隧道反復塌方事故及處治措施

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了隧道反復塌方事故及處治措施范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：文中結合雅安高速小馬長隧道施工過程中出現的反復塌方事故工程案例，研究分析了每次塌方工程特征及影響因素，在此基礎上提出處治、預防塌方現象的關鍵措施。結果表明對于隧道圍巖周圍存在軟巖破碎帶時，采錨注支護方案能夠較好的提高圍巖強度完整性。

關鍵詞：隧道塌方；隧道圍巖；破碎帶；錨注支護

隨著我國交通建設的快速發(fā)展，隧道工程日益增加，帶來巨大工程效益的同時，也帶來了大量的工程問題，其中塌方是在隧道施工過程當中經常見到的常見事故之一，造成的原因是多種多樣的［1-2］。一旦發(fā)生隧道塌方，一方面會造成施工成本費用增加、延緩工期，另一方面直接威脅到現場施工人員的生命安全［3］。如果對此處理不當，還會造成工程質量極大的安全隱患，給后期運營維護工作造成巨大困難甚至無法正常使用。因此，開展隧道塌方研究具有重要的工程意義［4-5］。本文針對雅安高速小馬廠隧道現場施工過程中出現的反復塌方事故，在深入的地質調查的基礎上，對每次塌方致災誘因進行刨析，分析幾種因素對隧道塌方的影響。結合現場實際確定合理的現場處治措施。

1工程概況

小馬廠隧道位于瀘定縣沙灣鄉(xiāng)境內，距瀘定縣城約9km，位于大渡河右岸，距現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3773m,最大埋深804m。右線起于K102+855,止于K106+660,全長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口端ZK104+159掌子面在出渣過程中發(fā)生塌方，立即進行現場查看，塌方為拱頂處。隧道圍巖為石英閃長巖，巖石強度極低，呈碎塊狀。初定處置方案為：對掌子面立即進行反壓，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，原設計Ⅲ級圍巖支護變更為Ⅴ級深埋進行支護，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程中，坍腔內部再次發(fā)生塌方，有大量流沙體從坍腔流出，掌子面退后8m范圍初期支護存在開裂現象，隨即采取措施對掌子面進行反壓處理，并采用噴射砼封閉掌子面，暫停作業(yè)，先進行監(jiān)控量測，觀察初次支護變化情況。

2.3前兩次塌方應急處理措施

在綜合考慮超前預報結結果、現場圍巖位移檢測數據及現場情況的前提下，確定了以下應急處理方案：（1）對掌子面先拉渣回填反壓，然后對小馬廠隧道左線ZK104+151-ZK104+154段初次支護開裂段進行背拱支護，間距1.2m。護拱施工完成后對初期支護進行注漿加固。Φ42注漿小導管長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段原設計為三級加強，拱架間距為1.2m，在兩榀拱架中間開槽加立I16拱架，共加設3榀I16拱架。（3）小馬廠隧道左線ZK104+159~ZK104+169段按Ⅴ淺埋加強襯砌類型施工，其中拱架間距調整為60cm，在ZK104+157.2~ZK104+159范圍施作4環(huán)Φ42超前小導管，布設在圓心角120°范圍內，長5m，環(huán)向間距40cm;在ZK104+159~ZK104+169設置Φ42超前小導管，布設在圓心角120°長5m，環(huán)向間距40cm，每兩榀拱架設置一環(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支護，環(huán)向注漿加固和超前小導管支護后掌子面開始開挖，開挖第一榀拱架時拱頂再次發(fā)生塌方，拱頂掉落的巨石將超前小導管砸彎，并有大量流沙涌出，導致開挖作業(yè)無法繼續(xù)。

2.5三次塌方處治方案

（1）再一次對掌子面采取拉渣回填反壓，然后立即對雅康高速小馬廠隧道左線ZK104+157.6~ZK104+158。段塌腔部位進行注漿加固，Φ42超前注漿導管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淺埋加強襯砌類型施工，其中拱架間距調整為50cm，超前支護改為在ZK104+157.8拱架上施作第一環(huán)Φ51自進式錨桿，外插角30°，布設在圓心角120°范圍內，長6m，環(huán)向間距30cm;在ZK104+158.4拱架上施作第一環(huán)Φ42超前小導管，外插角15°，布設在圓心角120°范圍內，長6m，環(huán)向間距30cm;Φ51自進式錨桿和Φ42超前小導管交替施工，每榀拱架設置一環(huán)，ZK104+160.5結束；ZK104+160.5-ZK104+169段只設置Φ42超前小導管，外插角15°，布設在圓心角120°范圍內，長6m，環(huán)向間距30cm，每兩榀拱架設置一環(huán)。

2.6四次塌方

在按處理方案完成開挖前期的加固措施后，2016年8月25日準備開挖時掌子面拱頂部位再次發(fā)生塌方，現場Φ51自進式錨桿受塌方影響已嚴重變形。根據地質雷達探測結果并結合掌子面地質情況分析的地質情況如下：（1）小馬廠隧道左線ZK104+157拱頂上方6~25m范圍內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，圍巖級別推定為Ⅴ級。（3）小馬廠隧道左線ZK104+167~ZK104+183段，該段圍巖巖體較為破碎，構造節(jié)理較為發(fā)育，完整性較差，穩(wěn)定性較差，含有裂隙水，圍巖級別推定為Ⅳ級由此可知開完地段為一大角度相交的斷層破碎帶，圍巖穩(wěn)定性很差。破碎帶內含穩(wěn)定性很差的松散堆積體。開挖后，當松散體產生的松動地壓達到足夠大時，應力突然釋放作用于初期支護，由于瞬時應力變化較大，導致初期支護局部承載能力和抗剪能力不足，必然出現沖剪破壞。一旦發(fā)生初期支護沖剪破壞，出現斷續(xù)掉塊、塌方。因此，未能在開挖后形成穩(wěn)定的平衡拱，才是致使隧道發(fā)生多次坍塌的關鍵問題。

2.7四次塌方應急方案

根據地質雷達探測結果可知，塌方段圍巖強度較低，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方案對隧道破碎圍巖進行加固。通過注液加固將破碎巖體內的裂隙和孔隙充填密實，借助漿液的膠結作用，將破碎巖體重新膠結成一個完整體，保持圍巖的完整性，提高破碎巖體的強度，從而形成的注液“結石體”可再次承受上部圍巖壓力［6］。錨注支護參數：在巷道全斷面布置中空高強注漿錨桿，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支護方案效果數值模擬分析

采用FLAC3D模擬軟件建立三維隧道模型對支護方案效果進行模擬分析。在模型頂部施加應力邊界，模型左右兩側和底部為位移邊界。數值計算采用摩爾庫倫模型破壞準則。從圖2（a）中可以看到，從隧道中心位置到隧道兩側淺部圍巖，水平位移變化幅度較大，呈現出急劇增加的趨勢。由兩側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。隧道兩側圍巖位移變形呈碟型對稱分布特點。左側圍巖水平位移量達到46.8mm，右側達到44.2mm。從圖2（b）中可以看到，巷道頂底板垂直位移關于巷道中心基本呈對稱的分布特點。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結語

本文針對雅安高速小馬廠隧道反復塌方事故，對致災誘因進行了探析，主要得出如下結論：（1）此次小馬廠隧道的塌方為突發(fā)性地質災害，但搞好監(jiān)控量測是確保隧道施工安全、質量和進度的基礎。此外，及時掌握隧道周圍巖體地質勘察資料是有效處理、預防隧道塌方事故的前提。（2）發(fā)生塌方，應立即停止所有洞口的施工，調動一切有利資源參與搶救工作。然后，對塌方影響段進行加固處理，只有在有支護措施的前提下才允許對坍塌巖體進行逐步清理；（3）軟弱破碎的隧道圍巖體是多次出現塌方事故的主要因素，通過錨桿注漿方式可以有效的將破裂巖體重新膠結成一個整體，從而提高隧道圍巖強度和完整性。

參考文獻

［1］肖隆晨.淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術分析［J］.江西建材，2020（04）：140，142.

［2］閆旭，王開運.大跨隧道洞口不良地質段冒頂塌方處理方案［J］.山西建筑，2020，46（06）：127-129.

［3］金泉，徐宇彪，陳提.軟弱圍巖隧道洞口施工技術研究［J］.江西建材，2020（01）：75-76.

［4］王文章.隧道斷層破碎帶超前帷幕注漿加固技術研究［J］.山西建筑，2020，46（02）：121-124.

［5］齊甦，王立英，崔小鵬等.蘭渝鐵路清水隧道塌方治理結果的分析［J］.現代隧道技術，2014，51（02）：172-177.

［6］王洪濤，王琦，蔣敬平等.深部巷道全長預應力錨注支護機理研究及應用［J］.采礦與安全工程學報，2019，36（04）：670-677，684.

作者：趙殿國 單位：中國建筑西南勘察設計研究院有限公司