隨著高速公路建設的不斷發(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處理方案進行技術探討和案例分析，來總結隧道工程塌方事故的預防和處理要點。
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)域構造主要受復式背斜控制，背斜呈線狀緊密復式褶皺產(chǎn)出，軸部大致呈近東西向延伸。隧址位于該復式背斜之南翼，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構，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級圍巖分界面較設計文件稍提前，施工單位未及時根據(jù)地質條件變化調(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，認為本次屬層間移動性的塌方，這種地質的塌方難以穩(wěn)定，會引起連鎖反應，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的注漿小導管對塌方后段注漿。小導管外插角為15°，環(huán)向間距為1000px，縱向間距為1m，斷面兩側拱腳以上區(qū)域梅花形布置，小導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，從而達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，從根本上達到控制塌方的擴展。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。并在初支中預埋Φ108混凝土泵送管，待鋼筋混凝土殼體強度達到要求后，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的注漿小導管進行超前支護，小導管環(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)進行判斷和預測，及時采取措施來確保圍巖和結構的穩(wěn)定，以確保施工安全。在該段塌方處理完畢后，在拱頂布設了左、中、右三個測點，并在腰線處左右分別布設了兩個測點，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，取得了應有的效果。
四、要點總結
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、組織嚴密、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。在掌握情況的基礎上現(xiàn)場確定應急預案，下達搶險指令，明確任務和要求。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型鋼拱架加固初支，對初支頂部低應力圍巖注漿，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)控量測及地質雷達檢測結果來看，本次隧道塌方的處理方案是可靠的。
