大梅关隧道右线进口塌方冒顶事故的处理

49大梅关隧道右线进口塌方冒顶事故的处理高光彬1许守标2张卫华3（1江西省赣南公路勘察设计院赣州341000）（2赣州康大高速公路有限责任公司赣州341000）(3赣州市交通局赣州341000)摘要：本文通过大梅关隧道右线进口塌方冒顶事故的处理，提出了防范隧道塌方的一般措施和隧道塌方的处理方法。关键词：隧道工程；塌方；偏压；工程地质；支护0前言赣州至大余高速公路三益至梅关段大梅关隧道位于江西省与广东省两省交界处，进口位于大余县洋坑村，出口位于南雄县红梅村，为上下分离式双向六车道公路长隧道，单洞隧道建筑限界净宽14.5m。左线隧道起讫桩号为ZK55+405～ZK57+780，长2375m，设计纵坡为0.95%、-0.8%的人字坡；右线隧道起讫桩号为YK55+436～YK57+790，全长2354m，设计纵坡与左线同。隧道最大埋深约310m，左右线平面均位于直线上，左右洞净距约为40m。2006年4月3日，大梅关隧道右线开挖至YK55+614时，洞内发生塌方冒顶，塌方段长约36m。1塌方冒顶的原因分析1．1塌方情况2006年4月3日，大梅关隧道右线出口端掌子面YK55＋614出渣时，发现掌子面渗水较大，拱部碎石土遇水后有散落现象，且前方岩体滑块不断，之后YK55＋570～YK55＋613锚喷支护施工完毕段拱部混凝土不断发生掉块，右侧拱腰位置钢拱架严重发生变形，随即当所有施工人员及部分机械撤至安全地段后发生冒顶，YK55+578～YK55+613锚喷支护段全部塌落，YK55+540～YK55+570段右侧拱腰位置锚喷支护出现喷射混凝土脱落，工字钢发生明显变形。本次塌方段根据施工单位初步调查，其纵向范围为YK55+578～YK55+614，长度约为36m，塌方表现为从YK55+578左右，整个开挖断面为坍落体所填充，坍落物主要为风化较严重的板岩和砂质板岩夹部分块石组成，呈较松散结构；在YK55+578至洞口方向较长范围右侧拱腰部位出现较明显的喷射混凝土剥落并有迹象形成连通的纵向裂缝；同时坍塌范围地表出现较大面积的沉陷（最大沉陷深度约1m）及较长距离的纵向裂缝，并且根据地表及洞内测量表明地表山体还在继续活动，没有稳定的趋势，在洞内，在靠近坍塌体处拱顶下沉速率有加速的趋势，两侧拱脚向外侧移动。根据地表塌陷范围及规模，初步判断该36m范围洞内应没有全部坍塌密实。掌子面里程YK55+614坡脚线里程YK55+567.939YK55+578.000洞内塌方体段拱腰纵向变形,工字钢明显变形段YK55+556YK55+540洞顶开挖线洞底开挖线隧道进口方向支护变形段图11.2塌方段的工程地质条件隧道塌方段处于由震旦系砂质板岩构成的构造剥蚀中低山区，表层为第四系全新统残坡积碎石土，下部为震旦系含炭板岩和砂质板岩组成。隧道区以基岩裂隙水和第四系岩类孔隙水为主，第四系岩类孔隙水主要赋存于地表残积层中，基岩裂隙水主要赋存于下伏基岩裂隙中，裂隙较发育，赋水性较好，连通较好，与大气降水有直接水力联系，水位埋深一般较大。通过实地调查、钻孔揭露、钻孔坡速测试、浅层地震和沿线的地层岩性特征及物理力学指标等资料，该塌方段的围岩级别为IV级。1．3施工情况在施工开挖过程中，局部采用爆破，炮眼间距为35cm～4cm，深80cm，断面炸药用量20kg～24kg，循环进尺在0.8m左右。仰拱采用半幅施工，距塌方位置58m。监控量测拱顶沉降最大值发生在YK55＋568.5，为76mm，YK55＋610处两天拱顶沉降为21MM。1．4塌方的原因分析1.4.1塌方的主要类型和成因隧道坍方一般由于地质差、断面大和施工不当等原因引起，塌方的主要类型和成因如下：①断层带及契形部位塌方；②地层覆盖过薄地段塌方，其中主要发生在沿河傍山浅埋、偏压地段、沟谷凹地浅埋地段和丘陵浅埋地段等；③50开挖方法和爆破药量不当，以及工序不紧凑等引起地塌方；④洞口刷方过高及地表水处理不当引起地塌方。1.4.2本隧道塌方的主要原因本隧道塌方段属于浅埋地段，拱顶覆盖层最小厚度仅13m，地表发育有冲沟，在施工过程中从掌子面左侧（约YK55+540）开始出现软弱岩体，并随着开挖的延续至整个掌子面左侧（约40％左右）揭露较大面积软弱岩体，同时由于塌方前该地区较长时间降雨，围岩含水量加大，其物理力学指标（主要是内摩擦角）降低。洞身开挖后拱部岩体形成临空面，拱部初期支护形成后，由于该段仰拱在塌坍前未施作，岩体没有形成有效的承载拱，围岩的自承能力没有充分发挥，同时洞内两侧临时边沟排水不畅，导致拱脚积水软化。上部10多m厚岩体自重荷载全部压在半封闭初期支护上，导致该段失稳与坍塌。根据在国内外公路隧道施工的塌方事故处理的实践中，在浅埋、偏压、开挖断面内围岩存在软弱结合和交替的地质情况下，发生塌方的概率是较高的。根据现场观察结合地质资料，该塌方段不仅存在一定的地形偏压，地质偏压现象似乎更严重。在地表出现大面积沉陷和侧向滑移后，靠近坍塌体段地质偏压现象加剧，初期支护受力特征出现较大变化，右侧拱腰部位出现较大负弯矩，引起喷射混凝土剥落、钢拱架分段连接部位开裂并可能形成纵向贯通裂缝。同时拱脚围岩由于弹性抗力较弱，从而形成较大的挤压变形，导致整个初期支护有失稳的倾向。另外，由于工程建设工期太紧，施工单位未能完全按照设计及批准的施工组织设计中采用的台阶法进行施工也是一个不可忽略的主观因素。2塌方处理的措施2．1塌方处理的总体原则（1）安全，塌方处理必须安全可靠，做到万无一失；严禁在处理过程中诱发出现安全事故，或造成塌方的进一步扩大。（2）保质，要保证工程质量，一次到位，不能留有任何质量隐患。（3）快速，由于该隧道地质条件较复杂，施工难度较大，加之工期较紧，所以处理时间要尽量缩短。2．2塌方处理的要点（1）地表处理，因塌方已揭穿地表，首先作好防排水和地表坍体的处理，防止塌方的进一步扩大。（2）洞内塌方体的处理，采用大管棚超前支护及小导管径向注浆支护，使塌方体形成一个固结封闭的整体受力环。（3）塌方体的开挖及支护，采用CRD法开挖，超前支护采用径向小导管。2．3塌方处理的措施（1）YK55+530~YK55+578边墙及拱部设置长度50cm~400cm的径向注浆小导管加固周边围岩。注浆可分两次进行，先施作L-400cm径向注浆小导管进行周边围岩系统加固，然后施作L-50cm较短的注浆小导管对初期支护后部分空腔体（特别是拱部范围）进行注浆回填密实。施工时可根据现场实际情况对注浆参数及具体位置作适当调整。（2）YK55+530~YK55+578衬砌增设仰拱初期支护，其由26cm厚C20喷射混凝土及I18工字钢（纵向间距75cm/榀）组成。增设的仰拱初期支护应尽快施作，使初期支护形成封闭环，提高其承载能力。同时该段二次衬砌也应尽快施作。（3）YK55+578~YK55+624塌方段初期支护采用Φ22药卷锚杆、20b工字钢、C20喷射混凝土；二次衬砌采用70cm厚钢筋混凝土结构；开挖预留变形量20cm；超前支护采用6m长φ51×5mm小导管，注浆压力控制在0.5～0.75之间。钢管以10°～15°外倾角打入围岩，钢管环向间距为35cm。同时为提高塌方段衬砌周边围岩稳定性，在拆除临时支护（竖撑及上导坑临时仰拱）之前，对拱部及边墙范围进行局部注浆加固。该段在开挖时，若发生二次坍塌或支护严重变形时可考虑采用地表浅层注浆加固措施。图2（4）塌方体段采用CRD分步开挖法施工，其施工工序为：51图3（5）对支护变形段，按纵向1m间距架立工字钢拱架套拱，每榀钢架施做4排4m长G42注浆小导管锁固钢架。同时，对YK55+540前后12榀钢架，因右侧拱腰部位出现纵向变形，喷射混凝土脱落，工字钢发生明显变形，在变形范围每榀钢架施作4排4m长G42注浆小导管锁固钢架，并采用20b工字钢施作排架。（6）地表坍穴用彩条布覆盖防雨，并在坍方边缘5m外，施作临时截水沟，沟内用M5号砂浆抹面。（7）地表裂缝采用粘土回填夯实，并用水泥砂浆抹面封闭。（8）现场监理及施工单位安全员在工地轮流值班，以确保现场安全，并做好监控记录。（9）在施工过程中，应进一步加强超前地质预报与监控量测，并及时反馈设计方，以便进行动态设计与施工。3塌方处理的效果按照上面的方法进行处理后，实践检验证明取得了以下几方面明显的效果：1、施工单位共用了55天时间就顺利完成了36m的塌方体段施工。根据监控量测的信息反馈，拱顶下沉量，周边位移量及拱架内力均在规范允许的范围之内，无明显变形，收到了良好的效果。2、通过对地表进行填平、夯实、封闭、截水后，洞内渗水量明显减小，地表沉降也得到了有效的控制。3、通过对临近塌方体的成洞面进行处理，避免了塌方的进一步扩大，保证了现有支护的安全。同时通过对浸入二衬的初期支护进行换拱处理后，满足了设计要求的二次衬砌厚度要求，保证了施工质量。4防范塌方的几点体会洞口及浅埋段施工应严格遵守“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则。在洞口及浅埋段施工中经常遇到砂砾土、砂性土、粘土或强风化基岩等不稳定地层，这类地层在隧道开挖过程中自稳时间短暂，往往在初期支护尚未来得及施作，或喷射混凝土尚未得到足够强度时，拱墙的局部地层已开始坍塌。为此，洞口及浅埋地段施工尽量维持原地形地貌，避免大面积开挖或刷方过高，减少不必要的扰动；必要时采用砂浆锚杆或注浆小导管对地表预加固；设超前大管棚或超前小导管预支护的方法，以提高周围地层的稳定性；可适当加长明洞，待明洞完成达到一定强度后，再进行暗洞的开挖施工。在施工过程中加强监控量测，其主要内容有地表下沉量、拱顶下沉量、周边位移量及拱架内力检测，量测频率每天不得少于3次，及时分析、处理监控量测数据，为后续施工和应急提供科学依据。5结语在隧道施工中，要认真贯彻落实新奥法施工的精髓――适时进行监控量测。并及时分析、处理量测数据，为施工支护参数提供科学依据，在此基础上及时、合理、科学的调整支护参数。不同的围岩类别其开挖方法和施工措施各不相同，在施工过程中要根据地质条件有针对性地及时变更施工方法，这很大程度上就可以避免塌方事故地发生。参考文献：[1]JTGB01-2003，公路工程技术标准[S].[2]JTGD70—2004，公路隧道设计规范[S].[3]JTJ042-94，公路隧道施工技术规范[S].[4]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社.[5]黄成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社.