管道隧道坍塌原因分析与处理方案

潘月宇 闫庆华 廖绍华 孟凡鹏

(中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257000)

1 工程概况

隧道位于宁海县洞口庙水库西侧，进洞口位于甬台温高速铁路西侧，距省道S214约1.8km。该隧道设计为单坡隧道形式，隧道长度为827.53m，坡度5.0%。根据地形地质条件和管线敷设要求，隧道洞口采用浆砌片石或混凝土墙封堵，上设通风口。洞口之上为坡向19°、坡角约30-40°的由残积层及全风化安山岩组成的斜坡，斜坡上地表主要为竹林，受附近构造的影响，岩石节理、 裂隙较发育， 主节理裂隙为 73°∠62°、155°∠60°、300°∠23°，延伸长度 0.5-1.0m，裂隙面较平直、表面较粗糙，结合稍差，无充填或少量泥质充填，无渗水，可见张开度2-5mm。风化强烈，岩体破碎。

2 塌方基本情况

隧道开挖至K0+087m处时，由于此处位于Ⅵ、Ⅳ级围岩分界点，且存有一条软弱破碎带，加之本处隧道覆盖层只有20m，该段施工期间雨水较多，因此，围岩开挖暴露后，即软化发生掉块。在出碴完成后，施工方及时采用喷砼对围岩面进行封闭，但掉块仍陆续发生，且范围加大，喷砼也发生塌落。施工方紧急采用架设钢管棚架法，但在施工时，由于掌子面出现滑块，顶部持续发生掉块，且伴有大块掉落，不得不停止施工。当晚塌方石碴已填满该处洞身，塌方长度4.1m、高度已达6m左右，塌体完全堵住洞身，该段初期支护全部破坏，把已架好的钢拱架和搭设中的棚架砸塌。

图1 洞口庙隧道塌方处

3 塌方原因分析

3.1 地质构造原因：隧道位于华南褶皱系Ⅰ2构造单元东北部，Ⅱ级构造单元属浙东南褶皱带（Ⅱ3），Ⅲ级构造单元属丽水-宁波隆起（Ⅲ7），Ⅳ级构造单元属新昌-定海断隆（Ⅳ9）。隧址区附近主要分布的断裂为梅林—薛岙断裂带，梅林—薛岙断裂带是温州—镇海—漳州深断裂的组成部分。隧址区距离梅林—薛岙断裂带约5.0km，受其影响较小，地质构造主要受深圳—西店火山喷发亚带火山构造放射状断裂的影响，区内主要构造线的展布方向与二者一致。隧道通过地段次级小断裂稍发育。断裂破碎带F1位于洞口庙隧道ANH055号桩+295m附近。

受附近构造的影响，隧道进洞口段节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎块状镶嵌结构；主节理裂隙为 73°∠62°、155°∠60°、300°∠23°，延伸长度 0.5-1.0m，裂隙面较平直、表面较粗糙，结合稍差-差，无充填或少量泥质充填，无渗水，可见张开度2-5mm。风化强烈，岩体破碎。

3.2 地下（表）水原因：据现场人员调查，施工期连续降雨，地表水丰富，由于围岩结构松散且埋深较浅，导致土层含水量增大，力学性能下降。在地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解下加剧了围岩失稳和塌落，软弱滑动面在地下水的作用下，强度大为降低，因而发生滑塌。水在塌方中起到一个“催化”和“恶化”的作用。

3.3 施工方面原因：施工单位可能对雨季施工没有提前采取措施或没有引起足够重视，同时未及时根据地质条件变化调整施工方案和支护参数，未采取更为有效的超前支护措施，开挖进尺过大，初期支护未及时跟进，从而造成临空面过大也是造成塌方的重要原因。

4 原设计支护方式

4.1 塌方段围岩分类

（1）区段 K0+66.1-K0+87.9：水平长度为 21.8m，隧道进洞口段，埋深浅，围岩为全风化安山岩、粉质黏土混碎石，稳定性极差，围岩级别为Ⅴ级。隧道渗水量大于125L/min.10m，围岩经常渗水，地下水状态为Ⅲ级，不考虑初始应力的影响，修正后的围岩级别为Ⅵ级。

（2）区段 K0+87.9-K0+105.6：水平长度为 17.7m，隧道穿越强风化安山岩、英安岩层，埋深较浅，岩体较破碎，围岩级别为Ⅲ级。隧道渗水量15.9L/min.10m，围岩偶有渗水，地下水状态为Ⅱ级，不考虑初始应力的影响，修正后的围岩级别为Ⅳ级。

4.2 设计参数

设计中采用Ⅵ型支护断面，并延长至K0+092.9处。

Ⅵ型支护断面支护参数为：φ89超前管棚注浆支护，Φ22砂浆锚杆长 2.5m，间距 0.8m，梅花型布置。I12 工字钢架间距 0.8m，φ6钢筋网全断面铺贴，喷C25砼180mm。

二次衬砌为350mm厚C30模筑钢筋混凝土。

设计在图纸中明确要求施工单位在成洞困难地段应加设超前小导管或管棚支护；二次衬砌应在围岩和锚喷支护变形基本稳定后及时进行。

5 塌方处理方案和方法

根据塌方的情况和隧道所通过的层位提出如下处理措施：

5.1 塌方后段的处理。为防止塌方进一步扩大，对成洞段造成影响，故对隧道K0+74.8～K0+084.8段拱部和边墙采用钢筋、喷砼进行加固。钢筋采用Ф25@15×15cm，喷砼采用C25喷砼，厚8cm。

5.2 在塌方段顶部的处理。在地表K0+100附近设置截水沟一条，将雨水引致塌方区域外，长度现场确定，截水沟尺寸及断面形式参照原设计文件排水沟图，底宽改为1000mm。

5.3 塌空区段处理。在塌方处外面架设一榀拱架，再沿拱架拱部钻设长5m管棚，环向间距15cm。管棚采用镐头机顶进。

管棚安装完成后，先对隧道内塌方石碴采用C25喷砼进行封闭，再对管棚进行注浆。注浆完成后，开始逐段清理塌碴，并及时跟进钢拱架、锚喷网支护。拱架采用I12钢拱架，间距30cm。并在拱脚、墙脚部位各设一根Ф22L＝3m水泥砂浆锁脚锚杆。锚喷网支护参数同隧道Ⅵ型断面支护设计参数。

图2 隧道坍塌处理示意图

5.4 塌方过渡段处理。塌方段处理完成后，隧道继续前进施工时，应按Ⅵ型设计断面进行开挖，并加强支护至K0+098：超前支护采用超前小导管支护，初喷C25砼改为5cm厚钢纤维混凝土；拱架支护间距调整为30cm，锚杆支护长度调整为4m，其他同Ⅵ型断面设计图。加强支护地段长度根据实际围岩地质情况确定。塌方段及前后各10m范围内采用超前小导管注浆支护方式加强支护。

5.5 监控测量。认真做好各项施工监测，根据对监测数据的分析和判断，对围岩及支护体系的稳定状态进行判断和预测，及时采取措施来确保围岩和结构的稳定，以确保施工安全。

6 结论

6.1 隧道坍塌是最容易造成施工安全事故的主要原因，特别是对坍塌的处理更是危险作业。因此，只有方案正确、处理及时、方法恰当、组织严密、措施得力，才能使抢险得以顺利完成。

6.2 前方封堵，后方加固，对塌方区形成合围，是防止塌方恶化的有效方法。抢险的战斗从何处打响，关系到抢险工程全局性的问题。根据实际情况，采取前方封堵，即喷射C20混凝土封堵掌子面及塌落面，稳住围岩，防止空顶加大，并对下一步塌体注浆创造条件，保证注浆效果，同时还为下一步施工提供安全保障；后方加固，即对塌穴后方10m处未损坏的初期支护段架设型钢拱架加固初支。这种前方封堵和后方加固处理方法，有效地防止塌方恶化，使塌方处理出现了良好的局面，这是处理隧道塌方的一条重要成功经验。

6.3 塌方的处理必须遵循“短进尺、少扰动、强支护、快封闭、勤量测”的原则。对塌体一般不宜直接进行清理，尽量减少对围岩的扰动，避免塌腔扩大。塌方的处理应一次到位、不留后患，加大超前支护和加强初期支护，必要时对二衬混凝土进行配筋和加厚，隧道轮廓外的塌腔宜尽量回填密实。从监控量测结果来看，本次隧道塌方的处理方案是可靠的。

[1]SY/T6853-2012，油气输送管道隧道设计规范[S].

[2]GB50423-2007,油气输送管道穿越设计规范[S].

[3]JTGD70-2004，公路隧道设计规范[S].