高速公路隧道塌方情况及存在问题探讨

程小栓1，郭 斌2

（1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2.广东省南粤交通河惠莞高速公路管理中心，广东 广州 510100）

摘要：以河惠莞高速公路某隧道塌方情况为例，通过对塌方原因进行分析，提出需解决的问题及处理建议。关键词：隧道塌方；地质条件；处理措施

中图分类号：U458.3 文献标识码：A

1 研究现状

随着我国交通建设事业的蓬勃发展，隧道建设规模越来越大，隧道施工过程中围岩稳定性问题更加突出，塌方事故在隧道施工过程中时有发生，已成为隧道施工过程中的一个重要安全隐患。

在隧道塌方机制研究方面，汪波等分析了地质结构对浅埋隧道塌方的影响机制，研究了地下水对隧道跨越断层段围岩稳定性的作用效应，得到围岩自稳能力差及地下水对岩体的软化作用是隧道发生变形破坏的主要诱因［1］等结论。在隧道塌方处治措施研究方面，李生杰等针对高速公路隧道穿越F4断层破碎带发生的塌方事故提出了相应的工程对策［2］，杨金虎等从监控量测的角度提出了隧道穿越断层破碎带的开挖支护技术以及根据板岩的层状特性提出了预防板岩隧道塌方的关键措施［3-4］。

综上所述，国内外关于隧道塌方机制的研究侧重于从力学的角度分析隧道塌方的形成机制，相对地质方面的分析较少；在隧道塌方处治措施方面，大多依赖于施工经验。实际上，从地质的角度来分析隧道塌方的成因机制，再根据施工经验提出相应

Analysis on the collapse situation and

existing problems of a tunnel

in expressway

CHENG Xiao-shuan1,GUO Bin2（1. Research Institute of Highway Ministry of Transport,Beijing 100088 China;2. Guangdong Nanyue Jiaotong River Kaiguan Expressway Management Center，Guangdong Guangzhou 510100 China）

Abstract:Taking the collapse situation of a tunnel in Hehuiguan expressway as an example, through the analysis of the causes of the collapse,the problems to be solved and suggestions for handling are proposed.Key words:tunnel collapse;geological conditions;treatment measures

图1 隧道右线断面

收稿日期：2019—04—15

作者简介：程小栓（1980—），男，安徽安庆人，工程师。

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程小栓，郭 斌：高速公路隧道塌方情况及存在问题探讨

图2 隧道左线断面

的工程对策，会使治理措施更具有针对性和实效性。根据高速公路某隧道塌方情况，先从地质条件状况进行分析，然后根据隧道塌方状况，采取应急处理措施。

曲线类型及半径依次为：R-∞，A-870，R-2 600。隧道采用单向坡，左线纵坡为-0.928％/550；右线纵坡依次为-0.946％/545 m、-1.800%/15。

隧道位于沟谷斜坡-低山地貌区，右侧存在两个鱼塘，区内最高标高在YK100+750里程处，高430.6 m，最低标高在隧道右线出口处，高351.5 m，相对高差79.1 m。隧道进出口端山坡坡度较陡，一般20°～45°，植被发育。2.2 地质特性及围岩等级划分

隧道围岩划分为IV、V两级，隧道围岩分级及分段情况见表1、表2。

2 概况

2.1 工程概况

该隧道设计起讫桩号左线ZK100+555—ZK101+105，全长550 m，右线YK100+555—YK101+115，全长560 m。该隧道为分离式双线隧道，测设线间距为21.8～29.5 m，洞门均为端墙式。隧道左线平曲线类型及半径依次为：R-∞，A-900，R-2 700；右线平

里程

工程地质概述

表1 隧道左线围岩分级

［BQ］

围岩级别

长度

进口段，隧道浅埋，围岩主要为粉质粘土和全、强风化岩，局部中风化土质松散，岩质软裂隙发育岩石风化变质作用强

ZK100+560—ZK100+640遇水易软化，地形坡度和岩面坡度陡，自稳性差。地下水主

要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，水量较小，雨季水量较大，开挖易变形坍塌，有渗漏水现象。围岩主要为中风化石英砂岩，裂隙较发育，局部夹强风化岩岩质稍硬自稳性较好。地下水主要为基岩裂隙水，水量较小，

ZK100+640—ZK100+840

雨季水量稍大，隧道开挖无支护时顶板和侧壁易坍塌，有渗漏水现象。出口段，隧道浅埋，围岩主要为粉质黏土和全、强风化层中，土质较软，岩质软，岩石风化强烈，遇水易软化，自稳性差。

ZK100+840—ZK101+105

地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，雨季水量较大，开挖易变形坍塌，有渗漏水现象。

表2 隧道右线围岩分级

里程

工程地质概述

［BQ］252.5

V80

IV265

V265

围岩级别长度

进口段，隧道浅埋，围岩主要为粉质黏土和全、强风化层中，局部中风化，土质松散，裂隙发育，岩石风化变质作

YK100+555— YK100+640用强，遇水易软化，地形坡度和岩面坡度陡，自稳性差。

地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，水量较小，雨季水量较大，开挖易变形坍塌，有渗漏水现象。YK100+640—YK100+840

围岩主要为中风化花岗岩，裂隙较发育，局部夹强风化岩，岩质稍硬，自稳性较好。地下水主要为基岩裂隙水，水量较小，雨季水量稍大，隧道开挖无支护时顶板和侧壁易坍塌，有渗漏水现象。

出口段，围岩主要为粉质黏土和全、强风化层中，土质较软，岩质软，岩石风化强烈，遇水易软化，自稳性差。地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，雨季水量较大，开挖易变形坍塌，有渗漏水现象。

252.5

V

IV200

YK100+840—YK101+115V275

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山东交通科技2.3 洞口地质概况2.3.1 隧道进口地质条件

进口位于一近北东向斜坡上，上覆粉质黏土层厚1.30～8.00 m，强风化岩厚度较大，厚度12.4～16.9 m，中风化岩厚度大，斜坡自然坡度20～40°。岩层产状21°∠25°；洞口岩石裂隙发育，岩体极为破碎，完整性差，围岩分级为V级，成洞条件差，围岩易坍塌，处理不当可能出现大体积坍塌及冒顶，进口边坡为顺向坡，不利于边坡稳定。

松散层薄，透水性好，但所处位置较高，含水有限，基岩含风化裂隙水，但含水微弱、水量贫乏，且斜坡之上径排条件较好，地下水对洞口稳定性影响较小；应注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用。2.3.2 隧道出口地质条件

出口位于近东南向斜坡上，上覆残坡积物粉质粘土，角砾土层厚0.50～5.60 m，斜坡自然坡度20～45°。岩层产状320°∠41°。洞口岩石裂隙发育，岩体较破碎，完整性差，围岩分级为V级，成洞条件差，围岩易坍塌，处理不当可能出现大体积坍塌及冒顶，左线出口部位在右侧形成开挖路堑边坡为斜交逆向坡，坡度较陡。

松散层薄，透水性好，但所处位置较高，位于地下水之上，含水有限，基岩含风化裂隙水，但含水微弱、水量贫乏，且斜坡之上径排条件较好，地下水对洞口稳定性影响较小；暴雨期间地表面流对洞口有冲刷破坏作用。

3 原因分析及处理措施

3.1 塌方及应急处理措施3.1.1 YK100+595处塌方

右洞左导洞上台阶（接近管棚末端）进行开挖时，出现掌子面掉块，掌子面前方拱顶出现局部坍塌，塌腔体积约50 m3

，塌方里程桩号为YK100+595。

应急处理方案：塌方影响区5 m范围增设钢拱架临时支撑加固，10 m范围增设径向锚管注浆，塌腔内挂网喷射混凝土30 cm，施做2 m厚C30混凝土护拱，护拱内设I20 a型工字钢并挂网，间距50 cm，塌腔内预埋三根泵送管，填充C25混凝土密实，目前塌方段已处理完成，监控量测数据显示塌方附近初期支护稳定。

3.1.2 YK100+596—YK100+614段塌方

距掌子面约4 m右导洞拱顶塌方将中隔墙钢拱架顶部向左侧断裂垮塌，中隔墙断裂长度约3.6 m，后分拱顶发生第二次坍塌，塌方导致隧道顶部覆盖层沉陷冒顶，冒顶范围约8 m×9 m，周围伴随6条

2019年第4期

宽度1～2 cm、长度0.5～2 m裂缝，见图3。应急处理方案：立即在洞口及地表塌陷区域设置警戒线并设专人看守，对地表塌陷区域采用彩条布覆盖，并在塌陷四周开挖截水沟。待塌方稳定后对洞内回填洞渣、喷射混凝土进行封闭。

右线左导洞塌方

右线右导洞塌方

右线塌方冒顶右线冒顶裂缝

图3 隧道塌方

3.2 原因分析

（1）隧道塌方段埋深24 m，V级围岩，设计衬砌类型为Va级，地质岩性为粉质粘土及全风化石英砂岩，岩体松散、自稳力极差，裂隙发育。（2）隧道右侧31 m处有一个约7亩水库水深3～6 m。（3）近段时间连续降雨，地表覆盖层土质含水量高，裂隙水饱满，隧道左侧山沟处埋深浅、存在偏压。3.3 存在问题的处理建议

（1）右线进口YK100+596—YK100+614段拱顶塌方处理方案：①洞内采用Φ108 mm管棚（长度建议9～12 m，搭接长度建议5 m）（内增设钢筋笼）注浆加固。塌方段使用I25工字钢支撑，纵向间距0.5 m。②洞内塌腔泵送混凝土回填，地表采用Φ50 mm小导管注浆加固。③右洞左侧偏压处（YK100+555—620）采用0133钢管（内增设钢筋笼）注浆加固（钢管纵向间距1 m，横向间距0.5 m，宽度3 m），钢管打入硬质岩层5 m。钢管采用Φ28钢筋连接，桩顶浇筑厚度1.5 mC25砼形成整体。

（2）右线进口右侧水库处理方案：隧道进口段右洞右侧31 m处存在一水库（鱼塘），储水量较大，水面高程为382.10 m，而隧道洞内开挖仰拱底标高在363～364 m之间；水位和洞底高差约19 m；水位到洞顶高差约8.5 m，将鱼塘区域征地后放水填平，填平顶面完善排水系统，见图4。

（下转第130页）

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刘治鲁，冉德钦，卢林果，党广彬，孔令菡，李轶然：市政公路项目环境影响评价的有效性分析研究方式进行，分为公路沿线居民调查表、司乘人员调查表。调查结果表明：（1）施工期沿线居民认为噪声和汽车尾气对其影响较大，分别占69%、42%；（2）8%沿线居民反映夜间22：00至早晨6：00时段内偶尔有使用高噪声机械施工现象。可见施工噪声与扬尘为施工期的主要环境问题。（3）通车试运营后，约有61%的沿线居民认为噪声的影响较大，58%的沿线居民认为汽车尾气影响较大，可见公路交通噪声污染和汽车尾气对沿线的居民生活有一定程度影响。（4）92%的沿线居民希望采取绿化措施。（5）54%的居民建议采取限速措施，46%的居民建议采取其他措施，如禁止鸣笛等。（6）96%沿线居民对该工程的环境保护工作总体表示满意或基本满意，没有沿线居民对本公路的环保工作表示不满意。（7）通车运行后，18%的司乘人员认为交通噪声影响一般，36%的司乘人员认为汽车尾气影响一般，86%的司乘人员对绿化和景观效果表示满意。89%的司乘人员对本项目的环境保护工作表示满意或基本满意，100%的司乘人员认为本项目的建设对地区经济发展有利。在环境保护方面的工作得到了绝大多数调查对象的认可。

参考文献：

1 张玉芬.公路建设项目环境影响评价技术政策的探讨［J］.中国环境科学,2000（S1）:95-97.

2 温小乐.南方公路建设环评中的水土流失评价［J］.农业资源与环境学报,2010,27（1）:89-91.

3 闫利勇,陈永光.危险化学品公路运输事故新特点及对策研究［J］. 中国安全生产科学技术,2010,6（4）:65-70.4 宋赪,董小林, 商连.公路建设项目环境影响后评价公众参与研究［J］.建筑科学与工程学报,2004,21（1）:64-69.

8 结语

（1）项目为后续的绿化工程提供施工区域，在路侧安装双篦式雨水口，经现场调查，路侧安装双篦式雨水口设置完善，无水阻塞现象。项目中央隔离带绿化、道路两侧绿化效果较好。（2）施工期采取了合理布置施工场地、安排施工时间等措施，有效控制了施工期的噪声影响。（3）运营期公路沿线洒落的固体废物由市政部门统一清扫，项目路面较为清洁。（4）在环境保护方面的工作得到了绝大多数被调查对象的认可，对施工期、试营运期环保工作基本满意。（5）建设期间较好地执行了建设项目环境影响评价制度、环境保护“三同时”制度、工程环境监理制度以及竣工环境保护验收制度。

（上接第127页）

破坏特征及其成因机制分析［J］.岩石力学与工程学报，2012，31（5）：928-936.

2 李生杰，谢永利，朱小明.高速公路乌鞘岭隧道穿越F4断层破碎带涌水塌方工程对策研究［J］.岩石力学与工程学报，2013，32（增2）：3602-3609.

3 杨金虎. 慈母山隧道穿越断层破碎带开挖支护技术分析［J］.地下空间与工程学报，2011，7（2）：361-365.4 杨会军，胡春林，谌文武等.断层及其破碎带隧道信

图4 进口右线与鱼塘平面布置剖面

息化施工［J］.岩石力学与工程学报，2004，23（22）：3917-3922.

5 周峰.山岭隧道塌方风险模糊层次评估研究［D］.长沙：中南大学, 2008.

6 王华牢,李宁,王皓.隧道施工塌方风险评估与控制措施［J］.交通运输工程学报,2010,10（4）: 34-38.7 王云龙，谭忠盛.木寨岭板岩隧道塌方的结构失稳分析及预防措施研究［J］.岩土力学，2012，33（增2）：263-268.

4 结语

在隧道施工时一旦发生塌方问题，处理起来相当困难，如果未找准病因，简单地采用常规的处治措施，会酿成重大安全事故，因此，需综合地质条件状况与隧道塌方状况进行分析，采取应急措施后，进一步分析原因，从源头上解决问题，避免造成重大事故。

参考文献：

1 汪波，李天斌，何川，等.强震区软岩隧道大变形

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