淺埋隧道塌方地質(zhì)災(zāi)害成因及風(fēng)險(xiǎn)控制

王昌念

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610000）

0 引言

隧道建設(shè)的規(guī)模隨著我國交通建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展變的越來越大，導(dǎo)致隧道在施工的時(shí)候圍巖的穩(wěn)定性問題更加凸顯，隧道施工的時(shí)塌方事故經(jīng)常發(fā)生，已經(jīng)變成隧道施工中的一個(gè)十分關(guān)鍵的安全問題。

最近幾年以來，無論是工程界還是學(xué)術(shù)界都十分重視工程領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)管理，隧道和地下工程領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)管理理論分析和應(yīng)用發(fā)展的十分迅猛。即便很多學(xué)者都研究了塌方的風(fēng)險(xiǎn)，但是其中的主要研究內(nèi)容是針對隧道某一段或者洞口段的靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估，然而很少研究評估淺埋隧道的塌方風(fēng)險(xiǎn)與評估隧道塌方的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。這篇文章運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法對淺埋隧道塌方地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控問題進(jìn)行分析，以過去已經(jīng)研究出的成果為基礎(chǔ)，構(gòu)建塌方風(fēng)險(xiǎn)模糊層次評估模型，且進(jìn)行以孕險(xiǎn)環(huán)境為基礎(chǔ)的靜態(tài)評估及以致險(xiǎn)因子為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)評估時(shí)利用所構(gòu)建的評估模型，制定出以動(dòng)態(tài)評估結(jié)果為基礎(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)防治方法。這個(gè)方法被宜昌—巴東高速公路段家屋隧道施工過程中成功運(yùn)用，使隧道塌方災(zāi)害的發(fā)生概率大大降低，希望這個(gè)方法在日后可以為同種工程提供有價(jià)值的參考，同樣也具有科學(xué)意義以及工程實(shí)用的價(jià)值。

1 工程概況

湖北省宜昌--巴東（鄂渝界）高速公路為長江三峽庫區(qū)北岸唯一一條陸地上的快速通道。建設(shè)這條公路的意義在于能夠進(jìn)一步健全國家高速公路網(wǎng)、推動(dòng)三峽庫區(qū)乃至西部資源開發(fā)、推動(dòng)鄂西生態(tài)文化旅游圈的建立以及對國家西部戰(zhàn)略的實(shí)施給予支持等等。

段家屋場隧道利用的方式是分幅式，左幅隧道長約3514米，其起止里程樁號為 ZK168+165～ZK171+480；右幅隧道長約 4120米，其起止里程樁號為YK168+180～YK171+440。隧道埋深約210米，最小埋深約10米。

2 導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的原因

2.1 自然氣候條件

隧址區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降水量約2300mm，多集中在6-10月份，且多數(shù)為暴雨，雨勢十分兇猛，強(qiáng)度極大。擬建隧道多次跨越?jīng)_溝，溪溝內(nèi)發(fā)育季界性水流，地表水沿著節(jié)理裂隙滲透補(bǔ)給地下水，導(dǎo)致巖體的凝聚力以及力學(xué)強(qiáng)度下降，上述情況是誘發(fā)隧道塌方地質(zhì)災(zāi)害的原因之一。

2.2 隧道淺埋

隧道埋深淺，洞頂?shù)母采w層較薄，在隧道進(jìn)、出口約 210米的范圍內(nèi)深埋不到30米，而洞身段的最小埋深也只有33米。其他地段隧道埋深小于60米的區(qū)域長度約占據(jù)整體隧道的三分之一，且地表局部覆蓋層多為崩坡積碎石土，其厚度達(dá)20～30米。除此之外，淺埋段圍巖等級低，Ⅴ級圍巖占據(jù)的比例約在69.36%～78.3%。

因?yàn)槁裆詈軠\，隧道開挖后拱頂自穩(wěn)能力很差，拱部無支護(hù)的時(shí)易發(fā)生大面積坍塌，嚴(yán)重的甚至冒頂，側(cè)墻的穩(wěn)定性十分差，易坍塌掉塊。

2.3 地表水庫

段家屋隧道進(jìn)口 YK168+750～YK168+900段洞頂上方的發(fā)育一個(gè)小型的水庫，水庫沿著隧道的軸線走向呈狹長狀。該水庫位于一山谷沖溝中，降雨地表匯水是主要的水源補(bǔ)給資源，水庫全長約180米，均寬約56米，最大的水深約為9米，水庫能夠儲存約 5×104立方米的水。受到降雨的影響，水庫的存水量也會(huì)隨之變化。

隧道和水庫的位置關(guān)系圖如下圖1所示。該段隧道埋深最淺處約為29米，且地下水和水庫地表水有著緊密的聯(lián)系，容易引發(fā)塌方地質(zhì)災(zāi)害。

3 隧道塌方地質(zhì)災(zāi)害的處理方法

“先加固、防擴(kuò)展、后處理”是通常處理塌方的原則，處理塌方事故的時(shí)候要及時(shí)，并且還要加強(qiáng)處理。淺埋隧道通常塌方冒頂以后基本可以達(dá)到穩(wěn)定，針對規(guī)模較小的塌方可以直接實(shí)施塌體處理，然而針對埋深較深、塌體破碎、影響范疇較小的塌方可以分為兩部分：初期處理、塌體處理。

圖1、段家屋隧道和地表水庫的關(guān)系圖（單位：米）

3.1 初期處理

進(jìn)行初期處理的目的在于避免塌體的擴(kuò)大，通常采用以下幾個(gè)措施：

（1）將塌體進(jìn)行封閉處理，對塌體的后方進(jìn)行加固。利用噴混凝土封閉塌腔，它的作用表現(xiàn)在防止小石塊松動(dòng)而掉落，從而造成更大規(guī)模的塌方，然而圍巖變形也將及時(shí)反映于噴混凝土的表面，為精確判斷圍巖穩(wěn)定提供根據(jù)。在塌方后的5-10m范圍之內(nèi)利用鋼支撐以及小導(dǎo)管注漿，從而對其加固。

（2）塌方冒頂之后，應(yīng)該及時(shí)對塌方漏斗周圍地表水進(jìn)行截排，必要時(shí)需搭建避雨帳篷，以避免降雨灌進(jìn)塌體中。等待洞中處理結(jié)束以后，利用土石夯填至相對較高的原地面，等待填土下沉直至穩(wěn)定，再利用漿砌片石進(jìn)行鋪砌。

（3）在條件允許的情況下，在塌體后方5-10m的范圍內(nèi)進(jìn)行二次模筑襯砌，比較穩(wěn)妥的將后方穩(wěn)固住，且及時(shí)進(jìn)行仰拱工作，讓它形成健全的支護(hù)機(jī)制，進(jìn)而阻止圍巖不斷變形和坍塌。

3.2 塌體處理

對塌體進(jìn)行處理的時(shí)候，通常都是在初期處理完畢后以及塌方暫且達(dá)到自我穩(wěn)固的時(shí)候進(jìn)行。對塌體進(jìn)行處理的方法主要包括：管棚法、超前小導(dǎo)管注漿法、地表注漿法、明挖回填法等等，與此同時(shí)要慎重的選擇隧道開挖的方法，應(yīng)該依照自身的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，多數(shù)都選擇導(dǎo)洞法以及三臺階法等進(jìn)行。施工的過程中應(yīng)該堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測、緊襯砌”的原則。除此之外，由于塌方段襯砌荷載位于穩(wěn)固段前，襯砌的架構(gòu)必須予以強(qiáng)化，可以考慮提升混凝土標(biāo)號、加密鋼筋以及襯砌架構(gòu)等舉措。

（1）管棚法

隧道塌方較為嚴(yán)重或者影響較大的通常采用管棚法，依照塌方面積的大小，可以選擇利用直徑為90或者124mm的鋼管，長度為15-25m，利用在拱頂設(shè)置超前管棚，針對塌體以及周圍圍巖提前進(jìn)行加固，配合鋼拱架、鋼筋網(wǎng)等支護(hù)形成總體架構(gòu)，確保穿越塌方體。管棚法施工時(shí)管棚長度宜長不宜短，進(jìn)而對施作時(shí)間進(jìn)行減少，使施工的進(jìn)度提升。

（2）超前小導(dǎo)管注漿法

塌體面積不大的隧道適合采用超前小導(dǎo)管注漿法，地質(zhì)條件較松散的塌方，大多數(shù)選擇直徑為42或者50mm的鋼管，長度為5-9m，與管棚法相同，需要和鋼拱架與噴射混凝土相結(jié)合來處理塌方。