论文部分内容阅读
一、工程概况
茶桐岭隧道全长2449米，为分离式长隧道，隧道位于直线段和大半径的曲线上，纵坡设计为-1.65%的单向坡。该区构造：剥蚀低山地貌，地形起伏较大，山体较陡，自然坡度18～52°，山脊（顶）较陡。进出口地面高程342～400m，隧道轴线最大海拔标高585m，植被较发育，多为松树林。根据地质测绘、物探及钻探结果，该隧道洞身围岩为花岗岩，属较硬岩-坚硬岩，除进洞口段岩石风化较强烈，岩体较破碎外，围岩级别较低外，总体隧道围岩岩体较完整。但隧道洞身次级挤压破碎带及软弱结构面较发育，对围岩的稳定不利。
2010年7月13日19时左右，A12合同段茶桐岭隧道出口右线掘进至掌子面YK171+088时，发现YK171+148～+137段左侧拱腰至右侧拱脚出现大面积掉块现象,项目部高度重视，立即进行施工人员疏散和停止洞内一切作业，随后坍塌土体数量逐渐增多，当天隧道拱顶因塌方形成空洞高约7～8m 。得知情况后，我司立即通知建阳代表处召集参建四方现场组织应急抢险，并随后派员赶往现场进行调查，调查过程中，该段隧道拱顶尚出现塌方，至7月19日方基本稳定。
2010年7月19日上午，经公司组织建阳代表处、中咨公司及S3设代组、J4总监办及A12驻地办、A12合同段项目部等单位有关人员参加塌方应急处理。
二、施工及塌方情况、应急处理措施落实情况
1、塌方情况
2010年7月13日晚19时许，该隧道出口右线掘进至掌子面YK171+088处，YK171+148～+137段左侧拱腰至右侧拱脚出现大面积掉块现象,并伴有少量渗水,随后坍塌土体数量逐渐增多，隧道拱顶形成高约7～8m的塌方空洞。随后，该段隧道拱顶尚发生掉块和塌方，至7月19日方基本稳定。
根据四方现场应急抢险会议布置，对隧道内塌方体采用喷射C20砼进行封闭，喷射时先从两侧开始，逐步向中间喷射闭合。7月15日晚，塌方区再次出现坍塌，塌方体基本涌满断面，塌方长度及高度由于安全原因无法调查，但从间断坍塌的声音，初步推断塌方区域有向掌子面扩延趋势。经现场勘查，坍塌体为碎块状镶嵌结构，围岩风化强烈、岩质较软，遇水易软化，从塌方体可看到夹杂的泥灰质胶结物。此处围岩裂隙水发育呈淋雨状，塌方体底部有少量水流出。
7月15日再度塌方后，塌方区围岩暂时稳定, 但仍有小石 块不断掉落，至7月19日塌方区基本稳定，此时，塌方体端头基本涌满断面，可见YK171+148～+137段空洞高约12～14m，塌方体端头左侧有一条约2m宽的破碎带，裂隙水呈淋雨状渗出，该破碎带走向基本平行于隧道走向。
2、塌方应急处理措施落实情况
险情发生后，2010年7月14日代表处就立即成立应急抢险现场指挥小组，并向公司有关领导汇报了情况，召开紧急会议，安排和布置了抢险应急处理措施，目前施工单位已按会议精神实施了相关应急处理措施。
3、塌方前施工情况
该段隧道右洞原设计YK171+140～+060段围岩主要为徽风化花岗岩，Rc≥60Mpa，属较硬岩，裂隙不发育，岩体完整—较完整，呈大块状结构，侧壁较稳定，长时间无支护时，拱部可能会产生吊块或小坍塌。围岩类别为Ⅱ级。
施工过程中，该段围岩变化较大，其中YK171+140～+130段施工时曾发生拱顶掉块，施工单位自行进行了围岩加固处理，我司在工地检查时发现其后围岩均较设计差，并于2010年6月20日掘进至YK171+116时，对该段围岩类别及支护进行了变更，该段围岩地质情况为：YK171+116上导坑掌子面围岩以弱风化岩为主，但石质较软，下导坑围岩呈大块状镶嵌结构，整体性较好 ，其余部分岩体局部破碎，特别是拱顶岩体节理发育且较破碎，呈小块状镶嵌结构，稳定性差，多处遇水围岩用手可折断拱顶有小股水流出，整个掌子面地下水呈淋雨状渗出。YK171+130～+116段围岩与掌子面情况类似，围岩类别综合判定为Ⅳ级，支护形式相应变更为Z4-1（仰拱待定），对该段已开挖段围岩要求按Z4-1支护形式及时进行初支加强。
三、塌方原因
1、不良地质是隧道拱顶塌方的潜在内因
通过塌方塌腔外露围岩发现，塌方是沿左右两侧的结构面发生的，塌腔呈上大下小的倒楔形状，右侧大块状整体花岗岩面直立，岩面光滑完整，且往上向隧道内侧倾斜。左侧围岩向隧道外侧倾斜，不规则，前后方塌腔面左侧岩面较破碎、应为一挤压破碎带（2010年6月20日现场未曾发现）。以上不良地质是造成隧道拱顶主的潜在内因。
2、地下水流出是隧道拱顶塌方的直接原因
隧道开挖后在地下裂隙水流出的作用下，泥灰质胶结物遇水软化流失，围岩自稳能力降低，在围岩自重作用下围岩解理和裂隙受力张开变形，随着岩体荷载增大，围岩“自承拱”破坏，最终导致隧道拱顶坍塌。
3、隧道爆破是隧道拱顶塌方的诱因
隧道施工爆破的震动加剧了围岩解理、裂隙的张开和变形，加剧了围岩“自承拱”的破坏。
4、2010年6月20日要求YK171+130～+116已开挖段围岩要求按Z4-1支护形式及时进行初支加强,该初支施做时间和是否到位对隧道围岩“自承拱”起着非常重要的作用，故该点也是值得怀疑的地方，后续塌方处理施工过程中，应对其进行核实。
5、据了解，目前的掌子面YK171+088为全断面开挖，与2010年6月20日公司要求（上下台阶法开挖）不符，存在施工冒进，且必然增加爆破炸药用量。这点也是原因之一。
6、隧道洞内监控量测不够及时和到位，导致无法事先提前发现转岩失稳迹象和提前对围岩加强支护处理。同时，隧道地质超前预报对隧道围岩变更基本无参考价值。
四、塌方处理方案
在设计和施工单位提出方案的基础上，结合与会各方意见，综合确定技术处理方案如下：
1、塌方区前（后）方处理范围
塌方区前方（大桩号方向）5m范围内围岩整体性较好，现在未产生变形，为了确保塌方段两端不再继续产生塌方，对该段既有施工支护进行加强。塌方区后方5～8m范围参照执行，具体可根据现场实际情况确定。
（1）对围岩采用Φ50小导管环形径向注浆加强支护，特别是挤压破碎带对应延长处；
（2）采用工20b钢拱架加强支护，纵向间距50cm，考虑隧道裸断面尺寸不宜再次扩大，必要时钢支撑右适当占用二衬砼空间，但原则不可占用加强钢筋网位置。
（3）塌方区前方5m范围二衬加强：二衬强度由C25调整为C30，同时内设钢筋网加强。
（4）塌方区前方斜向空洞方向环向加打中管棚，以利注浆加固空腔及加固区砼与原围岩紧密结合。
2、塌方区
根据现场坍塌面稳定性情况，在确保施工安全的前提下进行施工。
（1）首先将塌方松散体采用喷射C20混凝土封闭，然后采用Φ50小导管注浆固结，间距1.0m×1.0m，梅花型布置。
（2）洞顶坍塌面封闭，先对隧道坍塌面喷C20混凝土加固，施工可采用喷浆头固定挖机斗上进行喷射作业，避免人工接近塌方下方，确保人身安全。
（3）采用挖掘机回填坍塌区域（当该方法不安全时，可直接封堵端头处空洞，亦可立架支撑施工），同时斜向预留各种施工管道，包括吹砂管、排气管及观测管。其后，对塌方空洞内进行吹砂处理，通过观测管观测，确保砂体顶面高于拱顶3m以上，采用Φ50小导管注水泥浆固结砂体。为确保加固体密实，注浆必须随着隧道開挖循环加固。
（4）待加固体有一定强度后，施作F2-2双排小导管注浆超前支护，在双排小导管超前支护的保护下，钢拱架逐榀推进循环施工。注浆小导管长5m。外插角：10°、40°交错布置。
（5）掘进采用（多）台阶环形留核心土法开挖，辅助措施采用F2-2双排小导管注浆超前支护，初支采用工20b钢拱架加强支护，纵向间距50cm，一榀一循环。施工时应注意钢拱架落脚处不得悬空，必要时采用加垫槽钢、枕木等措施，锁脚锚杆采用4根Φ50小导管注浆加强。在施工过程中及时施做Φ25径向注浆小导管，小导管间距及长度由设计单位确定。
（6）在往前加固过程中，应竖向预留各种施工管道，包括泵送混凝土管、吹沙管、排气管。长度、数目、管径根据施工需要确定。
（7）待初支完成后通过预留泵送砼管向上泵送3m厚泵送C25混凝土，预埋泵送混凝土管建议分出层次，泵送混凝土必须多次分层泵送，防止一次混凝土浇筑过厚，钢拱架两侧侧压力过大，造成两侧初支钢拱架向中间挤压、推移，给施工带来安全隐患。
（8）为缓冲该塌方区后期可能的继续掉块或塌方的冲击，并确保隧道支护安全，要求二次吹砂，尽量填充剩余塌方空间。
（9）二衬按ZO型明洞衬砌，强度由C25调整为C30，是否设仰拱具体根据现场地质情况确定。
3、要求
1、设计单位应根据以上意见，尽快优化完善技术处理方案，要求2日内提交下发。
2、施工单位和监理单位应根据技术处理方案，研究和深化施工组织，确保安全第一，科学施工。
3、由于塌方区后缘位置不太明确，参建四方每10m应对现场进行勘察和确认，做好该段围岩原支护的现场调查和塌方区加固处理施工记录，同时做好影像资料。塌方段处理施工期间，如有异常和方案变化，应及时通知参建四方会议研究、处理。
4、要求成立参建四方特别领导小组，A12合同段项目经理和总工对工地直接负责，驻地监理每天应现场检查，J4总监也应定期现场检查，代表处技术技术副主任直接督查管理。
5、施工单位应加强现场安全巡查，要求设置专职安全员，全天候值班，一有异常，应及时通知施工人员撤离。
6、加强加密洞内监控量测，及时将数据整理反馈，如发现异常，应立即向监理和代表处报告。
7、洞内必须设置逃生管，做好安全防范工作。
8、对隧道施工，各参建单位应以此为鉴，警钟长鸣。要求重视和加强隧道围岩变更管理，及时变更，及时支护，稳扎稳打，严禁冒进施工，严格按照隧道施工相关规范及《福建省高速公路隧道施工标准化指南》的规定和要求进行施工，确保施工安全和质量，避免类似事件再次发生。
茶桐岭隧道全长2449米，为分离式长隧道，隧道位于直线段和大半径的曲线上，纵坡设计为-1.65%的单向坡。该区构造：剥蚀低山地貌，地形起伏较大，山体较陡，自然坡度18～52°，山脊（顶）较陡。进出口地面高程342～400m，隧道轴线最大海拔标高585m，植被较发育，多为松树林。根据地质测绘、物探及钻探结果，该隧道洞身围岩为花岗岩，属较硬岩-坚硬岩，除进洞口段岩石风化较强烈，岩体较破碎外，围岩级别较低外，总体隧道围岩岩体较完整。但隧道洞身次级挤压破碎带及软弱结构面较发育，对围岩的稳定不利。
2010年7月13日19时左右，A12合同段茶桐岭隧道出口右线掘进至掌子面YK171+088时，发现YK171+148～+137段左侧拱腰至右侧拱脚出现大面积掉块现象,项目部高度重视，立即进行施工人员疏散和停止洞内一切作业，随后坍塌土体数量逐渐增多，当天隧道拱顶因塌方形成空洞高约7～8m 。得知情况后，我司立即通知建阳代表处召集参建四方现场组织应急抢险，并随后派员赶往现场进行调查，调查过程中，该段隧道拱顶尚出现塌方，至7月19日方基本稳定。
2010年7月19日上午，经公司组织建阳代表处、中咨公司及S3设代组、J4总监办及A12驻地办、A12合同段项目部等单位有关人员参加塌方应急处理。
二、施工及塌方情况、应急处理措施落实情况
1、塌方情况
2010年7月13日晚19时许，该隧道出口右线掘进至掌子面YK171+088处，YK171+148～+137段左侧拱腰至右侧拱脚出现大面积掉块现象,并伴有少量渗水,随后坍塌土体数量逐渐增多，隧道拱顶形成高约7～8m的塌方空洞。随后，该段隧道拱顶尚发生掉块和塌方，至7月19日方基本稳定。
根据四方现场应急抢险会议布置，对隧道内塌方体采用喷射C20砼进行封闭，喷射时先从两侧开始，逐步向中间喷射闭合。7月15日晚，塌方区再次出现坍塌，塌方体基本涌满断面，塌方长度及高度由于安全原因无法调查，但从间断坍塌的声音，初步推断塌方区域有向掌子面扩延趋势。经现场勘查，坍塌体为碎块状镶嵌结构，围岩风化强烈、岩质较软，遇水易软化，从塌方体可看到夹杂的泥灰质胶结物。此处围岩裂隙水发育呈淋雨状，塌方体底部有少量水流出。
7月15日再度塌方后，塌方区围岩暂时稳定, 但仍有小石 块不断掉落，至7月19日塌方区基本稳定，此时，塌方体端头基本涌满断面，可见YK171+148～+137段空洞高约12～14m，塌方体端头左侧有一条约2m宽的破碎带，裂隙水呈淋雨状渗出，该破碎带走向基本平行于隧道走向。
2、塌方应急处理措施落实情况
险情发生后，2010年7月14日代表处就立即成立应急抢险现场指挥小组，并向公司有关领导汇报了情况，召开紧急会议，安排和布置了抢险应急处理措施，目前施工单位已按会议精神实施了相关应急处理措施。
3、塌方前施工情况
该段隧道右洞原设计YK171+140～+060段围岩主要为徽风化花岗岩，Rc≥60Mpa，属较硬岩，裂隙不发育，岩体完整—较完整，呈大块状结构，侧壁较稳定，长时间无支护时，拱部可能会产生吊块或小坍塌。围岩类别为Ⅱ级。
施工过程中，该段围岩变化较大，其中YK171+140～+130段施工时曾发生拱顶掉块，施工单位自行进行了围岩加固处理，我司在工地检查时发现其后围岩均较设计差，并于2010年6月20日掘进至YK171+116时，对该段围岩类别及支护进行了变更，该段围岩地质情况为：YK171+116上导坑掌子面围岩以弱风化岩为主，但石质较软，下导坑围岩呈大块状镶嵌结构，整体性较好 ，其余部分岩体局部破碎，特别是拱顶岩体节理发育且较破碎，呈小块状镶嵌结构，稳定性差，多处遇水围岩用手可折断拱顶有小股水流出，整个掌子面地下水呈淋雨状渗出。YK171+130～+116段围岩与掌子面情况类似，围岩类别综合判定为Ⅳ级，支护形式相应变更为Z4-1（仰拱待定），对该段已开挖段围岩要求按Z4-1支护形式及时进行初支加强。
三、塌方原因
1、不良地质是隧道拱顶塌方的潜在内因
通过塌方塌腔外露围岩发现，塌方是沿左右两侧的结构面发生的，塌腔呈上大下小的倒楔形状，右侧大块状整体花岗岩面直立，岩面光滑完整，且往上向隧道内侧倾斜。左侧围岩向隧道外侧倾斜，不规则，前后方塌腔面左侧岩面较破碎、应为一挤压破碎带（2010年6月20日现场未曾发现）。以上不良地质是造成隧道拱顶主的潜在内因。
2、地下水流出是隧道拱顶塌方的直接原因
隧道开挖后在地下裂隙水流出的作用下，泥灰质胶结物遇水软化流失，围岩自稳能力降低，在围岩自重作用下围岩解理和裂隙受力张开变形，随着岩体荷载增大，围岩“自承拱”破坏，最终导致隧道拱顶坍塌。
3、隧道爆破是隧道拱顶塌方的诱因
隧道施工爆破的震动加剧了围岩解理、裂隙的张开和变形，加剧了围岩“自承拱”的破坏。
4、2010年6月20日要求YK171+130～+116已开挖段围岩要求按Z4-1支护形式及时进行初支加强,该初支施做时间和是否到位对隧道围岩“自承拱”起着非常重要的作用，故该点也是值得怀疑的地方，后续塌方处理施工过程中，应对其进行核实。
5、据了解，目前的掌子面YK171+088为全断面开挖，与2010年6月20日公司要求（上下台阶法开挖）不符，存在施工冒进，且必然增加爆破炸药用量。这点也是原因之一。
6、隧道洞内监控量测不够及时和到位，导致无法事先提前发现转岩失稳迹象和提前对围岩加强支护处理。同时，隧道地质超前预报对隧道围岩变更基本无参考价值。
四、塌方处理方案
在设计和施工单位提出方案的基础上，结合与会各方意见，综合确定技术处理方案如下：
1、塌方区前（后）方处理范围
塌方区前方（大桩号方向）5m范围内围岩整体性较好，现在未产生变形，为了确保塌方段两端不再继续产生塌方，对该段既有施工支护进行加强。塌方区后方5～8m范围参照执行，具体可根据现场实际情况确定。
（1）对围岩采用Φ50小导管环形径向注浆加强支护，特别是挤压破碎带对应延长处；
（2）采用工20b钢拱架加强支护，纵向间距50cm，考虑隧道裸断面尺寸不宜再次扩大，必要时钢支撑右适当占用二衬砼空间，但原则不可占用加强钢筋网位置。
（3）塌方区前方5m范围二衬加强：二衬强度由C25调整为C30，同时内设钢筋网加强。
（4）塌方区前方斜向空洞方向环向加打中管棚，以利注浆加固空腔及加固区砼与原围岩紧密结合。
2、塌方区
根据现场坍塌面稳定性情况，在确保施工安全的前提下进行施工。
（1）首先将塌方松散体采用喷射C20混凝土封闭，然后采用Φ50小导管注浆固结，间距1.0m×1.0m，梅花型布置。
（2）洞顶坍塌面封闭，先对隧道坍塌面喷C20混凝土加固，施工可采用喷浆头固定挖机斗上进行喷射作业，避免人工接近塌方下方，确保人身安全。
（3）采用挖掘机回填坍塌区域（当该方法不安全时，可直接封堵端头处空洞，亦可立架支撑施工），同时斜向预留各种施工管道，包括吹砂管、排气管及观测管。其后，对塌方空洞内进行吹砂处理，通过观测管观测，确保砂体顶面高于拱顶3m以上，采用Φ50小导管注水泥浆固结砂体。为确保加固体密实，注浆必须随着隧道開挖循环加固。
（4）待加固体有一定强度后，施作F2-2双排小导管注浆超前支护，在双排小导管超前支护的保护下，钢拱架逐榀推进循环施工。注浆小导管长5m。外插角：10°、40°交错布置。
（5）掘进采用（多）台阶环形留核心土法开挖，辅助措施采用F2-2双排小导管注浆超前支护，初支采用工20b钢拱架加强支护，纵向间距50cm，一榀一循环。施工时应注意钢拱架落脚处不得悬空，必要时采用加垫槽钢、枕木等措施，锁脚锚杆采用4根Φ50小导管注浆加强。在施工过程中及时施做Φ25径向注浆小导管，小导管间距及长度由设计单位确定。
（6）在往前加固过程中，应竖向预留各种施工管道，包括泵送混凝土管、吹沙管、排气管。长度、数目、管径根据施工需要确定。
（7）待初支完成后通过预留泵送砼管向上泵送3m厚泵送C25混凝土，预埋泵送混凝土管建议分出层次，泵送混凝土必须多次分层泵送，防止一次混凝土浇筑过厚，钢拱架两侧侧压力过大，造成两侧初支钢拱架向中间挤压、推移，给施工带来安全隐患。
（8）为缓冲该塌方区后期可能的继续掉块或塌方的冲击，并确保隧道支护安全，要求二次吹砂，尽量填充剩余塌方空间。
（9）二衬按ZO型明洞衬砌，强度由C25调整为C30，是否设仰拱具体根据现场地质情况确定。
3、要求
1、设计单位应根据以上意见，尽快优化完善技术处理方案，要求2日内提交下发。
2、施工单位和监理单位应根据技术处理方案，研究和深化施工组织，确保安全第一，科学施工。
3、由于塌方区后缘位置不太明确，参建四方每10m应对现场进行勘察和确认，做好该段围岩原支护的现场调查和塌方区加固处理施工记录，同时做好影像资料。塌方段处理施工期间，如有异常和方案变化，应及时通知参建四方会议研究、处理。
4、要求成立参建四方特别领导小组，A12合同段项目经理和总工对工地直接负责，驻地监理每天应现场检查，J4总监也应定期现场检查，代表处技术技术副主任直接督查管理。
5、施工单位应加强现场安全巡查，要求设置专职安全员，全天候值班，一有异常，应及时通知施工人员撤离。
6、加强加密洞内监控量测，及时将数据整理反馈，如发现异常，应立即向监理和代表处报告。
7、洞内必须设置逃生管，做好安全防范工作。
8、对隧道施工，各参建单位应以此为鉴，警钟长鸣。要求重视和加强隧道围岩变更管理，及时变更，及时支护，稳扎稳打，严禁冒进施工，严格按照隧道施工相关规范及《福建省高速公路隧道施工标准化指南》的规定和要求进行施工，确保施工安全和质量，避免类似事件再次发生。