1、浅谈龙泉山 4#隧道坍方原因及处理预防措施摘要：在隧道施工过程中，特殊地质容易引起坍方，会给施工带来巨大的困难和经济损失。从分析龙泉山 4#隧道 ZK21+095110 段特殊地质坍方的原因着手，探讨了如何避免类似的坍方发生。 关键词：隧道；特殊地质；坍方；处理预防措施 中图分类号：U459 文献标识码：A 文章编号： 龙泉山 4#隧道是成都-安岳-重庆高速公路成都段的一座公路隧道，全长 3433m。隧道为越岭隧道，横穿龙泉山山脉东段，隧道进口位于赵家沟东南侧，出口位于土地坳附近，高速公路设计行车速度 100km/h，为双向 6 车道分离式隧道。隧道设计净高 8.25m，左右线设计宽度均为15
2、.32m，隧道最大埋深 207m 左右，隧道左右线净距为 2540m。隧道为长隧道，设置 1 个车行横通道和两个人行横通道。隧道设计为上、下行两座独立隧道，按新奥法原则设计支护，采用复合式衬砌（锚喷砼初期支护+模筑砼二次衬砌） 。 1、坍方情况介绍 2011 年 8 月 6 日，龙泉山 4#进口施工单位在对左线上台阶进行安全巡查时发现洞顶 ZK21+085ZK21+092 段拱顶部位偏右侧 2 米处初期支护的喷射砼表面有细小裂纹。8 月 9 日，发现裂纹有发展及扩大趋势，并在裂纹处出现渗水点。8 月 10 日，裂纹有向掌子面方向延伸，并且出现喷射砼小块剥落的现象。到 8 月 14 日裂缝已经从
3、原来的 ZK21+085 发展到ZK21+110，且出现大量渗水点，有 7 处已经施做好的初期支护格栅钢架出现屈服变形。ZK21+110 至掌子面段出现少量滴水点但未见裂纹产生。8 月 16 日，为了保证安全，业主、设计、监理、施工单位四方对现场进行踏勘并初步制定对该段初期支护进行加强的施工方案，以 ZK21+085 为起始桩号，紧贴原已施做的钢架往前施做纵向间距为 1m 的 I20b 工字钢架临时加强支护，并在临时支护的保护下，在原施做好的初期支护 2 榀钢架间凿槽，施做 I20b 工字钢架初期支护加强。截止到 8 月 18 日，已完成 ZK21+085 ZK21+093 段临时加强支护。8
4、 月 18 日凌晨 3 点多，随着右洞掌子面的开挖爆破后，ZK21+095ZK21+110 段拱部格栅钢架下弯过程中，出现一股手掌宽的涌水，拱部初期支护混凝土逐渐开裂、剥落，进而发生坍塌，短时间内约有 500m3 的地下水涌出，致使ZK21+095ZK21+110 段拱部位置初期支护完全破坏，形成一直径约15m，高约 7.6m 的坍穴，总坍方量约为 340 m3，并造成ZK21+093ZK21+095 段初期支护背后出现大范围空洞。 2、坍方处理的过程 8 月 20 日，施工单位在围岩基本稳定，基本排掉地面上地下涌水后，开始采取处理措施，先在 ZK21+093ZK21+095 架立 3 榀 I
5、20b 工字钢架临时加强支护，并喷射 C25 混凝土与未坍塌段的初期支护粘接牢固，接着在 ZK21+091ZK21+093 段架立 2 榀 I20b 工字钢架临时加强支护，并进行初支补喷加强，保证该段的稳定安全。8 月 21 日，在清除一部分坍方体，满足台车足够工作面后，架立 5 榀 I20b 工字钢架（为了避免拱部侵入二衬，钢架适当往上提高 2030cm） ，纵向间距 0.5m，焊接上纵向22 纵向钢筋（环向间距 0.5m） ，拱架上焊接上钢筋网，在拱腰、拱脚两侧各打设 4 根 28 砂浆锁脚锚杆。接着顺着岩面以一定的坡度往前喷射砼填塞 ZK21+093ZK21+095 段上的空洞，并往前将
6、 5 榀钢架表面封闭密实，同时预埋管道。 8 月 21 日，在前面已施做的 5 榀钢架保护下，清除坍方体，腾出台车工作面后，接着架立 5 榀 I20b 工字钢架为了避免拱部侵入二衬，钢架适当往上提高 2030cm） ，纵向间距 0.5m，焊接上纵向 22 纵向钢筋（环向间距 0.5m） ，拱架上焊接上钢筋网，并根据实际情况在拱部位置焊接上竖向的 42 钢管（与纵向连接筋焊接） ，支撑到坍腔面上，在拱腰、拱脚两侧各打设 4 根 28 砂浆锁脚锚杆。在钢架上铺设竹片，作为模板，喷射砼封闭。 8 月 22 日，23 日，24 日，参照 8 月 21 日的工序，5 榀钢架为一循环施做。 8 月 24
7、日上午 9 点 30 分左右检查时，立好的钢架离前方未塌方段，还有大约 3m 的距离。 8 月 25 日，最后一个循环，5 榀钢架，基本与前面未坍方段接壤，未坍方段还需一两榀钢架加强。 3、坍方的原因分析 3.1 地质原因 地勘资料显示，坍塌处于中风化砂质泥岩段，为泥质结构，薄-中厚层状构造，裂隙发育，岩质较软。而现场观察为弱风化泥质粉砂岩与粉砂质泥岩互层，坍腔上部有一明显青灰色砂岩渗水结构层，隧道处于不透水的泥岩中，隧道开挖后，泥岩层被多次松动后，砂层中的地下水经过渗透作用，水头直接作用在初期支护上，超过初期支护的承载能力，造成拱部失稳。ZK21+100 附近有一地质钻孔，可能把不透水的泥岩
8、层打通，与储水的砂岩层连通，形成水的通道。 3.2 施工原因 （1）锚杆施做不规范，未发挥有效作用； （2）左、右洞开挖断面距离较近，右洞上断面恰处于此处坍塌相对应的位置，施工过程中的放炮开挖（包括右洞上断面的开挖爆破） ，均会引起该处围岩的松动，产生裂隙，造成地下水的重分布，形成过水通道，以致地下水的大量积聚。 （3）坍塌部位未发现施做的超前支护痕迹。 （4）左洞掌子面为 ZK21+133，坍方段，刚好处于 2 倍洞径的范围，开挖引起的松弛，对此地层有一定的影响。 （5）现场发现情况后未及时上报，应急措施（方案、材料、设备）不足，导致处理不及时。 （6）超前预报没有利用好，此处超前预报说该范
9、围附近有丰富的地下水，但开挖过程中掌子面干燥，所以未引起施工单位的重视。 4、经验总结及应注意、改善的地方 据施工单位介绍，发现初期支护异常的时间比较早，但是没有及时上报，以及采取相应的应急措施，导致情况的进一步恶化，未能及时阻止坍方的发生。对于地下工程，事态的发生都是具有紧迫性的，施工单位的应急与处理问题的能力尤其关键，处理不了也应该及时上报，集众之所长，以避免事态往不利的方向发展。 坍方段附近有一地质钻孔，据分析，虽然不是地下水大量存储的直接原因，但是在地质勘察结束后，并没有封闭上，可以说，该钻孔打穿了不透水的泥岩层，也增加了围岩的裂隙，连通了储水的砂岩层，间接导致了水路的连通，是地下水积
10、聚的一个诱因。所以隧道附近的地质钻孔，在钻探工作完成后，应及时封闭，避免成为岩层的水路，对隧道施工造成不必要的麻烦。 系统锚杆的作用：组合拱悬吊 ，对加强围岩的自稳能力，起到一定的作用，但是现场的锚杆没有施做规范。系统锚杆是结构性的，并不是临时工程，施工单位应对此有一个正确的认识。 坍方时，右洞掌子面里程为 K21+074，与左洞的垂直距离约 40m,两洞之间的距离为 42m 左右，该段隧道为小净距隧道，左右洞的掌子面距离应适当拉开，至少保证 2 倍洞径，两个掌子面太近了，会互有影响，特别是开挖爆破，对施工过程造成影响，容易引起落石、围岩裂隙产生。两洞错开的情况，后行洞会对先行洞后方产生影响，
11、主要体现在对围岩的振动，这是不可避免的，但是总的来说，两洞掌子面的错开，是利大于弊的。 坍塌部位未发现施做的超前支护痕迹，超前支护作为一种预加固措施，不仅可以提高围岩围岩的物理力学性能，减少塑性区半径，减小洞周位移，在注浆效果较好的情况下可以形成“曲粱”效应，在软弱地质带，此方法应作为首选和主要的施工措施。超前导管的梁作用也可以给隧道围岩施加一个径向约束力。 超前地质预报资料存在一定的偏差，也没引起足够的重视。超前地质预报显示，该地段存在裂隙，地下水丰富，但是开挖的过程中，未见有水，实际情况是水在拱顶上的围岩中。以此为鉴，应吸取经验教训，地质超前预报作为一个超前性质的资料，虽然不是绝对的准确、
12、严谨，但是有一定的依据，有很好的参考价值，应引起施工方的足够重视。 从此次的坍方看来，施工方的应急能力与应急措施，存在不足。主要体现在应急的方案、材料、设备上，而且向上反映不及时，延误了处理的时机。在处理坍方的过程中，过多的把时间花在了不必要的地方，处理坍方一定要及时，一定要快，时间很关键，处理不好容易引起二次坍方，造成更大的危害，这些都是需要引起重视的。 5、结束语 隧道坍方往往会给施工带来很大的困难和经济损失，施工过程中一定要把坍方防治作为一项重要工作来抓，在坍方的处理中，要认真分析坍方的原因，制定科学可行、便于施工的处理方案，及早处理，不留后患。 参考文献： 1JTG D70-2004 公路隧道设计规范S.北京:人民交通出版社，2004. 2公路隧道施工技术规范.JTG F60-2009. 3关宝树.隧道施工工程要点集.人民交通出版社,2003. 4冯卫星,况 勇,陈建军.隧道坍方案例分析,西南交通大学出版社,2002.
