浅埋隧道塌方地质灾害成因及风险控制

王昌念

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都 610000）

0 引言

隧道建设的规模随着我国交通建设事业的快速发展变的越来越大，导致隧道在施工的时候围岩的稳定性问题更加凸显，隧道施工的时塌方事故经常发生，已经变成隧道施工中的一个十分关键的安全问题。

最近几年以来，无论是工程界还是学术界都十分重视工程领域的风险管理，隧道和地下工程领域风险管理理论分析和应用发展的十分迅猛。即便很多学者都研究了塌方的风险，但是其中的主要研究内容是针对隧道某一段或者洞口段的静态风险评估，然而很少研究评估浅埋隧道的塌方风险与评估隧道塌方的动态风险。这篇文章运用模糊综合评价法对浅埋隧道塌方地质灾害风险的实时监控问题进行分析，以过去已经研究出的成果为基础，构建塌方风险模糊层次评估模型，且进行以孕险环境为基础的静态评估及以致险因子为基础的动态评估时利用所构建的评估模型，制定出以动态评估结果为基础的风险防治方法。这个方法被宜昌—巴东高速公路段家屋隧道施工过程中成功运用，使隧道塌方灾害的发生概率大大降低，希望这个方法在日后可以为同种工程提供有价值的参考，同样也具有科学意义以及工程实用的价值。

1 工程概况

湖北省宜昌--巴东（鄂渝界）高速公路为长江三峡库区北岸唯一一条陆地上的快速通道。建设这条公路的意义在于能够进一步健全国家高速公路网、推动三峡库区乃至西部资源开发、推动鄂西生态文化旅游圈的建立以及对国家西部战略的实施给予支持等等。

段家屋场隧道利用的方式是分幅式，左幅隧道长约3514米，其起止里程桩号为 ZK168+165～ZK171+480；右幅隧道长约 4120米，其起止里程桩号为YK168+180～YK171+440。隧道埋深约210米，最小埋深约10米。

2 导致风险的原因

2.1 自然气候条件

隧址区属于亚热带季风气候，年平均降水量约2300mm，多集中在6-10月份，且多数为暴雨，雨势十分凶猛，强度极大。拟建隧道多次跨越冲沟，溪沟内发育季界性水流，地表水沿着节理裂隙渗透补给地下水，导致岩体的凝聚力以及力学强度下降，上述情况是诱发隧道塌方地质灾害的原因之一。

2.2 隧道浅埋

隧道埋深浅，洞顶的覆盖层较薄，在隧道进、出口约 210米的范围内深埋不到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米的区域长度约占据整体隧道的三分之一，且地表局部覆盖层多为崩坡积碎石土，其厚度达20～30米。除此之外，浅埋段围岩等级低，Ⅴ级围岩占据的比例约在69.36%～78.3%。

因为埋深很浅，隧道开挖后拱顶自稳能力很差，拱部无支护的时易发生大面积坍塌，严重的甚至冒顶，侧墙的稳定性十分差，易坍塌掉块。

2.3 地表水库

段家屋隧道进口 YK168+750～YK168+900段洞顶上方的发育一个小型的水库，水库沿着隧道的轴线走向呈狭长状。该水库位于一山谷冲沟中，降雨地表汇水是主要的水源补给资源，水库全长约180米，均宽约56米，最大的水深约为9米，水库能够储存约 5×104立方米的水。受到降雨的影响，水库的存水量也会随之变化。

隧道和水库的位置关系图如下图1所示。该段隧道埋深最浅处约为29米，且地下水和水库地表水有着紧密的联系，容易引发塌方地质灾害。

3 隧道塌方地质灾害的处理方法

“先加固、防扩展、后处理”是通常处理塌方的原则，处理塌方事故的时候要及时，并且还要加强处理。浅埋隧道通常塌方冒顶以后基本可以达到稳定，针对规模较小的塌方可以直接实施塌体处理，然而针对埋深较深、塌体破碎、影响范畴较小的塌方可以分为两部分：初期处理、塌体处理。

图1、段家屋隧道和地表水库的关系图（单位：米）

3.1 初期处理

进行初期处理的目的在于避免塌体的扩大，通常采用以下几个措施：

（1）将塌体进行封闭处理，对塌体的后方进行加固。利用喷混凝土封闭塌腔，它的作用表现在防止小石块松动而掉落，从而造成更大规模的塌方，然而围岩变形也将及时反映于喷混凝土的表面，为精确判断围岩稳定提供根据。在塌方后的5-10m范围之内利用钢支撑以及小导管注浆，从而对其加固。

（2）塌方冒顶之后，应该及时对塌方漏斗周围地表水进行截排，必要时需搭建避雨帐篷，以避免降雨灌进塌体中。等待洞中处理结束以后，利用土石夯填至相对较高的原地面，等待填土下沉直至稳定，再利用浆砌片石进行铺砌。

（3）在条件允许的情况下，在塌体后方5-10m的范围内进行二次模筑衬砌，比较稳妥的将后方稳固住，且及时进行仰拱工作，让它形成健全的支护机制，进而阻止围岩不断变形和坍塌。

3.2 塌体处理

对塌体进行处理的时候，通常都是在初期处理完毕后以及塌方暂且达到自我稳固的时候进行。对塌体进行处理的方法主要包括：管棚法、超前小导管注浆法、地表注浆法、明挖回填法等等，与此同时要慎重的选择隧道开挖的方法，应该依照自身的实际情况进行选择，多数都选择导洞法以及三台阶法等进行。施工的过程中应该坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则。除此之外，由于塌方段衬砌荷载位于稳固段前，衬砌的架构必须予以强化，可以考虑提升混凝土标号、加密钢筋以及衬砌架构等举措。

（1）管棚法

隧道塌方较为严重或者影响较大的通常采用管棚法，依照塌方面积的大小，可以选择利用直径为90或者124mm的钢管，长度为15-25m，利用在拱顶设置超前管棚，针对塌体以及周围围岩提前进行加固，配合钢拱架、钢筋网等支护形成总体架构，确保穿越塌方体。管棚法施工时管棚长度宜长不宜短，进而对施作时间进行减少，使施工的进度提升。

（2）超前小导管注浆法

塌体面积不大的隧道适合采用超前小导管注浆法，地质条件较松散的塌方，大多数选择直径为42或者50mm的钢管，长度为5-9m，与管棚法相同，需要和钢拱架与喷射混凝土相结合来处理塌方。