隧道塌方与隧道监控量测之关联

摘要：结合工程实例，针对隧道塌方情况，分析不同地质条件下的几种塌方形式，以及几种塌方形式下隧道监控量测情况的区别，并从监控量测情况预警隧道塌方险情，避免隧道施工过程中出现塌方事故，确保隧道施工安全。

关键词：隧道塌方;监控量测;关联

前言

对于一名从事隧道施工管理工作人员来说，隧道塌方是除隧道施工过程中出现人身伤亡事故之外最郁闷的事情，一旦隧道施工过程中出现塌方，相关单位就会出来问责。因此，监控量测工作应能够正确识别隧道围岩地质体，从不同信息源，对隧道施工过程可能出现的塌方进行预警。笔者在多年从事隧道施工，并有幸参与隧道监控量测基础上，总结出隧道塌方与隧道监控量测之间关联，希望对从事隧道施工及监控量测人员有所帮助。

在近年一些高速公路隧道塌方实例的现场调查基础上，笔者依据围岩颗粒粒径、颗粒间粘结力、监控量测的周边变位结果等因素，将隧道塌方破坏形式划分为四类：细粒土（软土）控制的大变形塌方、关键块体控制塌方、工程散体控制的塌方及复合型塌方。

1.细粒土（软土）控制的大变形塌方

软土大变形塌方具有四大特征：① 塌方持续时间长：软土引起的塌方从开始掉块到地表最终形成陷穴，有一个较长的时间过程，如衡炎高速云阳山亚粘土隧道在更换拱架时发生塌方，塌方发生时间从12：00开始持续到当日下午16：20，历时四个半小时完成地表形成陷穴;汝郴高速杨家山隧道拱部亚粘土在清顶时发生塌方，塌方发生时间从2009年3月7日下午15：40时持续到次日上午6：00时，历时15个小时才完成塌方到地表;② 危害性小：由于塌方持续时间长，有充足的时间组织人员、设备撤离，因此，这种形式塌方基本上不会造成人员和财产的损失;③ 塌方前宏观表现明显：这种形式塌方发生前，洞内初期支护结构及地表均有明显反应，洞内初期支护喷射混凝土开裂，通常是龟裂，钢拱架与喷层间环向裂缝明显，有的会贯穿整榀拱架，围岩明显内挤、内鼓，钢拱架则相对外移，初期支护侵界。地表通常有纵横交错的裂缝。④ 存在塌方影响段：软土大变形塌方时不仅在塌方位置局部周边变位较大，而且还存在较长的塌方影响段，周边变位也较大，软土大变形塌方可认为是整体变形引起的。

软土大变形引起的塌方，其在塌方前拱顶下沉和水平收敛值一定会较大，均会超过规范允许值，有时还可以监测到周边变位的动态变化，如云阳山隧道量测到的拱顶下沉最大值达1.2m，水平收敛最大值达56cm，在2008年12月31日，监测到拱顶下沉动态变化速率为5mm/3min;汝郴高速黄毛岭隧道拱顶下沉最大值达80cm，水平收敛最大值达45cm。软土大变形塌方是一种整体破坏形式，监控量测的测点通常会布置在塌方及影响段范围内，在正常的监测频率下就可以监测到周边变位的异常结果，可随时进行预警，因此，从周边变位角度出发，隧道监控量测工作仅能对软土大变形塌方形式起到很好的预警作用。

2.关键块体控制塌方

此种形式塌方具有三大特征：① 灾难性：塌方造成的危害程度较大，往往会出现重大的人员和财产损失，如怀新高速龙马田隧道9·13板岩塌方事件;② 滞后性：塌方往往距离掌子面一定距离，受一定条件影响下发生，如受爆破、打眼震动及水的渗流作用影响，这种塌方形成往往需要一定孕育时间。当然，也有掌子面爆破后立即出现塌方，这种不会造成灾难性后果;③ 隐蔽性：这种隐蔽性通常指初期支护施作完成后，受隧道内光线等影响，塌方位置及关键块体掉块前初期支护出现裂缝等都宏观表现均不易被肉眼所发现。关键块体控制的塌方位置，围岩条件通常认为较好，在设计与施工上往往造成初期支护人为弱化，从而在一定程度上也造成安全意识的减弱。

关键块体塌方发生在围岩条件为岩石处，且为硬岩，岩体节理裂隙不发育或发育一般，存在大的结构面，延伸广，空间相互切割成大块状，其中的关键块体一旦掉块形成连锁反应，造成塌方。关键块体主要呈倒三角体、五面体、悬臂板等，具有一定体积，呈中～大块状，若在施工过程中能快速识别关键块体，并采取正确支护措施，控制了该关键块体的破坏，关键块体控制的塌方就不会发生。

对监控量测来说，由于关键块体的塌方发生在围岩条件较好地段，为局部性塌方，在塌方前，拱顶下沉或水平收敛异常变化在较短时间内完成，对此种形式的塌方，测点的布置很难恰好布置在塌方位置，且监测工作不可能24小时进行，因此，不可能通过监控量测的异常的周边变位监测结果来预警关键块体控制的塌方。

3.工程散体控制塌方

工程散体控制塌方具有四大特征：① 快速性：从塌方开始直至地表形成陷穴的时间一般不会超过1小时，塌方完成时间与隧道埋深存在一定关系;② 突发性：塌方发生前一般不会有预兆，掌子面开挖后的空间一旦形成塌方就会发生;③ 深埋性：散体塌方不仅常发生在隧道洞口段，也常发生埋深超过30m的深埋段，如汝郴高速破石界Ⅰ号隧道，塌方处隧道埋深达40m;④ 空间狭小性：在开挖进尺不超过50cm、超前小导管间距不超过50cm工法下，也会发生散体塌方，如汝郴高速黄毛岭隧道左线出口炭质页岩塌方，郴宁高速羊角脑隧道散体（砂）塌方。

在隧道工程中，并不是所有位置都会出现工程散体，在隧道洞门附近、断层破碎带内及堆积体段易形成工程散体，工程散体包括有各种位于断层破碎带内小岩块、炭质页岩、砂土及堆积（非坡积）土夹石等。

工程散体控制的塌方，在工程散体围岩条件下及初期支护施作好的断面的监测结果表明，拱顶下沉和水平收敛累计值通常较小，远小于规范允许值，由于监控量测工作不可能24小时进行，测点的埋设具有滞后性，监控量测只能对支护好的断面进行监测，因此，对于极短时间内发生的工程散体控制的塌方，不可能通过监控量测的周边变位异常结果来预警。

4.复合型塌方

复合型塌方指上述三种塌方形式的组合，常见的形式为关键块体控制的塌方与其余两种塌方形式的組合，这种复合型塌方最重要特征就是具有迷惑性。复合型塌方常由于掌子面及围岩条件较好，为完整性较好的岩石，因而忽视了超前支护措施的落实，然而，拱部岩层往往仅是一薄层，作为保护层，在节理裂隙影响下可发生关键块体塌方，随即出现其余两种形式的塌方。当关键块体上覆岩层为散体时，关键块体的破坏具有突发性，散体塌方具有突发性，这种复合型塌方具有突发性，如汝郴高速破石界Ⅰ号隧道塌方;当关键块体上覆岩层为软土时，此种复合型塌方特点取决于软土塌方特征，如郴宁高速羊角脑隧道浅埋段塌方。

对监控量测来说，对上述两种复合型塌方段在已施作初期支护条件下的监控量测结果表明：监测断面的拱顶下沉和水平收敛值均较小，不会出现异常变化，而未施作初期支护掌子面附近，监控量测测点又无法埋设，因此，监控量测很难对上述两种复合型塌方从周边变位角度提出预警。

总结

综上所述：隧道监控量测工作从洞内周边变位角度仅能对软土大变形引起的塌方起到很好的预警作用，而对其余3种塌方类型，从周边变位角度，监控量测工作不可能发挥预警作用，但可以在正确识别围岩地质体特征基础上，利用经验，分析出可能的塌方形式，提出预警，这样，隧道监控量测工作就可以充分发挥其应有的作用了，就不怕隧道塌方后的问责了。

参考文献：

1、《公路隧道施工》-王东杰-中国电力出版社出版图书-2010。

2、Q/CR 9218—2015《 铁路隧道监控量测技术规程》。

3、基于监控量测的山岭隧道塌方大变形预警研究-高文工-《公路》-2015

作者简介：

赵海斌（1987年8月-），男，江苏南通人，中级工程师，本科学历，主要研究道路与桥梁、隧道施工技术。

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