潘月宇 閆慶華 廖紹華 孟凡鵬

(中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257000)

1 工程概況

隧道位于寧?？h洞口廟水庫西側(cè)，進(jìn)洞口位于甬臺溫高速鐵路西側(cè)，距省道S214約1.8km。該隧道設(shè)計(jì)為單坡隧道形式，隧道長度為827.53m，坡度5.0%。根據(jù)地形地質(zhì)條件和管線敷設(shè)要求，隧道洞口采用漿砌片石或混凝土墻封堵，上設(shè)通風(fēng)口。洞口之上為坡向19°、坡角約30-40°的由殘積層及全風(fēng)化安山巖組成的斜坡，斜坡上地表主要為竹林，受附近構(gòu)造的影響，巖石節(jié)理、 裂隙較發(fā)育， 主節(jié)理裂隙為 73°∠62°、155°∠60°、300°∠23°，延伸長度 0.5-1.0m，裂隙面較平直、表面較粗糙，結(jié)合稍差，無充填或少量泥質(zhì)充填，無滲水，可見張開度2-5mm。風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎。

2 塌方基本情況

隧道開挖至K0+087m處時(shí)，由于此處位于Ⅵ、Ⅳ級圍巖分界點(diǎn)，且存有一條軟弱破碎帶，加之本處隧道覆蓋層只有20m，該段施工期間雨水較多，因此，圍巖開挖暴露后，即軟化發(fā)生掉塊。在出碴完成后，施工方及時(shí)采用噴砼對圍巖面進(jìn)行封閉，但掉塊仍陸續(xù)發(fā)生，且范圍加大，噴砼也發(fā)生塌落。施工方緊急采用架設(shè)鋼管棚架法，但在施工時(shí)，由于掌子面出現(xiàn)滑塊，頂部持續(xù)發(fā)生掉塊，且伴有大塊掉落，不得不停止施工。當(dāng)晚塌方石碴已填滿該處洞身，塌方長度4.1m、高度已達(dá)6m左右，塌體完全堵住洞身，該段初期支護(hù)全部破壞，把已架好的鋼拱架和搭設(shè)中的棚架砸塌。

圖1 洞口廟隧道塌方處

3 塌方原因分析

3.1 地質(zhì)構(gòu)造原因：隧道位于華南褶皺系Ⅰ2構(gòu)造單元東北部，Ⅱ級構(gòu)造單元屬浙東南褶皺帶（Ⅱ3），Ⅲ級構(gòu)造單元屬麗水-寧波隆起（Ⅲ7），Ⅳ級構(gòu)造單元屬新昌-定海斷?。á?）。隧址區(qū)附近主要分布的斷裂為梅林—薛岙?dāng)嗔褞?，梅林—薛岙?dāng)嗔褞菧刂荨?zhèn)海—漳州深斷裂的組成部分。隧址區(qū)距離梅林—薛岙?dāng)嗔褞Ъs5.0km，受其影響較小，地質(zhì)構(gòu)造主要受深圳—西店火山噴發(fā)亞帶火山構(gòu)造放射狀斷裂的影響，區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造線的展布方向與二者一致。隧道通過地段次級小斷裂稍發(fā)育。斷裂破碎帶F1位于洞口廟隧道ANH055號樁+295m附近。

受附近構(gòu)造的影響，隧道進(jìn)洞口段節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)；主節(jié)理裂隙為 73°∠62°、155°∠60°、300°∠23°，延伸長度 0.5-1.0m，裂隙面較平直、表面較粗糙，結(jié)合稍差-差，無充填或少量泥質(zhì)充填，無滲水，可見張開度2-5mm。風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎。

3.2 地下（表）水原因：據(jù)現(xiàn)場人員調(diào)查，施工期連續(xù)降雨，地表水豐富，由于圍巖結(jié)構(gòu)松散且埋深較淺，導(dǎo)致土層含水量增大，力學(xué)性能下降。在地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解下加劇了圍巖失穩(wěn)和塌落，軟弱滑動面在地下水的作用下，強(qiáng)度大為降低，因而發(fā)生滑塌。水在塌方中起到一個(gè)“催化”和“惡化”的作用。

3.3 施工方面原因：施工單位可能對雨季施工沒有提前采取措施或沒有引起足夠重視，同時(shí)未及時(shí)根據(jù)地質(zhì)條件變化調(diào)整施工方案和支護(hù)參數(shù)，未采取更為有效的超前支護(hù)措施，開挖進(jìn)尺過大，初期支護(hù)未及時(shí)跟進(jìn)，從而造成臨空面過大也是造成塌方的重要原因。

4 原設(shè)計(jì)支護(hù)方式

4.1 塌方段圍巖分類

（1）區(qū)段 K0+66.1-K0+87.9：水平長度為 21.8m，隧道進(jìn)洞口段，埋深淺，圍巖為全風(fēng)化安山巖、粉質(zhì)黏土混碎石，穩(wěn)定性極差，圍巖級別為Ⅴ級。隧道滲水量大于125L/min.10m，圍巖經(jīng)常滲水，地下水狀態(tài)為Ⅲ級，不考慮初始應(yīng)力的影響，修正后的圍巖級別為Ⅵ級。

（2）區(qū)段 K0+87.9-K0+105.6：水平長度為 17.7m，隧道穿越強(qiáng)風(fēng)化安山巖、英安巖層，埋深較淺，巖體較破碎，圍巖級別為Ⅲ級。隧道滲水量15.9L/min.10m，圍巖偶有滲水，地下水狀態(tài)為Ⅱ級，不考慮初始應(yīng)力的影響，修正后的圍巖級別為Ⅳ級。

4.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)中采用Ⅵ型支護(hù)斷面，并延長至K0+092.9處。

Ⅵ型支護(hù)斷面支護(hù)參數(shù)為：φ89超前管棚注漿支護(hù)，Φ22砂漿錨桿長 2.5m，間距 0.8m，梅花型布置。I12 工字鋼架間距 0.8m，φ6鋼筋網(wǎng)全斷面鋪貼，噴C25砼180mm。

二次襯砌為350mm厚C30模筑鋼筋混凝土。

設(shè)計(jì)在圖紙中明確要求施工單位在成洞困難地段應(yīng)加設(shè)超前小導(dǎo)管或管棚支護(hù)；二次襯砌應(yīng)在圍巖和錨噴支護(hù)變形基本穩(wěn)定后及時(shí)進(jìn)行。

5 塌方處理方案和方法

根據(jù)塌方的情況和隧道所通過的層位提出如下處理措施：

5.1 塌方后段的處理。為防止塌方進(jìn)一步擴(kuò)大，對成洞段造成影響，故對隧道K0+74.8～K0+084.8段拱部和邊墻采用鋼筋、噴砼進(jìn)行加固。鋼筋采用Ф25@15×15cm，噴砼采用C25噴砼，厚8cm。

5.2 在塌方段頂部的處理。在地表K0+100附近設(shè)置截水溝一條，將雨水引致塌方區(qū)域外，長度現(xiàn)場確定，截水溝尺寸及斷面形式參照原設(shè)計(jì)文件排水溝圖，底寬改為1000mm。

5.3 塌空區(qū)段處理。在塌方處外面架設(shè)一榀拱架，再沿拱架拱部鉆設(shè)長5m管棚，環(huán)向間距15cm。管棚采用鎬頭機(jī)頂進(jìn)。

管棚安裝完成后，先對隧道內(nèi)塌方石碴采用C25噴砼進(jìn)行封閉，再對管棚進(jìn)行注漿。注漿完成后，開始逐段清理塌碴，并及時(shí)跟進(jìn)鋼拱架、錨噴網(wǎng)支護(hù)。拱架采用I12鋼拱架，間距30cm。并在拱腳、墻腳部位各設(shè)一根Ф22L＝3m水泥砂漿鎖腳錨桿。錨噴網(wǎng)支護(hù)參數(shù)同隧道Ⅵ型斷面支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)。

圖2 隧道坍塌處理示意圖

5.4 塌方過渡段處理。塌方段處理完成后，隧道繼續(xù)前進(jìn)施工時(shí)，應(yīng)按Ⅵ型設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行開挖，并加強(qiáng)支護(hù)至K0+098：超前支護(hù)采用超前小導(dǎo)管支護(hù)，初噴C25砼改為5cm厚鋼纖維混凝土；拱架支護(hù)間距調(diào)整為30cm，錨桿支護(hù)長度調(diào)整為4m，其他同Ⅵ型斷面設(shè)計(jì)圖。加強(qiáng)支護(hù)地段長度根據(jù)實(shí)際圍巖地質(zhì)情況確定。塌方段及前后各10m范圍內(nèi)采用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)方式加強(qiáng)支護(hù)。

5.5 監(jiān)控測量。認(rèn)真做好各項(xiàng)施工監(jiān)測，根據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和判斷，對圍巖及支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行判斷和預(yù)測，及時(shí)采取措施來確保圍巖和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，以確保施工安全。

6 結(jié)論

6.1 隧道坍塌是最容易造成施工安全事故的主要原因，特別是對坍塌的處理更是危險(xiǎn)作業(yè)。因此，只有方案正確、處理及時(shí)、方法恰當(dāng)、組織嚴(yán)密、措施得力，才能使搶險(xiǎn)得以順利完成。

6.2 前方封堵，后方加固，對塌方區(qū)形成合圍，是防止塌方惡化的有效方法。搶險(xiǎn)的戰(zhàn)斗從何處打響，關(guān)系到搶險(xiǎn)工程全局性的問題。根據(jù)實(shí)際情況，采取前方封堵，即噴射C20混凝土封堵掌子面及塌落面，穩(wěn)住圍巖，防止空頂加大，并對下一步塌體注漿創(chuàng)造條件，保證注漿效果，同時(shí)還為下一步施工提供安全保障；后方加固，即對塌穴后方10m處未損壞的初期支護(hù)段架設(shè)型鋼拱架加固初支。這種前方封堵和后方加固處理方法，有效地防止塌方惡化，使塌方處理出現(xiàn)了良好的局面，這是處理隧道塌方的一條重要成功經(jīng)驗(yàn)。

6.3 塌方的處理必須遵循“短進(jìn)尺、少擾動、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的原則。對塌體一般不宜直接進(jìn)行清理，盡量減少對圍巖的擾動，避免塌腔擴(kuò)大。塌方的處理應(yīng)一次到位、不留后患，加大超前支護(hù)和加強(qiáng)初期支護(hù)，必要時(shí)對二襯混凝土進(jìn)行配筋和加厚，隧道輪廓外的塌腔宜盡量回填密實(shí)。從監(jiān)控量測結(jié)果來看，本次隧道塌方的處理方案是可靠的。

[1]SY/T6853-2012，油氣輸送管道隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50423-2007,油氣輸送管道穿越設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTGD70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].