隧道溶腔坍塌应急处治技术

卢永存 蒋云东 王 余 孙 策

（1.四川沿江攀宁高速公路有限公司，四川 攀枝花 617000；2.四川川交路桥有限责任公司，四川 广汉 618300）

0 引言

随着交通建设的大力发展，在新建或拟建的高速公路中，桥隧占比逐渐升高。在隧道建设过程中，坍塌事故是较常见的事故之一，尤其是在岩溶地区。预防或正确处治隧道溶腔坍塌事故，对于保证隧道施工安全，保护作业人员生命安全至关重要，开展隧道溶腔坍塌事故预防及处治研究具有重要意义。本文主要就宁会隧道溶腔坍塌处治措施进行介绍。

1 工程概况

宁会隧道为G4216线宁南至攀枝花段高速公路的控制性工程，隧道全长10299m，包含主洞及1#、2#竖井，位于四川省凉山州宁南县和会东县交界处的大火山高中山区，穿越宁南县石梨乡和会东县平塘乡之间的大火山，设计时速80km/h。主要岩层以砂岩、灰岩、页岩、白云岩为主，隧道经过岩溶、涌水突泥、瓦斯、软岩大变形、岩爆等多个不良地质区。

2 溶腔坍塌区情况

2.1 溶腔坍塌区实际地质情况

隧道开挖揭示掌子面主要为砂岩、页岩，岩质较松软，夹杂部分泥土，岩体较破碎，围岩裂隙发育，掌子面主要呈中-薄层结构，拱顶近水平状；拱顶右侧有一溶腔，开挖后，溶腔不断掉块，自稳能力极差，有较多地下水，总体判定为Ⅴ级围岩。

2.2 溶腔坍塌区原设计情况

宁会隧道进口端左洞Z2K303+805～Z2K303+855段为紧急停车带，衬砌结构类型为T4。超前支护为C型。

T4支护参数：Φ22药卷锚杆300cm，Φ6.5钢筋网25×25cm，C25喷射混凝土砼24cm，c30钢筋砼50cm。T4型衬砌断面图见图1。

图1 T4型衬砌断面图

C型超前支护参数：单层Φ42×4注浆小导管支护，小导管长度4.5m，纵向水平搭接长度大于1m。拱部施作角度120°，循环进尺3m，环向44根，注浆量0.32m3。C型超前支护横断面布置图见图2。

图2 C型超前支护横断面布置图

2.3 溶腔坍塌过程

当日12：30，在隧道施工至Z2K303+844处，掌子面爆破后经现场管理人员安全检查，发现掌子面拱顶偶有少量掉渣现象，初步查看后判定拱顶存在小型溶腔。断面清理后确定掌子面中偏右位置存在小型溶腔，溶腔孔约6㎡，溶腔走势沿隧道纵向方向斜向向上，溶腔内部为松散堆积土，基本稳定。

当日22：00时，掌子面拱顶上方溶腔涌出大量的大块石（单块最大可达2～3t）及泥土，溶腔口持续扩大。

次日8：56时，掌子面拱顶上方溶腔再次涌出大量的土、石，掌子面跨方并将溶腔口全部堵塞。

次日11：00时，掌子面开始有明显水流声并有股状水流出，溶腔内持续掉块。

在此过程中，已完成初支部位未出现明显变形、开裂，经项目监控测量后，未发现初支有沉降现象。

溶腔坍塌前、后对比见图3、图4。

图3 溶腔坍塌前照片

图4 溶腔坍塌后照片

3 原因分析

直接原因：掌子面开挖后，拱顶溶腔结构破坏，溶腔内堆积体失稳垮塌，诱发掌子面塌方。

间接原因有以下几点：

（1）垮塌位置处于页岩与T3-J1bg砂岩交界处，在岩性交接面有小型断层的存在。

（2）溶腔处于围岩较发育，为地下水侵蚀溶腔，溶腔内填充物为软弱泥夹石，自稳能力极差，经扰动易大规模失稳。

（3）在爆破振动作用与溶腔内部堆积体自身荷载作用下，造成溶腔结构破坏[1]。

4 溶腔坍塌危害及风险

（1）塌方发生时间短，方量大，掌子面作业人员若撤离不及时有发生较大安全生产事故风险。

（2）塌方发生时伴随塌方体产生有毒有害气体，造成隧道有毒有害气体超标，有人员伤亡风险。

（3）靠近掌子面作业，机械设备如未及时撤离，有被埋压损坏风险，造成经济损失。

5 应急避险及处治方案

5.1 应急避险

（1）掌子面爆破后，现场管理人员立刻对掌子面进行了安全检查，在确认出现溶腔后，第一时间暂停了施工，并启动隧道坍塌应急响应，拉响隧道应急警报，组织掌子面人员及设备撤离，同时第一时间向上级领导汇报。

（2）在人员全部撤离掌子面后，立刻安排人员对掌子面前50m范围内进行警戒封闭，禁止所有人员进入，并依靠隧道内监控对掌子面情况进行实时监测。

（3）在掌子面基本稳定后，组织人员对靠近掌子面10m范围内初支变形及沉降进行连续监控量测。

（4）加强隧道通风，同时对隧道内有毒有害气体进行监测。

5.2 处治方案

（1）掌子面立即采用洞渣进行反压，确保掌子围岩稳定及作业安全，同时为后续的处治提供施工平台[2]。

（2）为确保掌子面揭露的溶腔口的稳定，保证施工及结构安全，Z2K303+834～Z2K303+844段采用Φ42注浆小导管进行周边注浆加固处理[3]。

（3）加强超前支护类型：掌子面前方超前支护采用Φ108自进式管棚[2]。

超前支护分布范围：Φ108自进式管棚环向间距40cm，管棚环向布设按掌子面揭露的溶腔口大小并沿两侧延伸至不小于2m范围，不宜全环施做；管棚下方采用Φ42双层小导管注浆固结。

超前支护长度：因目前为掌握溶腔沿隧道纵向分布的长度，初步拟定中108管棚长20m，在施工过程中根据第1、2根管棚的钻进过程中是否见基岩，调整管棚长度。

（4）对塌腔增设防落反冲层，内部采用轻质泡沫混凝土及吹沙进行分层填充[4]。

（5）Z2K303+844-Z2K303+855段加宽带变更为T5型衬砌类型(Φ 22药卷锚杆350cm，Φ8钢筋网20×20cm，I20b工字钢钢架50cm/榀，C25喷砼26cm)；Z2K303+855～Z2K303+867段主洞(非加宽段)初期支护采用I20b工字钢（间距60cm，初支不封闭)，二衬采用45cm厚钢筋混凝土。

（6）溶腔处治段增设环向、纵向排水管[5]。

溶腔平面示意图见图5，T5型衬砌断面图见图6。

图5 溶腔平面示意图

图6 T5型衬砌断面图

6 结束语

本次溶腔坍塌事故能成功避险，主要是因为项目应急管理体系运行正常，应急响应及时，应急措施得当。同时，此次成功避险，为此类地质情况隧道施工及溶腔坍塌事故处理提供了宝贵的经验和参考价值。