隨著高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展和向山區(qū)的延伸，隧道工程的數(shù)量也越來越多。下面通過對一次隧道工程塌方事故的原因及相應(yīng)處理方案進行技術(shù)探討和案例分析，來總結(jié)隧道工程塌方事故的預(yù)防和處理要點。
一、工程概況：
本隧道是一座雙連拱隧道，軸線走向為148°，隧道全長462m。隧道地形起伏大，植被發(fā)育，地貌有山間沖積小盆地、山脊以及山間沖溝等，其中山脊呈近南北走向，與隧道軸線呈大角度相交。隧道右洞施工時，發(fā)生了頂部坍塌。
隧道右洞在施工至塌方處時，正好處于Ⅳ、Ⅴ類圍巖的交界帶(該處埋深約80m)，掘進后出現(xiàn)一較大滑層，先后出現(xiàn)兩次較大范圍的塌方(如圖1)。塌方段褶皺強烈，裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖石較堅硬，巖體層面光滑，呈倒三角狀。其中靠近中隔墻處塌方最高。隧道第一次塌方在無明顯征兆的情況下突然發(fā)生，初次塌方量約100m3，并伴有滲水現(xiàn)象。在地下水的影響下塌腔迅速擴大，塌腔高4m-8m，縱長約8m，寬8m-11m，塌體完全堵住洞身，該段初期支護全部破壞，有6榀鋼拱架扭曲損壞。
二、塌方原因分析：
隧道區(qū)域構(gòu)造主要受復(fù)式背斜控制，背斜呈線狀緊密復(fù)式褶皺產(chǎn)出，軸部大致呈近東西向延伸。隧址位于該復(fù)式背斜之南翼，組成地層為雙橋山群下亞群板巖、千枚狀板巖，呈互層狀，巖層傾向為近北。受其影響，隧道區(qū)千枚狀板巖揉皺強烈，裂隙、節(jié)理、板理發(fā)育，巖體較破碎。因此，其塌方原因主要是：
(1) 工程地質(zhì)原因：塌方部位處在Ⅳ、Ⅴ級圍巖的交界帶，被層狀和多組節(jié)理分割而形成碎塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體較破碎，節(jié)理多為張開節(jié)理，節(jié)理裂隙間層面光滑。因連拱隧道開挖跨度大，在開挖掘進的擾動和左右洞施工的相互影響下，造成圍巖失穩(wěn)導(dǎo)致塌方。
(2)地下(表)水原因：施工期連續(xù)降雨，地表水豐富，通過裂隙進入巖體，頂板淋水量增大。在地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解下加劇了巖體失穩(wěn)和塌落，軟弱滑動面在地下水的作用下，強度大為降低，因而發(fā)生滑塌。水在塌方中起到一個“催化”和“惡化”的作用。
(3)施工方面原因：該處Ⅳ、Ⅴ級圍巖分界面較設(shè)計文件稍提前，施工單位未及時根據(jù)地質(zhì)條件變化調(diào)整施工方案和支護參數(shù)，未采取更為有效的超前支護措施，開挖進尺過大，初期支護未及時跟進，從面造成臨空面過大也是造成塌方的重要原因。
三、塌方處理方案
根據(jù)塌方的情況和隧道所通過的層位，認(rèn)為本次屬層間移動性的塌方，這種地質(zhì)的塌方難以穩(wěn)定，會引起連鎖反應(yīng)，積累和發(fā)展擴及到已開挖支護的較長洞身段。為此，決定采用穩(wěn)住后方圍巖，強支護處理坍塌段，適當(dāng)加強支護過渡段的三個階段處理此次塌方，分段處理的長度為16m(后方加固段4m，塌方段8m，過渡段4m)。
(1)塌方后段的處理
首先在塌方位置退后4m的位置處，采用長3.5m的Φ42×4mm的注漿小導(dǎo)管對塌方后段注漿。小導(dǎo)管外插角為15°，環(huán)向間距為1000px，縱向間距為1m，斷面兩側(cè)拱腳以上區(qū)域梅花形布置，小導(dǎo)管端部與鋼拱架焊接成整體，以保證后方圍巖穩(wěn)定不向前坍塌。注漿采用先上后下，先里后外，即先對塌空區(qū)邊緣注漿，再逐步退后進行后段注液，使鋼管所伸入的范圍內(nèi)通過注漿組成一個固結(jié)的灌漿層，通過漿液無規(guī)則的穿透松散破碎巖體產(chǎn)生膠結(jié)，從而達(dá)到在已支護段與塌空區(qū)交界處上、下一定范圍內(nèi)的圍巖得到固結(jié)，從根本上達(dá)到控制塌方的擴展。而后段的注漿也提高了圍巖整體承載強度，并與初期支護共同在2~3m范圍內(nèi)形成一個強大的支撐拱，為下一步施工的安全性提供了保障(見圖2)。
(2)塌空區(qū)段的處理
首先采用素噴厚500px的 C20混凝土封堵掌子面及塌落面，對塌空區(qū)段后方未破壞的原初期支護采用I18鋼拱架進行加固，鋼拱架與原初期支護鋼拱架緊貼并排焊接，之后每榀縱向間距0.5m，掌子面處緊貼巖面并排焊接兩榀。鋼拱架間用環(huán)間0.5m的Φ25mm縱向鋼筋連接，形成鋼格棚架。對輪廓線外塌腔壁的大塊巖石采用Φ89鋼管支撐，并焊在鋼拱架上。在鋼拱架上下采用雙層網(wǎng)格間距375px×375px的Φ8鋼筋網(wǎng)加固，外掛模板，再噴射C25混凝土與鋼拱架齊平，形成鋼筋混凝土殼體初期支護。并在初支中預(yù)埋Φ108混凝土泵送管，待鋼筋混凝土殼體強度達(dá)到要求后，分期泵送混凝土填充塌腔，以保證巖面與初期支護之間密實(見圖2~圖3)。
(3)塌方過渡段的處理
待塌空區(qū)段按上述方案處理完之后，密切注視塌空段斷面變化情況，加強監(jiān)控量測。該區(qū)域之后4m范圍內(nèi)采用長4m的Φ42×4mm的注漿小導(dǎo)管進行超前支護，小導(dǎo)管環(huán)向間距為1000px，縱向間距為1m;初支鋼拱架采用I16工字鋼，縱向間距1875px，鋼拱架間采用環(huán)向間距1m的Φ25mm縱向鋼筋連接，并設(shè)置網(wǎng)格間距500px×500px的Φ8鋼筋網(wǎng);系統(tǒng)錨桿采用長3m的Φ22砂漿錨桿，環(huán)向間距1m，縱向間距1875px，梅花形布置，端部與鋼拱架焊接成整體。
(4)監(jiān)控量測
認(rèn)真做好各項施工監(jiān)測，根據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和判斷，對圍巖及支護體系的穩(wěn)定狀態(tài)進行判斷和預(yù)測，及時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。在該段塌方處理完畢后，在拱頂布設(shè)了左、中、右三個測點，并在腰線處左右分別布設(shè)了兩個測點，通過近三個月的監(jiān)測，拱頂下沉最大下沉量為22.5mm，相對變形量為1.99%;周邊位移最大值為34.96mm，相對變形量為0.26%，均在允許范圍內(nèi)，表明所采取的措施得當(dāng)，取得了應(yīng)有的效果。
四、要點總結(jié)
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作業(yè)。因此，只有方案正確、處理及時、方法恰當(dāng)、組織嚴(yán)密、措施得力，才能使搶險得以順利完成。
(1)處理隧道塌方必須分秒必爭，及時制定處理方案。處理隧道塌方是一種緊急搶險，如同打仗一樣，有利的時機稍縱即逝。隧道塌方后，各方迅速到塌方點，詳細(xì)察看塌方情況，檢查塌方初期支護的損壞程度和影響區(qū)域，分析塌方原因和可能的發(fā)展趨勢等。在掌握情況的基礎(chǔ)上現(xiàn)場確定應(yīng)急預(yù)案，下達(dá)搶險指令，明確任務(wù)和要求。這種現(xiàn)場辦公定案、直接指揮處理的方法，保證了搶險的及時性，為塌方的處理爭取到了有力的時機。
(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。搶險的戰(zhàn)斗從何處打響，關(guān)系到搶險工程全局性的問題。根據(jù)實際情況，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，同時還為下一步施工提供安全保障;后方加固，即對塌穴后方4m處未損壞的初期支護段架設(shè)型鋼拱架加固初支，對初支頂部低應(yīng)力圍巖注漿，以增加其強度和自穩(wěn)力。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。
(3)塌方的處理必須遵循“短進尺、少擾動、強支護、快封閉、勤量測”的原則。對塌體一般不宜直接進行清理，盡量減少對圍巖的擾動，避免塌腔擴大。塌方的處理應(yīng)一次到位、不留后患，加大超前支護和加強初期支護，必要時對二襯混凝土進行配筋和加厚，隧道輪廓外的塌腔宜盡量回填密實。從監(jiān)控量測及地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果來看，本次隧道塌方的處理方案是可靠的。
