浅谈监控量测在隧道施工过程中事故处理及方案论证发挥的作用

摘要：本文介绍了某隧道右线出口段，在不良地质条件下施工过程中遇连续暴雨，发生地表和洞身34m长初期支护呈整体沉陷。同时介绍了采取的有效应急处理措施，通过监控量测数据分析，为整治方案论证提供了科学的依据，使整治处理方案达到了安全可靠、经济合理。

关健词：隧道 , 监控量测 , 方案论证 安全 经济

浦南高速公路摇前隧道右线出口段位于低缓小山坡上，地形变化不大，地表上部植被茂盛。隧道围岩主要以亚粘土、全风化云母石英片岩为主，围岩类别为V级，稳定性较差，掘进施工时易产生坍塌，地下水为孔隙潜水和基岩裂隙水，易产生滴、渗水。

右线YK148+234～204段支护方式：采用大管棚超前支护， 14#工字钢钢架，间距0.75m, φ22纵向连接钢筋连接。系统锚杆采用φ25中空锚杆，长3.5m，布置间距为0.75×1m，梅花形布置。C20喷射混凝土23cm厚。二次衬砌为拱墙45cm厚C25防水钢筋混凝土、仰拱为40cm厚C25钢筋混凝土，填充层为C15片石混凝土。

一、塌陷的经过：

2006年4月10日下午16时45分，隧道右洞出口上导坑掌子面（YK148+192.75）施工时，在上断面钢拱架安装过程中，发现隧道拱顶右侧出现少许掉渣，约17时安全员听到掌子面上方伴有嗵-嗵的响声，并发现拱顶拱架明显下沉，拱脚明显下陷，即刻立即通知洞内所有人员撤离现场。随后业主组织各方现场管理人员对事况调查，并对隧道洞内外情况进行勘查，发现洞内初期支护喷射砼表面形成多道纵向裂缝，最大裂缝宽度达15cm，（YK148+230～YK148+196段）地表随拱架整体下沉，其中掌子面附近下沉1.02m，洞口下沉0.32m， YK148+196～208处洞顶（最大埋深为9m）上方约有30m2地表出现凹陷，最深约50m，具体详见图1。

二、现场采取的应急处理

该隧道进洞施工正处于雨季,为防止雨水通过裂缝流塌陷体和洞内，险情进一步发展，现场立即采取以下临时措施进行应急处理：

1、在洞口山体上方重新挖一道临时排水沟，用砂浆对沟体进行抹面，用塑料防水布覆盖，防止雨水沿裂缝灌进岩体。对截水沟至洞口段地表采取杂草、覆盖植被进行清除，粘土填塞裂缝，在凹陷处采取粘土回填高出周围地表，并用塑料防水布覆盖，使其能够自然排水。

2、在上导洞内距拱角1.5米处挖浅沟汇集洞内渗流及残留在洞内的积水，集中排放洞外，防止进一步软化拱角及下台阶围岩。

3、对深陷段复喷砼，封闭裂缝，喷射砼封闭掌子面，对洞内沉陷较大地段进行竖向和水平向强支撑,确保洞身拱顶不大幅度变形,拱腰和拱脚不向洞内挤出。

4、在洞内对拱部、拱腰、拱脚部位进行采用间距1米、3.5米长注浆钢花管（Φ42mm，壁厚3.5mm）注浆，加固硬化围岩，注浆压力要求不小于2Mpa，注浆压力稳定后持续时间不小于15min。

5、加强洞内外的地表沉降、拱顶下沉和变形收敛量测工作。

6、对隧道口，洞顶设置安全警戒线，设专人进行安全巡查，以防安全事故的发生。

二、监控量测情况

首先在洞顶增设沿隧道纵向加密观测点，观察地表沉降情况，同时继续加强原设测点的量测监控，从4月10日晚21：10开始布设至4月11日观测数

据来看，沉陷基本趋于临时稳定。根据福建省公路工程试验检测中心站3月20～4月22日检测报告（编号为A2006 Ⅻ-G-003）的数据表明，地表、拱顶和周边收敛变形一直变化不大，这说明沉陷段在经应急防护处理后其变形已经基本得到控制。值得说明的是，5月13日至23日加强注浆初起时，对应段落观测点变形略有增大 (掌子面附近至5月18日拱顶累计变形1.40m,该处较危险,变形最大)，随着浆液固结，各处变形趋于稳定（图2、3、4中未体现其变化）。

1、地表沉降

2、拱顶下沉

3、周边收敛

四、原因分析

通过对初期支护的详细检查，进口段按照设计进行超前大管棚施工支护，钢架采用工14型钢钢架，间距0.75m, φ22纵向连接钢筋连接。系统锚杆采用φ25中空锚杆，长3.5m，布置间距为0.75×1m，梅花形布置。并增设锁脚锚杆4根／榀，锁脚锚杆为φ22螺纹钢,长3.5m。C20喷射混凝土，喷层厚度达到设计23cm。并对喷射混凝土进行切割制作试件，混凝土试件抗压试验表明强度均达到设计要求。通过分析发生塌陷原因有以下几个方面：

1、在施工过程中掌子面一直未出现渗水，2006年3、4月份连续暴雨，特别是4月8日一场暴雨过后，在YK148+219～217段发现已初支完成的喷射混凝土面上有少量渗水，出现险情后发现局部拱脚处有明显沉降和渗水，表明由于连续降雨，地表下土体含水量饱和，其自重增加；

2、由于仰拱未及时跟进施做，隧道洞身受力主要由大管棚注浆加固的围岩拱来承受，初期支护（含钢支撑）因未能封闭成环，初期支护的承载能力有限。

3、雨季山体土体隧道洞口上方有一地质勘探孔未封闭，雨水顺勘探孔流入使隧道口范围内的围岩软化，特别是拱脚位置最低易聚水，对钢支撑不能形成有效支撑力；

4、地质情况：YK148+213～YK148+202主要为褐红色亚粘土，含水量较高，有一定的粘结力，上台阶底部见少量红褐色全风化云母石英片岩。该段围岩整体性差，自稳时间短，易产生坍塌；

综上所述，造成洞口段呈整体下沉是由于该段围岩自稳能力差，加上雨水渗入围岩自重增加，拱脚处承载能力降低所造成。

五、方案论证

根据以上原因分和监控量测数据分析，该隧道洞身围岩原始结构已遭到严重破坏，大管棚注浆作用大部分也已失效，初支(含钢支撑)未封闭成环承载作用有限,隧道正处于一种临时稳定的状态。为安全加固处理好该项隧道深陷段，在初步临时支撑和围岩注浆的基础上，我们拟定了三种施工处理方案，通过分析探讨不断论证，在综合考虑安全、环保、造价和各方案的施工利弊后，确定采用调整路线纵坡结合注浆加固、掏槽换拱方案。方案Ⅰ、大开挖、暗洞明做方案

该方案简单明了，但考虑隧道洞顶覆土厚已9米多，采用明挖方案，存在诸多弊病：①环保破坏严重；②开挖困难，施工安全需高度关注；③将形成侧边坡17米多高、明暗交界仰坡24米多高的临时边坡，临时加固费用大；④该隧道左右洞净距仅20米，右洞的大开挖开会影响左洞，使其产生偏压，可能导致左洞破坏；⑤应急处理的复喷砼及围岩注浆加固将白白损失。故此，该方案被否决。

方案Ⅱ、注浆加固、掏槽换拱方案

该项方案为处理隧道沉陷塌方的常用方案，工艺成熟，讨论作为主要方案倍受关注，但该项方案换拱工作量大，进度慢，造价也不菲，同时考虑第三方案有明显的优势，最终未采用该方案。

方案Ⅲ、调整路线纵坡结合注浆加固、掏槽换拱方案

考虑该隧道另一端进口尚未施工，为尽量利用已有大管棚注浆加固、工字钢支撑和初支喷砼部分发挥作用，减少其开挖破坏，该方案对隧道右线线路进行降坡处理，即将纵断面YK148+100处变坡点移至YK148+050处，再将YK147+630～YK148+050段原设计纵坡由1.1%变为1.0%，YK148+050～YK148+510段纵坡由-1.4902%变为-1.1174%，K148+510的凹形竖曲线半径（1000米）应加大，该竖曲线起点与K148+050凸形竖曲线的终点相接，调整后隧道路面设计标高最大降低约0.95m，已有初支少量处理后就能满足二次衬砌的尺寸要求。

在调坡的基础上，采用方案Ⅱ的措施，对隧道深陷段进行注浆加固和掏槽换拱处理。该方案克服了方案Ⅰ和方案Ⅲ的缺点，解决了方案Ⅱ换拱时间长、造价高的缺点，使施工损失降到最低。

六、方案处理要点

加固处理设计本着“安全、环保、经济”的理念进行，方案要点如下：

1．对隧道右线线路进行降坡处理，尽量利用已有支护，减少对其开挖破坏，已有初支少量处理后就能满足二次衬砌的尺寸要求。

2．二次衬砌结构设计按明洞设计计算，确保结构的安全性。

3．在隧道注浆加固的基础上，首先从YK148+207处开始向YK148+234（洞口方向）27米进行分段跳槽开挖下导坑，使拱脚落底，及时施作仰拱，使初期支护封闭成环，同时调平层（调平层施工滞后仰拱5米），加强拱脚支撑。开挖过程中，根据需要采用强支撑水平顶紧拱脚，防止开挖后拱脚向内收敛变形；

4．接着对因沉陷初期支护侵入二次衬砌范围的地段进行换拱处理，每次1～2榀，掏槽后应及时喷砼封闭，然后再进行换拱处理，初支喷砼总厚度23cm，为保证工程质量和施工安全，采用超前小导管注浆、拱脚采用注浆小导管做锁脚锚杆、钢梁支撑钢架拱脚等辅助措施，新设工字钢改为工18，间距调为0.5m，超前注浆小导管间距在原设计基础上适当加密，注浆压力要求不小于2Mpa，确保安全穿过沉陷段。

5．施工开挖应预留沉降量，预留沉降量不小于10cm，保证初期支护不侵入二次衬砌范围内。

6．加固施工期间洞内必须设置逃生管（Φ600～800mm钢管），以防出现塌方时人员的安全撤离。

7．洞内施工前应做好洞顶截水、排水及拱脚排水的措施工作，继续加强监控量测工作，及时为抢险施工提供数据。

8．洞内处理完后，对洞顶深陷处粘土进行夯填处理，具体用人工或小型机械夯实，并检查地表，封填裂缝，地表用草灌结合植被防护。

七、整治效果及体会

按照以上处理方案和具体要求，施工单位顺利地完成了隧道深陷的整治施工，取得了满意的效果，该整治方案通过路线调坡，减小了洞身初支的二次加固，节约了整治时间，节省了治理费用，监控量测收到了良好的效果，也是成功处理隧道事故的典型案例，通过该工程的加固处理，有以下体会：

1、重视临时应急处理的重要性，及时合理的临时处理，可防止事态进一步扩大，可使工程施工损失最小化，同时能保障工程治理的顺利实施

2、加强监控量测，测定隧道洞身和地面变形，为整治处理方案论证提供凭据。

3、整治处理方案要多方案、多方面的充分论证，应结合具体工程的特点，在考虑安全和可操作的前提下，采取针对性强的治理方案，确保工程整治顺利进行，并合理利用已有施工成果，使整治方案达到安全、经济、环保、节约的目的。

施工应做好的几项工作

①在施工前首先要对隧道上方地质勘探孔进行清查，及时封堵孔洞填补凹坑，对地表水系采用明沟排流。

②雨季施工，应特别强调和保证：初期支护紧跟掌子面，仰拱及填充层及时跟进，使支护结构早闭合；二次衬砌紧跟初期支护，发挥二次衬砌承载能力，增大支护刚度。

③聘请专业队伍，加强监控量测，及时处理分析量测数据，随时掌握围岩及支护的变形情况，及时修正支护参数，并做好较为准确的超前地质预报。

参考资料：

1.公路隧道设计规范(JTG D70-2004) 北京：人民出版社 2004

2.公路隧道施工技术规范(JTJ 042-94) 北京：人民出版社 1995

3.浅埋隧道暗挖法设计施工问题新探 北京：隧道建设，1992.2

4.福建省高速公路隧道施工标准化指南 2004.2

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文