隧道塌方與隧道監(jiān)控量測之關(guān)聯(lián)

摘要：結(jié)合工程實例，針對隧道塌方情況，分析不同地質(zhì)條件下的幾種塌方形式，以及幾種塌方形式下隧道監(jiān)控量測情況的區(qū)別，并從監(jiān)控量測情況預(yù)警隧道塌方險情，避免隧道施工過程中出現(xiàn)塌方事故，確保隧道施工安全。

關(guān)鍵詞：隧道塌方;監(jiān)控量測;關(guān)聯(lián)

前言

對于一名從事隧道施工管理工作人員來說，隧道塌方是除隧道施工過程中出現(xiàn)人身傷亡事故之外最郁悶的事情，一旦隧道施工過程中出現(xiàn)塌方，相關(guān)單位就會出來問責。因此，監(jiān)控量測工作應(yīng)能夠正確識別隧道圍巖地質(zhì)體，從不同信息源，對隧道施工過程可能出現(xiàn)的塌方進行預(yù)警。筆者在多年從事隧道施工，并有幸參與隧道監(jiān)控量測基礎(chǔ)上，總結(jié)出隧道塌方與隧道監(jiān)控量測之間關(guān)聯(lián)，希望對從事隧道施工及監(jiān)控量測人員有所幫助。

在近年一些高速公路隧道塌方實例的現(xiàn)場調(diào)查基礎(chǔ)上，筆者依據(jù)圍巖顆粒粒徑、顆粒間粘結(jié)力、監(jiān)控量測的周邊變位結(jié)果等因素，將隧道塌方破壞形式劃分為四類：細粒土（軟土）控制的大變形塌方、關(guān)鍵塊體控制塌方、工程散體控制的塌方及復(fù)合型塌方。

1.細粒土（軟土）控制的大變形塌方

軟土大變形塌方具有四大特征：① 塌方持續(xù)時間長：軟土引起的塌方從開始掉塊到地表最終形成陷穴，有一個較長的時間過程，如衡炎高速云陽山亞粘土隧道在更換拱架時發(fā)生塌方，塌方發(fā)生時間從12：00開始持續(xù)到當日下午16：20，歷時四個半小時完成地表形成陷穴;汝郴高速楊家山隧道拱部亞粘土在清頂時發(fā)生塌方，塌方發(fā)生時間從2009年3月7日下午15：40時持續(xù)到次日上午6：00時，歷時15個小時才完成塌方到地表;② 危害性小：由于塌方持續(xù)時間長，有充足的時間組織人員、設(shè)備撤離，因此，這種形式塌方基本上不會造成人員和財產(chǎn)的損失;③ 塌方前宏觀表現(xiàn)明顯：這種形式塌方發(fā)生前，洞內(nèi)初期支護結(jié)構(gòu)及地表均有明顯反應(yīng)，洞內(nèi)初期支護噴射混凝土開裂，通常是龜裂，鋼拱架與噴層間環(huán)向裂縫明顯，有的會貫穿整榀拱架，圍巖明顯內(nèi)擠、內(nèi)鼓，鋼拱架則相對外移，初期支護侵界。地表通常有縱橫交錯的裂縫。④ 存在塌方影響段：軟土大變形塌方時不僅在塌方位置局部周邊變位較大，而且還存在較長的塌方影響段，周邊變位也較大，軟土大變形塌方可認為是整體變形引起的。

軟土大變形引起的塌方，其在塌方前拱頂下沉和水平收斂值一定會較大，均會超過規(guī)范允許值，有時還可以監(jiān)測到周邊變位的動態(tài)變化，如云陽山隧道量測到的拱頂下沉最大值達1.2m，水平收斂最大值達56cm，在2008年12月31日，監(jiān)測到拱頂下沉動態(tài)變化速率為5mm/3min;汝郴高速黃毛嶺隧道拱頂下沉最大值達80cm，水平收斂最大值達45cm。軟土大變形塌方是一種整體破壞形式，監(jiān)控量測的測點通常會布置在塌方及影響段范圍內(nèi)，在正常的監(jiān)測頻率下就可以監(jiān)測到周邊變位的異常結(jié)果，可隨時進行預(yù)警，因此，從周邊變位角度出發(fā)，隧道監(jiān)控量測工作僅能對軟土大變形塌方形式起到很好的預(yù)警作用。

2.關(guān)鍵塊體控制塌方

此種形式塌方具有三大特征：① 災(zāi)難性：塌方造成的危害程度較大，往往會出現(xiàn)重大的人員和財產(chǎn)損失，如懷新高速龍馬田隧道9·13板巖塌方事件;② 滯后性：塌方往往距離掌子面一定距離，受一定條件影響下發(fā)生，如受爆破、打眼震動及水的滲流作用影響，這種塌方形成往往需要一定孕育時間。當然，也有掌子面爆破后立即出現(xiàn)塌方，這種不會造成災(zāi)難性后果;③ 隱蔽性：這種隱蔽性通常指初期支護施作完成后，受隧道內(nèi)光線等影響，塌方位置及關(guān)鍵塊體掉塊前初期支護出現(xiàn)裂縫等都宏觀表現(xiàn)均不易被肉眼所發(fā)現(xiàn)。關(guān)鍵塊體控制的塌方位置，圍巖條件通常認為較好，在設(shè)計與施工上往往造成初期支護人為弱化，從而在一定程度上也造成安全意識的減弱。

關(guān)鍵塊體塌方發(fā)生在圍巖條件為巖石處，且為硬巖，巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育或發(fā)育一般，存在大的結(jié)構(gòu)面，延伸廣，空間相互切割成大塊狀，其中的關(guān)鍵塊體一旦掉塊形成連鎖反應(yīng)，造成塌方。關(guān)鍵塊體主要呈倒三角體、五面體、懸臂板等，具有一定體積，呈中～大塊狀，若在施工過程中能快速識別關(guān)鍵塊體，并采取正確支護措施，控制了該關(guān)鍵塊體的破壞，關(guān)鍵塊體控制的塌方就不會發(fā)生。

對監(jiān)控量測來說，由于關(guān)鍵塊體的塌方發(fā)生在圍巖條件較好地段，為局部性塌方，在塌方前，拱頂下沉或水平收斂異常變化在較短時間內(nèi)完成，對此種形式的塌方，測點的布置很難恰好布置在塌方位置，且監(jiān)測工作不可能24小時進行，因此，不可能通過監(jiān)控量測的異常的周邊變位監(jiān)測結(jié)果來預(yù)警關(guān)鍵塊體控制的塌方。

3.工程散體控制塌方

工程散體控制塌方具有四大特征：① 快速性：從塌方開始直至地表形成陷穴的時間一般不會超過1小時，塌方完成時間與隧道埋深存在一定關(guān)系;② 突發(fā)性：塌方發(fā)生前一般不會有預(yù)兆，掌子面開挖后的空間一旦形成塌方就會發(fā)生;③ 深埋性：散體塌方不僅常發(fā)生在隧道洞口段，也常發(fā)生埋深超過30m的深埋段，如汝郴高速破石界Ⅰ號隧道，塌方處隧道埋深達40m;④ 空間狹小性：在開挖進尺不超過50cm、超前小導(dǎo)管間距不超過50cm工法下，也會發(fā)生散體塌方，如汝郴高速黃毛嶺隧道左線出口炭質(zhì)頁巖塌方，郴寧高速羊角腦隧道散體（砂）塌方。

在隧道工程中，并不是所有位置都會出現(xiàn)工程散體，在隧道洞門附近、斷層破碎帶內(nèi)及堆積體段易形成工程散體，工程散體包括有各種位于斷層破碎帶內(nèi)小巖塊、炭質(zhì)頁巖、砂土及堆積（非坡積）土夾石等。

工程散體控制的塌方，在工程散體圍巖條件下及初期支護施作好的斷面的監(jiān)測結(jié)果表明，拱頂下沉和水平收斂累計值通常較小，遠小于規(guī)范允許值，由于監(jiān)控量測工作不可能24小時進行，測點的埋設(shè)具有滯后性，監(jiān)控量測只能對支護好的斷面進行監(jiān)測，因此，對于極短時間內(nèi)發(fā)生的工程散體控制的塌方，不可能通過監(jiān)控量測的周邊變位異常結(jié)果來預(yù)警。

4.復(fù)合型塌方

復(fù)合型塌方指上述三種塌方形式的組合，常見的形式為關(guān)鍵塊體控制的塌方與其余兩種塌方形式的組合，這種復(fù)合型塌方最重要特征就是具有迷惑性。復(fù)合型塌方常由于掌子面及圍巖條件較好，為完整性較好的巖石，因而忽視了超前支護措施的落實，然而，拱部巖層往往僅是一薄層，作為保護層，在節(jié)理裂隙影響下可發(fā)生關(guān)鍵塊體塌方，隨即出現(xiàn)其余兩種形式的塌方。當關(guān)鍵塊體上覆巖層為散體時，關(guān)鍵塊體的破壞具有突發(fā)性，散體塌方具有突發(fā)性，這種復(fù)合型塌方具有突發(fā)性，如汝郴高速破石界Ⅰ號隧道塌方;當關(guān)鍵塊體上覆巖層為軟土時，此種復(fù)合型塌方特點取決于軟土塌方特征，如郴寧高速羊角腦隧道淺埋段塌方。

對監(jiān)控量測來說，對上述兩種復(fù)合型塌方段在已施作初期支護條件下的監(jiān)控量測結(jié)果表明：監(jiān)測斷面的拱頂下沉和水平收斂值均較小，不會出現(xiàn)異常變化，而未施作初期支護掌子面附近，監(jiān)控量測測點又無法埋設(shè)，因此，監(jiān)控量測很難對上述兩種復(fù)合型塌方從周邊變位角度提出預(yù)警。

總結(jié)

綜上所述：隧道監(jiān)控量測工作從洞內(nèi)周邊變位角度僅能對軟土大變形引起的塌方起到很好的預(yù)警作用，而對其余3種塌方類型，從周邊變位角度，監(jiān)控量測工作不可能發(fā)揮預(yù)警作用，但可以在正確識別圍巖地質(zhì)體特征基礎(chǔ)上，利用經(jīng)驗，分析出可能的塌方形式，提出預(yù)警，這樣，隧道監(jiān)控量測工作就可以充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用了，就不怕隧道塌方后的問責了。

參考文獻：

1、《公路隧道施工》-王東杰-中國電力出版社出版圖書-2010。

2、Q/CR 9218—2015《 鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》。

3、基于監(jiān)控量測的山嶺隧道塌方大變形預(yù)警研究-高文工-《公路》-2015

作者簡介：

趙海斌（1987年8月-），男，江蘇南通人，中級工程師，本科學歷，主要研究道路與橋梁、隧道施工技術(shù)。

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