隧道反復(fù)塌方事故及處治措施

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摘要：文中結(jié)合雅安高速小馬長(zhǎng)隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)的反復(fù)塌方事故工程案例，研究分析了每次塌方工程特征及影響因素，在此基礎(chǔ)上提出處治、預(yù)防塌方現(xiàn)象的關(guān)鍵措施。結(jié)果表明對(duì)于隧道圍巖周圍存在軟巖破碎帶時(shí)，采錨注支護(hù)方案能夠較好的提高圍巖強(qiáng)度完整性。

關(guān)鍵詞：隧道塌方；隧道圍巖；破碎帶；錨注支護(hù)

隨著我國(guó)交通建設(shè)的快速發(fā)展，隧道工程日益增加，帶來(lái)巨大工程效益的同時(shí)，也帶來(lái)了大量的工程問(wèn)題，其中塌方是在隧道施工過(guò)程當(dāng)中經(jīng)常見(jiàn)到的常見(jiàn)事故之一，造成的原因是多種多樣的［1-2］。一旦發(fā)生隧道塌方，一方面會(huì)造成施工成本費(fèi)用增加、延緩工期，另一方面直接威脅到現(xiàn)場(chǎng)施工人員的生命安全［3］。如果對(duì)此處理不當(dāng)，還會(huì)造成工程質(zhì)量極大的安全隱患，給后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作造成巨大困難甚至無(wú)法正常使用。因此，開(kāi)展隧道塌方研究具有重要的工程意義［4-5］。本文針對(duì)雅安高速小馬廠隧道現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中出現(xiàn)的反復(fù)塌方事故，在深入的地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)每次塌方致災(zāi)誘因進(jìn)行刨析，分析幾種因素對(duì)隧道塌方的影響。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際確定合理的現(xiàn)場(chǎng)處治措施。

1工程概況

小馬廠隧道位于瀘定縣沙灣鄉(xiāng)境內(nèi)，距瀘定縣城約9km，位于大渡河右岸，距現(xiàn)G318約0.5km，距油房村鄉(xiāng)村道路約0.5km。小馬廠隧道左線起于ZK102+820,止于ZK106+593，全長(zhǎng)3773m,最大埋深804m。右線起于K102+855,止于K106+660,全長(zhǎng)3805m,最大埋深為781m。

2塌方及治理措施

2.1初次塌方

2016年7月30日凌晨5:00，雅康高速公路小馬廠隧道左線進(jìn)口端ZK104+159掌子面在出渣過(guò)程中發(fā)生塌方，立即進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看，塌方為拱頂處。隧道圍巖為石英閃長(zhǎng)巖，巖石強(qiáng)度極低，呈碎塊狀。初定處置方案為：對(duì)掌子面立即進(jìn)行反壓，并采用噴射砼封閉，坍腔采取泵送C20砼回填，厚度1.5m，其余部分采用吹砂回填，原設(shè)計(jì)Ⅲ級(jí)圍巖支護(hù)變更為Ⅴ級(jí)深埋進(jìn)行支護(hù)，鋼拱架采用I20工字鋼，間距60cm，仰拱工字鋼封閉成環(huán)。

2.2二次塌方

2016年7月30日上午施工單位在封閉掌子面過(guò)程中，坍腔內(nèi)部再次發(fā)生塌方，有大量流沙體從坍腔流出，掌子面退后8m范圍初期支護(hù)存在開(kāi)裂現(xiàn)象，隨即采取措施對(duì)掌子面進(jìn)行反壓處理，并采用噴射砼封閉掌子面，暫停作業(yè)，先進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，觀察初次支護(hù)變化情況。

2.3前兩次塌方應(yīng)急處理措施

在綜合考慮超前預(yù)報(bào)結(jié)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)圍巖位移檢測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)情況的前提下，確定了以下應(yīng)急處理方案：（1）對(duì)掌子面先拉渣回填反壓，然后對(duì)小馬廠隧道左線ZK104+151-ZK104+154段初次支護(hù)開(kāi)裂段進(jìn)行背拱支護(hù)，間距1.2m。護(hù)拱施工完成后對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行注漿加固。Φ42注漿小導(dǎo)管長(zhǎng)5m，間距100×100cm。注漿材料為水泥凈漿，水灰比1:1，注漿壓力0.5~1.0MPa。（2）小馬廠隧道左線ZK104+155.4~ZK104+159段原設(shè)計(jì)為三級(jí)加強(qiáng)，拱架間距為1.2m，在兩榀拱架中間開(kāi)槽加立I16拱架，共加設(shè)3榀I16拱架。（3）小馬廠隧道左線ZK104+159~ZK104+169段按Ⅴ淺埋加強(qiáng)襯砌類型施工，其中拱架間距調(diào)整為60cm，在ZK104+157.2~ZK104+159范圍施作4環(huán)Φ42超前小導(dǎo)管，布設(shè)在圓心角120°范圍內(nèi)，長(zhǎng)5m，環(huán)向間距40cm;在ZK104+159~ZK104+169設(shè)置Φ42超前小導(dǎo)管，布設(shè)在圓心角120°長(zhǎng)5m，環(huán)向間距40cm，每?jī)砷凹茉O(shè)置一環(huán)。2.4三次塌方2016年8月17日，在按照塌方段處理方案施作了臨時(shí)支護(hù)，環(huán)向注漿加固和超前小導(dǎo)管支護(hù)后掌子面開(kāi)始開(kāi)挖，開(kāi)挖第一榀拱架時(shí)拱頂再次發(fā)生塌方，拱頂?shù)袈涞木奘瘜⒊靶?dǎo)管砸彎，并有大量流沙涌出，導(dǎo)致開(kāi)挖作業(yè)無(wú)法繼續(xù)。

2.5三次塌方處治方案

（1）再一次對(duì)掌子面采取拉渣回填反壓，然后立即對(duì)雅康高速小馬廠隧道左線ZK104+157.6~ZK104+158。段塌腔部位進(jìn)行注漿加固，Φ42超前注漿導(dǎo)管5m，環(huán)向間距40cm,外插角10°~30°。注漿材料為水泥凈漿，水灰比1:1，注漿壓力0.5~1.0MPa。（2）小馬廠隧道左線ZK104+159-ZK104+169段按Ⅴ淺埋加強(qiáng)襯砌類型施工，其中拱架間距調(diào)整為50cm，超前支護(hù)改為在ZK104+157.8拱架上施作第一環(huán)Φ51自進(jìn)式錨桿，外插角30°，布設(shè)在圓心角120°范圍內(nèi)，長(zhǎng)6m，環(huán)向間距30cm;在ZK104+158.4拱架上施作第一環(huán)Φ42超前小導(dǎo)管，外插角15°，布設(shè)在圓心角120°范圍內(nèi)，長(zhǎng)6m，環(huán)向間距30cm;Φ51自進(jìn)式錨桿和Φ42超前小導(dǎo)管交替施工，每榀拱架設(shè)置一環(huán)，ZK104+160.5結(jié)束；ZK104+160.5-ZK104+169段只設(shè)置Φ42超前小導(dǎo)管，外插角15°，布設(shè)在圓心角120°范圍內(nèi)，長(zhǎng)6m，環(huán)向間距30cm，每?jī)砷凹茉O(shè)置一環(huán)。

2.6四次塌方

在按處理方案完成開(kāi)挖前期的加固措施后，2016年8月25日準(zhǔn)備開(kāi)挖時(shí)掌子面拱頂部位再次發(fā)生塌方，現(xiàn)場(chǎng)Φ51自進(jìn)式錨桿受塌方影響已嚴(yán)重變形。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果并結(jié)合掌子面地質(zhì)情況分析的地質(zhì)情況如下：（1）小馬廠隧道左線ZK104+157拱頂上方6~25m范圍內(nèi)存在含有松散堆積體的破碎帶，圍巖穩(wěn)定性差。右邊墻ZK104+147~ZK104+157里程前方10~25m范圍內(nèi)局部有裂隙。（2）小馬廠隧道左線ZK104+159~ZK104+166段，該段圍巖為斷層破碎帶，圍巖松散堆積體，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，自穩(wěn)能力極差，圍巖級(jí)別推定為Ⅴ級(jí)。（3）小馬廠隧道左線ZK104+167~ZK104+183段，該段圍巖巖體較為破碎，構(gòu)造節(jié)理較為發(fā)育，完整性較差，穩(wěn)定性較差，含有裂隙水，圍巖級(jí)別推定為Ⅳ級(jí)由此可知開(kāi)完地段為一大角度相交的斷層破碎帶，圍巖穩(wěn)定性很差。破碎帶內(nèi)含穩(wěn)定性很差的松散堆積體。開(kāi)挖后，當(dāng)松散體產(chǎn)生的松動(dòng)地壓達(dá)到足夠大時(shí)，應(yīng)力突然釋放作用于初期支護(hù)，由于瞬時(shí)應(yīng)力變化較大，導(dǎo)致初期支護(hù)局部承載能力和抗剪能力不足，必然出現(xiàn)沖剪破壞。一旦發(fā)生初期支護(hù)沖剪破壞，出現(xiàn)斷續(xù)掉塊、塌方。因此，未能在開(kāi)挖后形成穩(wěn)定的平衡拱，才是致使隧道發(fā)生多次坍塌的關(guān)鍵問(wèn)題。

2.7四次塌方應(yīng)急方案

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果可知，塌方段圍巖強(qiáng)度較低，隧道周圍存在裂隙發(fā)育的軟巖破碎帶，綜合考慮決定采用錨注支護(hù)方案對(duì)隧道破碎圍巖進(jìn)行加固。通過(guò)注液加固將破碎巖體內(nèi)的裂隙和孔隙充填密實(shí)，借助漿液的膠結(jié)作用，將破碎巖體重新膠結(jié)成一個(gè)完整體，保持圍巖的完整性，提高破碎巖體的強(qiáng)度，從而形成的注液“結(jié)石體”可再次承受上部圍巖壓力［6］。錨注支護(hù)參數(shù)：在巷道全斷面布置中空高強(qiáng)注漿錨桿，其中兩幫和頂板注漿錨桿間排距為1800mm×1800mm，注漿深度為4000mm，具體如圖1所示。注漿材料采用水泥-水玻璃漿液，注漿壓力為1.5~2.5MPa，注漿時(shí)間為25~30min。板注漿錨桿間排距為1800mm×1800mm，注漿深度為4000mm。

2.8支護(hù)方案效果數(shù)值模擬分析

采用FLAC3D模擬軟件建立三維隧道模型對(duì)支護(hù)方案效果進(jìn)行模擬分析。在模型頂部施加應(yīng)力邊界，模型左右兩側(cè)和底部為位移邊界。數(shù)值計(jì)算采用摩爾庫(kù)倫模型破壞準(zhǔn)則。從圖2（a）中可以看到，從隧道中心位置到隧道兩側(cè)淺部圍巖，水平位移變化幅度較大，呈現(xiàn)出急劇增加的趨勢(shì)。由兩側(cè)淺部圍巖到深部圍巖水平位移變化幅度較小，最終在深部圍巖某處位置位移逐漸減小為零。隧道兩側(cè)圍巖位移變形呈碟型對(duì)稱分布特點(diǎn)。左側(cè)圍巖水平位移量達(dá)到46.8mm，右側(cè)達(dá)到44.2mm。從圖2（b）中可以看到，巷道頂?shù)装宕怪蔽灰脐P(guān)于巷道中心基本呈對(duì)稱的分布特點(diǎn)。其中巷道頂板下沉量為38mm，隧道頂板的位移量控制效果較好。

3結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)雅安高速小馬廠隧道反復(fù)塌方事故，對(duì)致災(zāi)誘因進(jìn)行了探析，主要得出如下結(jié)論：（1）此次小馬廠隧道的塌方為突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，但搞好監(jiān)控量測(cè)是確保隧道施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度的基礎(chǔ)。此外，及時(shí)掌握隧道周圍巖體地質(zhì)勘察資料是有效處理、預(yù)防隧道塌方事故的前提。（2）發(fā)生塌方，應(yīng)立即停止所有洞口的施工，調(diào)動(dòng)一切有利資源參與搶救工作。然后，對(duì)塌方影響段進(jìn)行加固處理，只有在有支護(hù)措施的前提下才允許對(duì)坍塌巖體進(jìn)行逐步清理；（3）軟弱破碎的隧道圍巖體是多次出現(xiàn)塌方事故的主要因素，通過(guò)錨桿注漿方式可以有效的將破裂巖體重新膠結(jié)成一個(gè)整體，從而提高隧道圍巖強(qiáng)度和完整性。

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作者：趙殿國(guó) 單位：中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司