仁竹山隧道塌方成因分析

摘 要：随着国内高速公路建设的快速发展，公路隧道开凿数量日益增多，隧道施工过程中不少安全问题也相伴而生，尤其是隧道塌方问题日趋严重。为了探究仁竹山隧道冲沟浅埋段隧道塌方的形成机理，笔者通过学习国内外对隧道塌方成因的研究，实地察看塌方事故现场，对日前仁竹山隧道浅埋段右洞掌子面塌方事故原因进行了综合分析，认为仁竹山隧道塌方的成因有三：隧道开挖段岩质较差，自稳性差；雨水下渗影响围岩的应力状态；施工过程中，超前支护不足。并就此对以后处理塌方事故提出了几点建议。

关键词：仁竹山隧道；塌方；围岩

引言

近年来，随着人类对高速公路越来越依赖，为了进一步加快建设，福建省交通运输厅在2009年提出建设海峡西岸经济区“三纵八横三环三十三联”高速公路网。仁竹山隧道就是规划建设中的一条区域联络线——漳永高速公路即漳州至永安高速公路中的一个公路隧道。于2013年8月5日18时左右，在仁竹山隧道开挖工程中，浅埋段右洞掌子面发生塌方，导致地表出现面积约25m2，深约3m的椭圆形大坑，直接影响隧道施工进度，同时也给我们提出了对于冲沟段浅埋偏压隧道的优化设计和施工的技术性问题。

文章结合当目前国内外浅埋偏压隧道的研究成果，以仁竹山隧道工程掌子面塌方为依托，分析浅埋偏压隧道塌方的形成机理。分析结果对指导隧道经过冲沟浅埋段的开挖具有较大的参考价值，对于浅埋偏压隧道快速施工以及保证施工安全都具有较大的意义。

1 现今对隧道塌方的研究及其危害

1.1 隧道塌方的机理

塌方过程大致为：隧道开挖→围岩塑性变形→支护过大变形→支护局部破坏→支护与围岩同时破坏失稳→塌方。在当前研究看来隧道塌方的分类方法有很多，但是终究其机理来讲，还是主要分为两大类：一类是围岩变形过大引起的塌方，另一类是围岩不利结构面失稳而引起的塌方。

1.2 隧道塌方的因素

隧道整体结构失稳造成塌方的主要原因包括两个大的方面，一方面是隧道围岩失稳塌方，另一方面是（超前）支护结构失稳塌方。但是，归根结底隧道塌方是由于施工人员对围岩稳定和支护结构作用原理的认识不够造成的。隧道围岩失稳主要是由于围岩发生较大位移，超过了所规定的极限位移量，不能满足隧道结构的正常使用要求或者是对施工安全具有一定的威胁。从隧道围岩和支护结构稳定性来分析认为导致隧道塌方的原因是多方面的，主要有以下几个方面：设计定位不合理、地质条件不良、施工方法不当、地下水等[1]。塌方事故往往不会是由单一原因导致产生的，而是多种因素共同作用的结果[2]。

2 仁竹山隧道

2.1 工程简介

仁竹山隧道又名百丈隧道，位于漳永高速A9标段龙岩市漳平市新桥镇境内大田坑到怡坑段，仁竹山隧道左洞桩号K120+546～ZK121+167，长621m，其中Ⅲ级204m，Ⅳ级206m，Ⅴ级211m，浅埋段为桩号ZK120+717～ZK120+735，长18m，隧道埋深2～4m；右洞桩号YK120+543～YK121+177，长634m，其中Ⅲ级204m，Ⅳ级196m，Ⅴ级234m，浅埋段为桩号YK120+725～YK120+740，长15m，隧道埋深5～7m。左右洞隧道平均长度627.5m，属中隧道。设计采用小净距分离式双洞布置，进口段YK120+543～YK120+611，ZK120+546～ZK120+609为小净距段落，净距为9.8～12.5m，其余部分为正常分离式隧道。

2.2 浅埋段地质概况

2.2.1 地质说明

仁竹山隧道浅埋段为侵蚀剥蚀丘陵地貌。丘陵天然坡地一般为30°～40°左右，植被较发育，地表覆盖2～4m红色残坡积粘性土。浅埋段隧道围岩为坡积粉质粘土、碎块状强分化钙质粉砂岩，岩体破碎沟谷处有地表水汇集，地下水较丰富，且随季节性降水涨幅较大，开挖中地下水多呈淋雨状出水。自稳能力差，易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁长发生小坍塌，应加强支护，建议采用特殊施工工艺。

2.2.2 地质钻孔

设计勘察期间已对隧道明挖段进行钻孔，孔号为SS4（K120+725左12m），钻孔的岩性描述如下：表面为坡积碎石土，中密、湿、褐黄色，主要颗粒成分为泥质粉砂岩，以尖棱为主，一般粒径1～3cm，最大粒径6cm，碎石含量约占70%，充填为粘性土，约占30%。下层为碎块状强风化泥质粉砂岩，黄褐色，粉砂状结构，中薄层状构造，泥质胶结，岩芯较破碎，呈碎块状，锤击易碎，一般块径1～6cm，最大块径10cm，主要矿物成分为石英、长石、粘土矿物。

2.2.3 开挖段情况

隧道明挖段桩号范围内无断裂构造（裂隙带、软弱夹层），无不良地质（滑坡、崩塌）现象，K120+717-K120+740明挖段正常涌水量为91.08m3/d，最大涌水量为142.6m3/d。

3 仁竹山隧道塌方具体原因分析

3.1 塌方原因归纳

综上分析，仁竹山隧道浅埋段右洞掌子面塌方的原因可归纳如下：

（1）仁竹山隧道冲沟浅埋段岩质差，地表为坡积粉质粘土，地表以下为碎块状强风化钙质粉砂岩，围岩强度低、自稳性差，隧道开挖穿过不稳定的软弱地层时，由于围岩强度不够引起坍塌。

（2）隧道开挖恰逢雨季，雨水由岩体破碎沟谷处下渗到开挖地方，冲走掌子面充填物，使得结构面中孔隙水压力的增大，同时也使围岩软化，影响围岩的强度，雨水在一定程度上也使岩体岩结构面的抗剪强度降低。雨水的存在加剧隧道的塌方。

（3）仁竹山隧道开挖经过冲沟浅埋段时，超前支护不足，不能满足围岩压力所需要求，造成塌方事故的发生。

3.2 对以后处理塌方的建议

对于隧道塌方事故，重点是要“防患于未然”，要对隧址地质勘查及其详尽性与准确性引起足够重视。只有做好了地质勘察工作，才能制定出安全合理的施工方案。同时，对于施工过程中出现的各种异常地质现象也应该加以重视，这些往往是塌方发生前的征兆[3]。在施工过程中，超前支护必须要做好，因为保证了施工现场和人员的安全，就是保证了隧道施工的安全和进度。而在处理塌方过程中，也要将地表的治理、洞内处治以及地下水的处治结合起来，要做好充分的准备，有明确的施工工序和方法，并且能在治理实践中及时调整。

4 结束语

文章结合现今国内外对浅埋隧道塌方形成机理、塌方因素的研究和仁竹山隧道地质概况及掌子面塌方的现场，综合分析认为仁竹山隧道掌子面塌方是由于仁竹山隧道开挖段岩质较差，围岩属于强风化岩体，自稳性差，极易引起岩体坍塌，而且，隧道开挖又逢雨季，雨水下渗，使岩体软化，结构面抗剪强度强度降低，加剧了隧道塌方。同时，在施工过程中，超前支护不足，最终导致仁竹山隧道塌方事故发生。

参考文献

[1]雷平，谢琼.公路隧道塌方成因及处理技术[J].科技与企业，2013.

[2]池和朝.试论隧道塌方的处理技术[J].建材与装饰，2014，2.

[3]李志厚.公路隧道特大塌方成因分析及综合处治方法研究[J].工程地质学报，2008，16（6）.

致谢

文章得以顺利完成，特别感谢福州大学本科生科研训练计划项目基金（18088）的资助和轨道与地下工程系黄明老师的悉心指导。

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