隧道反复塌方事故及处治措施

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摘要：文中结合雅安高速小马长隧道施工过程中出现的反复塌方事故工程案例，研究分析了每次塌方工程特征及影响因素，在此基础上提出处治、预防塌方现象的关键措施。结果表明对于隧道围岩周围存在软岩破碎带时，采锚注支护方案能够较好的提高围岩强度完整性。

关键词：隧道塌方；隧道围岩；破碎带；锚注支护

随着我国交通建设的快速发展，隧道工程日益增加，带来巨大工程效益的同时，也带来了大量的工程问题，其中塌方是在隧道施工过程当中经常见到的常见事故之一，造成的原因是多种多样的［1-2］。一旦发生隧道塌方，一方面会造成施工成本费用增加、延缓工期，另一方面直接威胁到现场施工人员的生命安全［3］。如果对此处理不当，还会造成工程质量极大的安全隐患，给后期运营维护工作造成巨大困难甚至无法正常使用。因此，开展隧道塌方研究具有重要的工程意义［4-5］。本文针对雅安高速小马厂隧道现场施工过程中出现的反复塌方事故，在深入的地质调查的基础上，对每次塌方致灾诱因进行刨析，分析几种因素对隧道塌方的影响。结合现场实际确定合理的现场处治措施。

1工程概况

小马厂隧道位于泸定县沙湾乡境内，距泸定县城约9km，位于大渡河右岸，距现G318约0.5km，距油房村乡村道路约0.5km。小马厂隧道左线起于ZK102+820,止于ZK106+593，全长3773m,最大埋深804m。右线起于K102+855,止于K106+660,全长3805m,最大埋深为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，雅康高速公路小马厂隧道左线进口端ZK104+159掌子面在出渣过程中发生塌方，立即进行现场查看，塌方为拱顶处。隧道围岩为石英闪长岩，岩石强度极低，呈碎块状。初定处置方案为：对掌子面立即进行反压，并采用喷射砼封闭，坍腔采取泵送C20砼回填，厚度1.5m，其余部分采用吹砂回填，原设计Ⅲ级围岩支护变更为Ⅴ级深埋进行支护，钢拱架采用I20工字钢，间距60cm，仰拱工字钢封闭成环。

2.2二次塌方

2016年7月30日上午施工单位在封闭掌子面过程中，坍腔内部再次发生塌方，有大量流沙体从坍腔流出，掌子面退后8m范围初期支护存在开裂现象，随即采取措施对掌子面进行反压处理，并采用喷射砼封闭掌子面，暂停作业，先进行监控量测，观察初次支护变化情况。

2.3前两次塌方应急处理措施

在综合考虑超前预报结结果、现场围岩位移检测数据及现场情况的前提下，确定了以下应急处理方案：（1）对掌子面先拉渣回填反压，然后对小马厂隧道左线ZK104+151-ZK104+154段初次支护开裂段进行背拱支护，间距1.2m。护拱施工完成后对初期支护进行注浆加固。Φ42注浆小导管长5m，间距100×100cm。注浆材料为水泥净浆，水灰比1:1，注浆压力0.5~1.0MPa。（2）小马厂隧道左线ZK104+155.4~ZK104+159段原设计为三级加强，拱架间距为1.2m，在两榀拱架中间开槽加立I16拱架，共加设3榀I16拱架。（3）小马厂隧道左线ZK104+159~ZK104+169段按Ⅴ浅埋加强衬砌类型施工，其中拱架间距调整为60cm，在ZK104+157.2~ZK104+159范围施作4环Φ42超前小导管，布设在圆心角120°范围内，长5m，环向间距40cm;在ZK104+159~ZK104+169设置Φ42超前小导管，布设在圆心角120°长5m，环向间距40cm，每两榀拱架设置一环。2.4三次塌方2016年8月17日，在按照塌方段处理方案施作了临时支护，环向注浆加固和超前小导管支护后掌子面开始开挖，开挖第一榀拱架时拱顶再次发生塌方，拱顶掉落的巨石将超前小导管砸弯，并有大量流沙涌出，导致开挖作业无法继续。

2.5三次塌方处治方案

（1）再一次对掌子面采取拉渣回填反压，然后立即对雅康高速小马厂隧道左线ZK104+157.6~ZK104+158。段塌腔部位进行注浆加固，Φ42超前注浆导管5m，环向间距40cm,外插角10°~30°。注浆材料为水泥净浆，水灰比1:1，注浆压力0.5~1.0MPa。（2）小马厂隧道左线ZK104+159-ZK104+169段按Ⅴ浅埋加强衬砌类型施工，其中拱架间距调整为50cm，超前支护改为在ZK104+157.8拱架上施作第一环Φ51自进式锚杆，外插角30°，布设在圆心角120°范围内，长6m，环向间距30cm;在ZK104+158.4拱架上施作第一环Φ42超前小导管，外插角15°，布设在圆心角120°范围内，长6m，环向间距30cm;Φ51自进式锚杆和Φ42超前小导管交替施工，每榀拱架设置一环，ZK104+160.5结束；ZK104+160.5-ZK104+169段只设置Φ42超前小导管，外插角15°，布设在圆心角120°范围内，长6m，环向间距30cm，每两榀拱架设置一环。

2.6四次塌方

在按处理方案完成开挖前期的加固措施后，2016年8月25日准备开挖时掌子面拱顶部位再次发生塌方，现场Φ51自进式锚杆受塌方影响已严重变形。根据地质雷达探测结果并结合掌子面地质情况分析的地质情况如下：（1）小马厂隧道左线ZK104+157拱顶上方6~25m范围内存在含有松散堆积体的破碎带，围岩稳定性差。右边墙ZK104+147~ZK104+157里程前方10~25m范围内局部有裂隙。（2）小马厂隧道左线ZK104+159~ZK104+166段，该段围岩为断层破碎带，围岩松散堆积体，节理裂隙发育，岩体破碎，自稳能力极差，围岩级别推定为Ⅴ级。（3）小马厂隧道左线ZK104+167~ZK104+183段，该段围岩岩体较为破碎，构造节理较为发育，完整性较差，稳定性较差，含有裂隙水，围岩级别推定为Ⅳ级由此可知开完地段为一大角度相交的断层破碎带，围岩稳定性很差。破碎带内含稳定性很差的松散堆积体。开挖后，当松散体产生的松动地压达到足够大时，应力突然释放作用于初期支护，由于瞬时应力变化较大，导致初期支护局部承载能力和抗剪能力不足，必然出现冲剪破坏。一旦发生初期支护冲剪破坏，出现断续掉块、塌方。因此，未能在开挖后形成稳定的平衡拱，才是致使隧道发生多次坍塌的关键问题。

2.7四次塌方应急方案

根据地质雷达探测结果可知，塌方段围岩强度较低，隧道周围存在裂隙发育的软岩破碎带，综合考虑决定采用锚注支护方案对隧道破碎围岩进行加固。通过注液加固将破碎岩体内的裂隙和孔隙充填密实，借助浆液的胶结作用，将破碎岩体重新胶结成一个完整体，保持围岩的完整性，提高破碎岩体的强度，从而形成的注液“结石体”可再次承受上部围岩压力［6］。锚注支护参数：在巷道全断面布置中空高强注浆锚杆，其中两帮和顶板注浆锚杆间排距为1800mm×1800mm，注浆深度为4000mm，具体如图1所示。注浆材料采用水泥-水玻璃浆液，注浆压力为1.5~2.5MPa，注浆时间为25~30min。板注浆锚杆间排距为1800mm×1800mm，注浆深度为4000mm。

2.8支护方案效果数值模拟分析

采用FLAC3D模拟软件建立三维隧道模型对支护方案效果进行模拟分析。在模型顶部施加应力边界，模型左右两侧和底部为位移边界。数值计算采用摩尔库伦模型破坏准则。从图2（a）中可以看到，从隧道中心位置到隧道两侧浅部围岩，水平位移变化幅度较大，呈现出急剧增加的趋势。由两侧浅部围岩到深部围岩水平位移变化幅度较小，最终在深部围岩某处位置位移逐渐减小为零。隧道两侧围岩位移变形呈碟型对称分布特点。左侧围岩水平位移量达到46.8mm，右侧达到44.2mm。从图2（b）中可以看到，巷道顶底板垂直位移关于巷道中心基本呈对称的分布特点。其中巷道顶板下沉量为38mm，隧道顶板的位移量控制效果较好。

3结语

本文针对雅安高速小马厂隧道反复塌方事故，对致灾诱因进行了探析，主要得出如下结论：（1）此次小马厂隧道的塌方为突发性地质灾害，但搞好监控量测是确保隧道施工安全、质量和进度的基础。此外，及时掌握隧道周围岩体地质勘察资料是有效处理、预防隧道塌方事故的前提。（2）发生塌方，应立即停止所有洞口的施工，调动一切有利资源参与抢救工作。然后，对塌方影响段进行加固处理，只有在有支护措施的前提下才允许对坍塌岩体进行逐步清理；（3）软弱破碎的隧道围岩体是多次出现塌方事故的主要因素，通过锚杆注浆方式可以有效的将破裂岩体重新胶结成一个整体，从而提高隧道围岩强度和完整性。

参考文献

［1］肖隆晨.浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术分析［J］.江西建材，2020（04）：140，142.

［2］闫旭，王开运.大跨隧道洞口不良地质段冒顶塌方处理方案［J］.山西建筑，2020，46（06）：127-129.

［3］金泉，徐宇彪，陈提.软弱围岩隧道洞口施工技术研究［J］.江西建材，2020（01）：75-76.

［4］王文章.隧道断层破碎带超前帷幕注浆加固技术研究［J］.山西建筑，2020，46（02）：121-124.

［5］齐甦，王立英，崔小鹏等.兰渝铁路清水隧道塌方治理结果的分析［J］.现代隧道技术，2014，51（02）：172-177.

［6］王洪涛，王琦，蒋敬平等.深部巷道全长预应力锚注支护机理研究及应用［J］.采矿与安全工程学报，2019，36（04）：670-677，684.

作者：赵殿国 单位：中国建筑西南勘察设计研究院有限公司