现失稳损坏，洞内滑塌量增加约400 m3。通过变形观测，DK146+284～DK146+294段初期左侧拱部支护因变形过大造成侵入二衬，最大侵入厚度10 cm。1月23日～24日洞内支护变形已基本稳定，未再次出现脱落现象。

随后施工单位进行对隧道地表进行调查，发现DK146+300里程线路左侧有一处地表凹陷，陷坑面积约442 m2，深度约9 m，且地表原有一条冲沟被截断，冲沟内水体流入凹陷坑后部分经其它渗水通道流走，未全部流入隧道洞内。塌陷坑四周坑壁陡立，边坡土层逐渐滑落，坑底多为浮土。

4 应急处理措施

该隧道出现洞内坍塌后，对整个隧道工期及施工安全产生较大影响，引起了参建单位高度重视，初步采取如下应急处理措施：

(1)将地表水沟通过埋管的方式绕过凹陷区域沿地表进行引排。

(2)加强洞内排水，确保未坍塌段的稳定。

(3)将DK146+260～DK146+298未坍塌段下导进行回填，完成后在回填面设横向支撑，横向支撑采用I18的工字钢，并采用C25的喷射混凝土，厚度20 cm。

经初步处理后，地表冲沟已被改移顺接，仰拱至钢架脱落段下导已进行了回填反压，地表水已通过截流改道的方式绕过凹陷坑排除，洞内积水情况得到明显改善，排水顺畅。

5 地表凹陷成因分析

地勘资料表明，隧道DK146+280～DK146+320段地表为一山间冲沟，沟心宽2～4 m，深1～2 m常年有水，雨季时水量较大，陷坑DK146+294～DK146+302段所处的地质情况如下：地表为2～4 m厚的细角砾土及坡、洪积的土夹碎石，下为约19 m厚的全～强风化砂岩、灰岩，底部为弱风化砂岩灰岩，隧道洞身位于全～强风化砂岩、灰岩层内。施工时左侧围岩为强风化泥盆系砂岩夹灰岩，右侧为弱风化砂岩夹灰岩。

现场调查后确定隧道DK146+298～DK146+302段隧道左侧有一竖直向发育的空洞(落水洞)，洞口高程110 m，距地表约9 m，初期塌陷时可见2×2 m见方的洞口，洞口常年被土夹碎石封住，处于稳定状态。因当地岩溶侵蚀基准面和隧道路肩顶部高差约20 m，推测落水洞垂直深度小于30 m。近日连续降雨加之隧道施工影响，造成落水洞洞口堵塞物松动，大量土夹碎石、地表水落入落水洞，对DK146+298～DK146+302段隧道左侧形成压力，并造成隧道左侧拱肩部分变形坍塌，约480 m3土夹碎石涌入隧道，3 000 m3土夹碎石落入落水洞，造成地面砂土流失，形成长约28 m宽15 m深9 m的塌陷坑。

6 洞内坍塌及地表凹陷处理方案

设计院会同业主、施工、监理等单位对洞内钢架脱落及地表凹陷经过详细调查，根据地质情况采取以下方案对洞内坍塌段及地表凹陷区进行处理。

(1)DK146+260～DK146+294段(已完成仰拱至钢架脱落段)先填筑反压平台至拱脚，待稳定后对DK146+260～DK146+280段采用拱墙径向注浆进行加固处理，DK146+280～DK146+294段采用全断面径向注浆进行加固处理以确保支护的稳定，注浆加固圈固结范围为开挖轮廓线外3 m进行施工。其中DK146+284～DK146+294段因左侧拱脚部位变形量过大造成支护侵入二衬，最大侵入厚度10 cm，在拱墙稳定的条件下，根据施工单位实测本段隧道内净空图确定加固及初期支护拆换范围，对横断面侵限地段，在完成径向注浆后分榀分台阶拆除支护格栅，加强支护完成后分段挖除反压平台。

(2)DK146+294～DK146+302段采用8～10 m超前管棚注浆进行加固，完成后按弧形预留核心土法分榀开挖支护，支护的同时挖除滑塌土石方。

(3)DK146+302～DK146+325段上台阶钢架侵限，进行注浆加固施工后拆除上台阶支护格栅，此段格栅拆除前必须完成地表处理，以确保洞内稳定。

(4)DK146+260～DK146+325全段全断面均采用I18工字钢，间距50 cm加强支护，锚杆、钢筋网及喷射混凝土按Vb级围岩支护及衬砌进行施工。

(5)地表排水措施：将地表原有水沟绕过凹陷处，设临时排水沟引排至下游水沟，引排长度约150 m。在确保塌陷坑周围作业安全的情况下，坍坑面采用彩条布覆盖，防止雨水下渗进入隧道。在完成地表凹坑回填后对原有水沟进行铺砌，铺砌采用M10浆砌片石梯形排水沟，顶宽2 m，底宽1 m，高度1 m，片石厚度50 cm。铺砌长度为上游20 m，下游30 m。

(6)地表凹陷坑处理：在凹陷处隧道拱顶位置浇筑3 m厚的混凝土护拱，避免地表土石再次坍塌对洞内的影响。为保证山体稳定，确保运营安全，待洞内处理完善并将坍塌处二衬浇筑后进行地表陷坑回填，底部采用3 m厚片石填筑，回填片石采用注水泥浆的形式进行固结，顶部采用粘土回填作为封闭层。

7 结束语

山岭隧道施工时坍塌偶有发生，对道施工安全构成重大威胁，隧道发生坍塌前一般有所预兆，当已施作初支混凝土表面开裂、剥落、掉块时则需引起重视，特别是在浅埋段或山间冲沟段出现上述现象时就更加危险，松散岩土体极有可能贯通至地表，引起大范围坍塌及地表凹陷，后果严重。因此，需广大施工技术人员提高认识，出现险情时，及时撤出施工人员、设备，减少人员伤亡与经济损失。

总之，隧道开挖施工前应对隧址区地形地貌有充分的了解，对掌子面地质有足够的认识；一旦发生坍塌及地表凹陷状况，应立即停工，待查明地质、查清原由后再采取合理的处理方案，绝不能冒险蛮干。

[1] 公路隧道设计规范(JTG D70-2004)[S]．

[2] 公路隧道施工技术规范(JTG F60-2009) [S].

[3] 胡娟.通省隧道初期支护坍塌及变形处理措施[J]．公路交通科技(应用技术版)，2016，(4) :171-172．

2016-07-22

付重君(1978-)，男，江西南昌人，工程师，主要从事高速公路建设管理等方面的研究。

U456.3

C

1008-3383(2016)11-0129-02