隧道塌方整治_隧道塌方的原因及防治

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宝兰二线新玉石咀1号隧道塌方整治对策探讨

摘 要 宝兰二线新玉石咀1号隧道施工中曾多次发生塌方、掉块，其中进口端较大的一次塌方5600m3，并有11人困于洞中，抢险及整治施工十分危险，随时有发生更大规模塌方的可能，形势险迫，经过及时勘察，合理整治，成功通过了塌方段。本文分析了隧道的工程地质条件、影响隧道施工的地质因素及病害产生原因，针对塌方整治的难点，总结了处理和预防塌方的对策措施。关键词 隧道塌方 整治 对策

1.概况

宝兰二线新玉石咀1号隧道为双线曲线隧道，位于陇西土店子站东渭河北岸，隧道进口里程为DK1536+125，出口里程为DK1536+688，隧道全长为563m。隧道开挖由进口端开始，通过黄土进入岩层后掉块，塌方事故不断。在掌子面掘进至SK1536+270、护拱打至DK1536+260~+270，隧道衬砌到DK1536+

216、仰拱做到DK1536+230时，发生在DK1536+270段的5600m3塌方为最大，洞顶形成一直径10余米、高10余米的穹窿，造成施工人员11人困于洞中，生死不明（后经全力抢救脱险）。由于塌方段穹窿顶与洞外冲沟沟底对应，顶板薄，且均为土体，随时有塌通天甚至引发洞外高陡山坡塌滑的可能，加之围岩松动，掉块不断，给抢险施工带来极大的风险，因而，抢险措施和塌方整治对策成为隧道继续施工掘进的焦点和重点。

2.隧道工程地质特征

2.1 地形地貌

隧道位于渭河峡谷区，两岸地形起伏较大，相对高差大于100m，北岸自然山坡高陡，坡度一般在40º以上，地表植被贫乏，黄土地貌景观，冲沟、陷穴等现象发育。2.2 地层岩性

勘察与施工揭示，工点范围内地层有第四系上更新统风积砂质黄土，有由接触变质、动力变质及区域变质作用形成的压碎岩、板岩、片岩和燕山期花岗岩。

1）砂质黄土淡黄色，土质均匀，粉粒为主，具孔隙及垂直节理，半干硬，II级普通土，σ0=150kpa，II类围岩；具IV级自重湿陷性，湿陷土层厚12m。主要分布于隧道进口及洞身段山体表层，厚10~30m。出口处为坡积成因，夹杂碎、块石，工程地质相对较差。

2）压碎岩以花岗岩为主，局部矿物呈定向排列为花片麻岩，颜色渑杂，青灰、灰黑色为主，压碎或鳞片变晶结构，带状及片麻状构造，节理、裂隙发育，风化严重，局部呈砂、土状，IV级软石为主，σ0=500~1000kpa，III~IV类围岩，多见于花岗岩与板岩、片岩接触带附近。

3）板岩、片岩灰色、灰褐色为主，变晶结构，板状、片状构造，受接触蚀变及构造影响，板理、片理及小的断层构造发育，岩层破碎，风化严重，IV级软石为主，σ0=600~800kpa，III~IV类围岩。一般见于花岗岩之上，局部呈捕虏体于花岗岩之中。4）花岗岩青灰、灰白色，矿物成分以石英、长石、云母为主，中、粗粒结构，块状构造，岩体受构造影响严重，节理、裂隙发育，石质坚硬，风化严重或极严重，风化层一般2~5m，局部厚达10m，为10m, 级软石，σ0=500~800kpa，以下V级次坚石，σ0=1200kpa，IV类围岩。2.3 水文地质

隧道在勘测及施工期间未遇到较大地下水，仅在雨季施工时偶见少量下渗的基岩裂隙水，对隧道围岩及施工不构成影响。

3.影响隧道施工的地质因素

3.1 地形地貌因素

本隧位于渭河峡谷区北岸既有线靠山一侧，线间距20~50m，既有线在此以填方或半填半挖形式通过山坡坡脚，高陡的山坡，发育的冲沟、陷穴，对隧道进、出口的塌方往往直接影响，由于塌方，引起洞顶地表开裂变形，对坡角的既有铁路构成重大安全隐患，处理不当，变形进一步发展势必直接威胁既有线行车安全，给II线隧道施工造成极大困难。故而，必须严控和妥善处理好隧道进、出口段的塌方。3.2 地层岩性因素

隧道原设计图系根据进口一个钻孔和现场调查资料填绘，与工程有关只显示上更新统砂质黄土和燕山期花岗岩两种较单一地层。然在隧道施工开挖中实际还遇到压碎花岗岩（部分为花岗片麻岩）及板岩、片岩等较软弱岩层。而且，在隧道施工中，开挖掌子面较多在侵入的花岗岩与板岩、片岩等的蚀变接触带附近。岩相的复杂与变化，严重制约了隧道的掘进，带来了许多意想不到的麻烦。3.3 地质构造因素

勘察及开挖显示，本隧未穿越大的断层构造，但从隧道掘进中所遇岩性、岩相变化大，较多为动力变质、区域变质作用形成的岩层；围岩节理、裂隙发育，局部有断层破碎带宽度1~2m的小的断层切割，岩层破碎等情况仍可认定：隧道围岩受构造影响严重，岩层风化破碎，而原资料勘测人员显然对此认识不足，很大程度上影响了隧道设计和施工掘进。

3.4 不良地质因素

主要为高自重湿陷性黄土问题。隧道范围广布的“级自重湿陷性黄土及衍生的黄土冲沟、陷穴等，是隧道尤其是进、出口段施工的隐患，往往给隧道施工带来意想不到的不利影响，本隧道施工中几次较大的坍方变形，与其不无关系。

4.塌方原因分析

纵观本隧施工所遇几次较大塌方，除前述地质因素外，分析原因无外乎以下几点：（1）对隧道地质条件的变化及复杂性认识不足，工程措施不到位或针对性不强。这其中有勘测设计存在的问题，更有监理、施工的因素，出现问题及时反映，及时有针对性采取变更加强措施，即可避免事故或减少损失。

（2）施工单位急功近利，为赶工期、抢进度，往往忽视设计文件中要求或设计、配合施工人员屡次强调的“做好超前支护、控制台阶的开挖长度，做到先棚后挖，支护衬砌紧跟”的施工原则，在进、出口段及软弱岩层开挖中，台阶过长、二次衬砌与掌子面距离过大，以至出现坍方，影响了隧道的正常施工。（3）部分工程施工措施不到位，如对进口端洞顶冲沟内黄土陷穴的调查、回填不及时，对塌方的产生起到了一定的促进作用。（4）由于在一定段落内隧道位于侵入岩与片岩的蚀变接触带及部分断层与风化破碎带中，蚀变接触带等出现在隧道开挖面的里程段落不定，没有规律，而且片岩捕虏体在开挖断面上的位置也毫无规律，给制定隧道的施工方案及支护参数带来了一定的困难，在遇到地质条件变化时，不能及时的改变施工方法，是造成塌方的一个因素。

5.塌方整治的难点及对策措施

5.1 进口端5600m3 塌方整治难点及对策措施 本塌方发生在进口端DK1536+227~+247 长20m段，向前距开挖掌子面23m.，往后距隧道衬砌终点11m。塌方处初期支护垮塌，洞顶已塌至黄土层中，形成高十余米的穹窿，距其外对应的冲沟沟底仅约10m。鉴于塌方后围岩松动，掉块不断，洞顶土体薄，随时有塌通天甚至引发洞外高陡山坡的塌滑变形，给清坍抢险带来更大风险，因而，安全施工，避免变形扩大至难以控制，成为塌方整治的难点。

针对塌方整治的难点，经多方共商，集思广益，制定施工抢险措施如下：

（1）对DK1536+216（二衬终点）~+227长11m段既有施工支护进行加强，采用Φ42焊管（4m长）梅花形布置，注浆锚固；加喷C20混凝土10cm厚，确保塌方段两端不再继续产生塌方。（2）从DK1536+224开始在拱部用Φ100钢管按环向间距0.5m做棚架（拦挡大块落石）并挂网（拦挡小块落石），同时按1榀/m架立型钢做为棚架支撑，并用Φ200钢管做竖向支撑至塌方顶，至DK1536+247止，长23m。

（3）在已完成棚架保护下清理塌落堆积物，同时用焊接方法按每次1m向前延伸棚架和型钢支撑，并做竖向支撑、清坍，循环作业一直到未塌方支护地段（DK1536+247）。（4）在塌方段支护稳定后，塌方顶部喷射C20混凝土15cm防护层；在该段起拱线以上部分做排架和模板，泵送混凝土浇筑1m厚护拱（拱顶）。

（5）在拱部护拱混凝土强度达到70%以后，拆除排架、模板，切割竖向支撑钢管进行下部施工———采用马口形式开挖，架立钢架支撑、浇筑混凝土，在护拱强度达到要求后，紧跟进行衬砌混凝土施工，在DK1536+216~+260长44m段采用钢筋混凝土衬砌予以加强。

（6）塌方段拱部衬砌背后穹窿空洞采用黄土水泥浆（水泥掺量10%）注浆回填。5.2 出口端1000m3塌方整治难点及对策措施

塌方发生在DK1536+625~635段，拱部以上覆盖层约20m, 已塌通，山体表面形成一直径约10m，深12m左右的井状陷坑，坑壁陡直，靠山侧表层坡积碎石厚8~10m，中密状，下伏向河陡倾的片岩、板岩。陷坑所在山坡高陡，坡度近45º；洞内进口端衬砌至DK1536+599，出口端衬砌至DK1536+640，相距41m；进口端施工掌子面在DK1536+627，出口端施工掌子面在DK1536+630，相距仅3m，已为塌落物覆盖，塌方尤其陷坑的进一步发展，势必造成上方山体的失稳，危及位于坡脚的既有线行车安全，形势险迫。为此，现场提出的治理原则是，迅速先治理洞外塌落的陷坑，避免其进一步发展，引起山坡变形，危及行车安全，后进行洞内塌方整治施工。采报措施以下。1）陷坑的处理

（1）查明陷坑外山坡变形情况，观测变形发展，增设观测、预警岗哨；准备防水布，雨天及时封盖坑口，防止表水流入，恶化坡体条件。

（2）根据现场实际情况（地形条件、材料及机具设备等资源），在确保坑壁及坡体稳定和行车安全的前提下，灵活采取包括坑内挂网、锚喷、支护；坑外截、排水，夯填地表裂缝等措施。2）隧道内的处理

（1）鉴于隧道上半断面曾以导坑贯通，坍塌后地表陷落，塌方体以松散碎、块石土为主，同意DK1536+627~630长3m, 段围岩类别由IV类变更为1类。（2）施工支护予以加强，设1榀/m的格栅钢梁，拱部设超前小导管。

（3）DK1536+620~+640长20m 段衬砌类型采用“专隧（93）0030~23”，衬砌拱墙采用C20钢筋混凝土。

（4）DK1536+627~+630长3m 段以2榀/m钢筋格栅加强支护，并模筑C20混凝土50cm厚护拱。（5）塌方段衬砌完成后，及时对陷坑进行恢复原地表回填夯实，并在表面设粘土隔水层，厚50cm。

6.结束语

本隧道在各方关注和施工单位努力下业已掘通，各种塌方事故依照所制定整治措施也已顺利治理完成，回顾和反思隧道施工所遇塌方问题，有以下经验教训值得汲取。（1）隧道与其它工程的不同之处是对施工安全的要求更高，任何疏漏、谬误，在隧道施工中都有可能造成无法挽回的人员伤亡和经济损失；而隧道工程地质勘察又不能做到像其他工程那样慎密，从而导致隧道工程施工地质条件变数较大，本隧道及本线其他一些隧道事故多发，变更频繁的事例再次证实了这一点。控制这个变数，靠得是一线地质人员深入细致的地质工作，靠的是广大地质工作者的责任心和事业心。

（2）纵观本线多个隧道施工中出现的塌方掉块问题，绝大部分与隧道初期支护不及时或二次衬砌距施工掌子面距离过远密切相关，各方尤其是施工单位对此应充分加以重视，急功近利，往往因小失大，得不偿失。魏家磨1号、琥珀等岩质隧道，二衬距掌子面最远时达230m、190m，在基岩裂隙水及风化作用下，初期支护无力抵抗变形发展，以至隧道多次发生塌方、掉块、变形、开裂，教训可谓深重。

（3）隧道施工工程地质条件的变化固然无法精准地预料，然施工单位对不同地质条件的施工应变能力应是可以调整的，至少做到遇地质条件变化及时向设计单位反馈、及时采取调整变更措施是容易的。而现在较多的施工单位不知何故，遇事或遇地质条件变化不反映或不听从设计单位意见，自行解决，处理措施不当时，往往恶化了施工地质条件，给后续工作带来许多无谓的困难和麻烦，问题的症结有待查找、总结。最后要强调的是，隧道施工，安全与质量并重，工期与进度从属，无论是建设单位、施工单位还是监理单位都应遵从这一点。