姜屯隧道淺埋段冒頂原因分析及處治對策

邱朝欽（南平市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站，南平353000）

姜屯隧道淺埋段冒頂原因分析及處治對策

邱朝欽
（南平市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站，南平353000）

在淺埋或不良地質(zhì)段隧道洞身冒頂坍塌是施工中常見的一種現(xiàn)象，本文以政和環(huán)城路縱七線姜屯隧道左洞進口淺埋段冒頂坍塌事故為例，分析了隧道發(fā)生冒頂?shù)脑?，并提出相?yīng)的處治方案，實踐證明，采取的處治措施是可行的。

隧道施工冒頂處治措施

1 前言

南平市地處山嶺重丘區(qū)，具有南方典型的“八山一水一分田”特征。近年來隨著國家及地方經(jīng)濟的高速發(fā)展，原有的交通設(shè)施已無法滿足交通量增長的需求，根據(jù)規(guī)劃要求，及受地形、水文、地質(zhì)等條件限制，或為提高土地利用率和保護自然環(huán)境，在普通公路建設(shè)中出現(xiàn)了越來越多的隧道工程，由于隧道施工都在山體內(nèi)進行，二襯之前均屬于隱蔽工程，施工過程中因各項技術(shù)控制不嚴、操作不當及水文地質(zhì)條件等影響，特別是在淺埋或不良地質(zhì)段極容易出現(xiàn)冒頂坍塌事故。

2 工程概況

政和環(huán)城路縱七線姜屯隧道為二級公路分離式隧道，起迄樁號為左洞ZK21+698～ZK22+665，右洞YK21+ 698～YK22+680，左洞長967m，右洞長982m，屬中隧道。左洞進口成洞面樁號為ZK21+703，位于曲線段，平曲線半徑為510m，右洞進口成洞面樁號為YK21+703，位于曲線段，平曲線半徑為480m。左洞進口ZK21+703～ZK21+ 743段支護方式為：采用F1（a）型大管棚超前支護（長40m），鋼支撐采用I20b型工鋼，間距0.7m，每榀之間采用Φ25縱向聯(lián)接筋交錯連接，環(huán)向間距1m。系統(tǒng)錨桿采用Φ25中空注漿錨桿，長3.5m，間距為1m×1m梅花型布置。初支為28cm厚C25噴射砼+掛雙層鋼筋網(wǎng)。二次襯砌為拱墻45cm厚C30防水鋼筋砼，仰拱為28cm厚C25噴射砼+45cm厚C30鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

姜屯隧道左洞進口按設(shè)計CD法開挖，先進行左側(cè)上導(dǎo)坑開挖、支護及臨時仰拱施工，每一循環(huán)進尺70cm，即一榀鋼拱架。2016年11月30日左洞左側(cè)上導(dǎo)坑施工至ZK21+731，上午9點30分現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)中隔壁噴射砼出現(xiàn)掉塊，左側(cè)拱部掌子面出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，10點03分中隔壁臨時支護從外至里發(fā)生坍塌，隨即整個隧道左洞進口段發(fā)生坍塌冒頂，坍塌面至ZK21+740左右，如圖1所示。

圖1 姜屯隧道左洞進口坍塌冒頂照片

3 工程地質(zhì)條件

隧道進口段自然山體坡度20～30°，圍巖為軟-可塑狀坡積粉質(zhì)粘土及全-碎塊狀強風(fēng)化變質(zhì)粉砂巖，局部見花崗斑巖侵入。左洞進口見軟塑狀坡積粘土分布，厚度約為4.5m，洞頂圍巖厚度不足，易坍塌，進洞難度較大。未發(fā)現(xiàn)有大型滑坡、崩塌及泥石流、巖溶、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用，坡體整體穩(wěn)定。隧道開挖后，左右洞口邊坡高約16~24m，坡體土層主要為坡積土、強風(fēng)化巖，結(jié)構(gòu)較松散，開挖后穩(wěn)定性較差。左洞洞口見軟塑狀坡積粘土分布，開挖后穩(wěn)定性較差，易失穩(wěn)破壞，且洞頂圍巖厚度不足，不利于隧道開挖。

本隧道進口淺埋段較長，且有沖溝發(fā)育，雨季時，地表水匯聚沖溝入滲補給地下水，對隧道圍巖穩(wěn)定性影響較大。隧道左洞進口順沖溝展布，強降雨期間，沖溝地表水水流量較大，易對洞口邊仰坡、洞門及路基產(chǎn)生沖刷、浸泡作用，影響洞門及洞口邊坡的穩(wěn)定性和安全。

隧道位于當?shù)厍治g基準面之上，山坡坡體陡峭，有地表水系經(jīng)過。未見規(guī)模較大、透水性較好的斷裂構(gòu)造發(fā)育。隧道區(qū)地表水主要分布于進出口及中部低洼地段的山間小溪中，常年有水，主要接受大氣降水的補給，受季節(jié)性影響變化較大。地下水主要為風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水、基巖風(fēng)化裂隙水及構(gòu)造裂隙水?？紫读严端x存于第四紀殘坡積層底部及基巖風(fēng)化帶；基巖裂隙水受構(gòu)造發(fā)育情況控制，一般地區(qū)其富水性及導(dǎo)水性弱；構(gòu)造裂隙水主要存在于巖性接觸帶節(jié)理裂隙密集帶，其富水性、導(dǎo)水性較好，主要接受大氣降水及地下水側(cè)向補給，水量變幅較大。

4 隧道冒頂原因分析

隧道施工中造成冒頂坍塌的原因有地質(zhì)因素和人為因素。經(jīng)現(xiàn)場勘察和分析，本隧道冒頂坍塌主要為地質(zhì)因素，其次也存在部分的人為因素，即施工中存在不規(guī)范現(xiàn)象。

（1）地質(zhì)情況：根據(jù)設(shè)計文件，姜屯隧道左洞進口段自然山體坡度20～30°，圍巖類別為Ⅴ級，長度62m，洞頂圍巖主要為軟-可塑狀坡積粉質(zhì)粘土及全-碎塊狀強風(fēng)化變質(zhì)粉砂巖，洞壁圍巖主要為全-強風(fēng)化變質(zhì)粉砂巖，局部見花崗斑巖侵入，圍巖呈碎、裂狀松散結(jié)構(gòu)，自穩(wěn)能力極差、易坍塌。根據(jù)地質(zhì)預(yù)報成果，K21+735前后可能夾雜有破碎巖體，含水量大，整體穩(wěn)定性差，地質(zhì)雷達圖像如圖2。

（2）左洞進口段為淺埋、山凹匯水地段，地下淺表水發(fā)育，地面植被為毛竹為主；洞口原地貌表層為多年沖積而成的坡積粘土，易吸水、滲水，自穩(wěn)性能差。與往年同期相比，2016年雨水異常多，11月20日至30日連續(xù)降雨，地表下土體含水量飽和，土壓力增大造成土體失穩(wěn)。

（3）經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)左洞施工中亦存在不規(guī)范行為，如山凹處淺表水未進行有效引排、大管棚注漿效果不理想達不到設(shè)計要求、上下導(dǎo)坑步距過大，CD法施工工藝沒有嚴格執(zhí)行。

圖2 姜屯隧道左洞進口雷達波圖

5 處治對策

針對隧道冒頂原因，并結(jié)合規(guī)范要求，提出處治方案如下：

（1）做好現(xiàn)場應(yīng)急處理，及時在塌方冒頂?shù)乇淼乃又車钤O(shè)雨棚、做好截水溝，并完善防排水系統(tǒng)，防止地表水或雨水流入塌坑體內(nèi)。觀察地表是否出現(xiàn)裂縫若存在裂縫則對其注水泥漿封閉，防止雨水滲入，影響洞身穩(wěn)定。

（2）根據(jù)現(xiàn)場塌陷情況及實測斷面資料，成洞面樁號由ZK21+698向大樁號方向移動17m至ZK21+715。

（3）加強右洞洞室和左洞邊仰坡監(jiān)控量測，開挖臨時邊坡時，應(yīng)確保右洞洞身的穩(wěn)定；施工中若右洞洞室或左洞邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常，應(yīng)立即停止邊坡開挖，及時反饋并加固。

（4）臨時邊仰坡應(yīng)采用邊開挖邊支護，每開挖高度lm，支護lm，至樁號ZK21+712后，清理塌腔后緣5m（ZK21+735）范圍內(nèi)的塌方體及地表松土、雜物至原地層（清理過程中確保邊坡安全），再回填5%水泥穩(wěn)定土（ZK21+712-ZK21+715回填至設(shè)計高，ZK21+715往大樁號方向回填至原地面線），壓實系數(shù)不小于94%?；靥铙w表面不得存在凹體，確?；靥铙w排水順暢。

（5）成洞面采用留核心土開挖，套拱基礎(chǔ)采用挖槽方式，保證邊坡穩(wěn)定。

（6）成洞面邊仰坡臨時加固到位后，開始施作套拱，套拱長4m，然后進行管棚注漿，套拱的基礎(chǔ)承載力不小于0.3MPa。

（7）管棚注漿到位后，施作明洞，明洞厚度采用75cm，必要時對掌子面噴射15cmC20混凝土進行封閉，確保掌子面穩(wěn)定，明洞的基礎(chǔ)承載力不小于0.25MPa。

（8）明洞施工到位后，明洞洞頂回填至設(shè)計高。

（9）繼續(xù)掘進要求采用單側(cè)壁上下臺階法開挖（CD法），開挖的過程中要特別注意施工安全，要求短進尺、及時支護并盡早成環(huán)，塌方段的初支采用ZDK-1支護類型要求施工，且嚴格按照設(shè)計圖紙進行施作。

（10）洞門墻砌筑及仰坡開挖應(yīng)在洞口段二次襯砌完成20m后進行，洞門墻高12m，厚2.5m。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)設(shè)計文件及地質(zhì)預(yù)報成果，姜屯隧道左洞進口段地形、地質(zhì)條件差，圍巖自穩(wěn)能力極差、易坍塌，是本次事故的主要原因。

（2）事故前連日降雨，隧道土體含水飽和，土壓力增大，土體自穩(wěn)能力減弱，且施工不規(guī)范加劇了雨水對隧道土體的影響，是本次事故的誘因。

（3）隧道處治過程進展順利，變形監(jiān)測結(jié)果穩(wěn)定，實踐證明，隧道所采用的處治方案合理，為工程的順利推進奠定了基礎(chǔ)。

圖3 姜屯隧道左洞進口成洞立面圖

[1]黎薦.高速公路隧道淺埋段特大塌方的綜合處治技術(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報，2008，4（3）∶591-594.

[2]吳偉國，姜鵬，彭締，等.隧道淺埋段塌方原因分析及處理措施[J].湖南交通科技，2013，39（1）84-86.

[3]JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[4]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].