淮南市山南洞山隧道工程质量事故简析

淮南市山南洞山隧道工程质量事故简析淮南市建设工程质量监督站黄涛一、洞山隧道工程概况洞山隧道是淮南市城市总体规划中穿越舜耕山段两条隧道中的其中一条，位于城市二级快速干道——陈洞南路南端。隧道双幅全长1823m（右线910m、左线913m），为左右分离式曲线中隧道，隧道净宽14.5m，行车道净高5.0m，人行道净高2.5m。隧址处于高丘区，位于高丘的边坡及丘顶部位，高丘走向基本为东西向，丘顶浑圆，丘坡较缓，高丘北坡植被较茂密，南坡植被破坏严重；隧址区地质条件复杂，断裂活动强烈，区内共查明断层7条，隧道穿越淮南倒转单斜构造，且节理、裂隙较发育，主要不良地质作用为岩溶和洞口浅埋；隧道围岩经过地质勘探划分为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ级三种围岩级别，其中南洞口浅埋段围岩埋深浅，岩石风化强烈，强度较低。该隧道由安徽省公路勘察设计院勘察设计，中铁四局集团第五工程有限公司代建，合肥工大建设监理有限公司监理。合同工期为2006年5月10日至2007年12月10日。二、塌方情况介绍隧道施工从南洞口向北洞口掘进，施工范围均处于浅埋段，自2006年5月10日开工到目前共发生塌方5次，给洞山隧道施工的工程质量和安全造成较大影响，具体塌方情况如下：2006年10月29日，隧道右线左侧导坑YK1+374.3开挖后，由于拱顶土体饱和，含水量大，局部地方泥夹石，围岩稳定性差，开挖后失稳，于7:30分拱顶发生塌方，塌方高度：侧壁拱顶上方约1m高，宽约2m，在采取处理措施过程中，8：40分再次发生塌方，在拱顶形成坍塌穹：穹高度约4m，宽约7m，长约4m，由于该处洞顶覆盖层仅为6m，存在随时冒顶的危险。2006年12月9日18：40左右，右线左导坑YK1+331处刚立完钢拱架，钻机和电焊机就位准备施工超前小导管时，发现有小块土体下落且开挖掌子面有大量水涌出，18：50左右开挖掌子面右侧及一部分核心土发生塌方，在塌方上方有一块3×3m的弧石，次日早晨7：00左右弧石及以上部分土体全部坍塌并发生冒顶。5 2007年2月5日下午14：06分，左线K1+289处现场钻爆出渣作业刚刚完毕后，顶部有一块约长×宽×高＝4×2×6m的孤石夹着泥土下落，引起洞内掌子面塌方，将该断面已施工完的两榀钢拱架及超前支护小导管砸坏，侧壁导坑封堵，到19：20左右现场塌方冒顶。2007年3月28日晚9:20分隧道左线ZK1+244掌子面出现塌方，落下一较大孤石，孤石大小约为4×4×4m，并冒顶在地表形成陷穴。2007年5月10日下午隧道左线洞内ZK1+169处正在出渣，现场K1+178处出现喷射混凝土开裂和掉块现象，16：44分该段初期支护逐渐整体塌陷，洞内已开挖支护上部台阶自ZK1+170～K1+210处被塌方体全部封堵，地表形成一长42m,宽24m左右的塌腔。三、塌方主要原因分析上述五次塌方均位于隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩段，支护均为Ⅳ、Ⅴ级衬砌，就塌方规模来看，前四次为中型塌方，第五次为特大型塌方；从塌方位置看，前四次均为掌子面失稳坍塌，第五次则是初期支护失稳坍塌；就塌方形式看，均为整体不稳定围岩塌方；通过对塌方出露的地质特征和围岩状况察看，经过多方论证，该隧道出现多次塌方的主要原因如下：1、浅埋不良地质影响隧址区地质条件复杂，成洞能力较差，尤其是南洞口长达350m的浅埋段不仅溶洞发育而且溶蚀裂隙较发育，裂隙内均为亚粘土充填；该浅埋段在F5、F6、F7断层的共同作用下，导致岩石裂隙发育泥质充填物过多，风化强烈呈碎、裂状松散结构；围岩稳定性差，一经开挖潜在应力释放，承压快，围岩失稳而坍塌。2、地形地貌影响该浅埋段以前曾是采石场，植被和地表破坏严重，岩石开采后地表坑凹不平，经过多年雨水冲刷坑凹处由泥夹石充填；尤其是南洞口处于低洼处，降雨后地表水汇集该处无法排走，导致地表水下渗，使裂隙和溶槽内填充土体饱和，岩石之间摩阻力损失，地表易沉降，因浅埋不能在拱顶形成承载拱而增大支护的承受荷载。3、特殊地质结构影响5 塌方后表露地质显示，塌方体中均存在较大孤石，孤石周围均被裂隙和溶槽内亚黏土包裹，土体饱和；由于孤石依靠周围土体支撑，隧道开挖后使孤石失去支撑点，同时由于地表水下渗使孤石周围裂隙和溶槽内填充土体饱和，使孤石失去稳定而产生塌方；特别是第五次大塌方更是上述原因的集中体现：该塌方发生在已施工完毕的初期支护段，在施工中无任何异常现象，洞内施工时观察围岩整体性相对较好，现场按照设计的IV级支护参数进行了施工；但由于该处拱顶存在巨大孤石，孤石两侧为竖向贯通性溶槽，埋深较浅，降雨使地表水下渗增大土体含水量，溶槽内土体的颗粒之间产生滑动，导致洞顶上方巨大孤石逐步下沉，对初期支护拱顶产生巨大垂直荷载，超过初期支护结构受力范围，最终破坏初期支护结构，屈服失稳而产生塌方冒顶。4、施工方面的原因由于浅埋段地质情况复杂，施工时对地质复杂性和岩石受到裂隙及溶槽切割后对隧道结构的不利影响重视不够，特别是在前期拱顶出现局部变形过大，初期支护开裂等异常情况未及时分析原因和采取加强支护、改变施工工法等措施。四、质量监督站对塌方事故的处理意见塌方事故发生后，淮南市建设工程质量监督站高度重视，每次都派专人到现场查看塌方情况，并组织五方责任主体召开现场质量安全会议，针对现场发现的问题及时督促施工单位在监理单位的监督下认真整改。并对隧道塌方情况及时下发监督意见通知书要求建设、监理、施工单位发挥主观能动性，以科学发展观为指导，积极解决隧道施工中遇到的新问题和新困难，深入总结每次事故的经验，改进和完善施工工艺，制定合理可行的预防措施，并要求建设单位邀请相关专家对预防措施进行严格会审，确保后期工作安全顺利进行，要求施工单位制定保证施工人员生命安全的措施，并要求设计、施工、监理尽快提出隧道塌方处理方案，尽快安全高效的处理好隧道塌方。五、塌方治理的效果经过对塌方的现场踏勘，仔细分析产生塌方的成因，设计、施工、监理等各方对隧道塌方制定了处理措施，前四次塌方均按照加固坍塌体、加强支护，以“穿”的型式安全及时的处理完毕；第五次塌方由于塌方范围较大，以“盖挖法”（明挖与暗挖相结合）进行彻底治理，目前基本处理完成，且塌方陷坑边坡稳定。到目前为止，经过对已处理塌方部位进行监测，无任何异常现象，结构稳定；通过采取合理有效的措施，隧道在塌方处理过程中未出现因施工不当造成的事故，塌方事故发生后施工方都能及时按照制定的应急措施进行事故的处理，未出现二次事故现象，隧道施工到现在无任何人员伤亡。5 六、今后施工应采取的预防塌方工程措施1、按期进行地质超前预报，施工单位每隔100m应进行TSP超前地质预报，以充分掌握前方围岩的完整性和节理裂隙发育情况。2、加强监控量测，除第三方进行监控量测外，施工单位另行组建监控量测小组，按照量测计划规定的量测断面和量测频率，对隧道进行地表沉降、拱顶下沉和周边位移量测，并及时绘制时间－位移曲线，进行回归分析，对发现的异常变形情况及时反馈，指导施工。3、按照“岩变我变，动态施工”的原则，根据不同的地质情况，及时调整支护参数和施工工法；特别是对软弱围岩段应采取稳定开挖面的辅助施工措施和降低高跨比、改善受力结构、及时封闭成环的施工工法。4、在软弱围岩段执行预裂爆破工艺，浅眼爆破，避免过度扰动围岩，控制围岩的松弛变形。5、及时调整施工工序，将二次衬砌和仰拱紧跟掌子面施工至安全距离，及时将初期支护封闭成环。6、制定合理有效的塌方应急措施，按照应急预案，备好防塌方物资，遇到塌方发生，及时响应，确保人员和设备安全。七、目前存在的问题和隐患该隧道目前施工正常，左线正在按照塌方处理措施治理塌方，右线按照正常施工工序施工；当前存在的主要问题就是施工单位和监理单位现场技术人员变动过于频繁，由于隧道施工的特殊性，要求人员保持相对的稳定；往往由于新进场人员对现场地质条件不熟悉，不能对隧道施工条件做出准确的判断，从而无法采取合理、有效的施工工艺和措施，对隧道施工安全形成客观存在的隐患。目前质监站已经将该情况通知建设单位，并要求新进场人员尽快熟悉施工现场情况，切实负起责任，确保隧道施工安全。5 通过以上分析，隧道由于属于地下工程，其地质条件具有不可预见性，隧道的局部塌方在施工中往往是不可避免的，但是隧道施工预防塌方才是目的，治理塌方只是一种手段；对塌方来说，地质因素是决定性的，因此只要全面详尽了解隧址区的地质构造和水文地质条件，充分认识岩溶、浅埋等不良地质的围岩特性、地层松弛对隧道结构的不利影响，在施工中通过超前地质预报、对初期支护监控量测等有效措施，预测前方围岩状况，评估不良地质发展趋势及其可能诱发的地质灾害，对可能出现的塌方制定相应的技术措施，及时调整支护参数和施工工法，坚决执行“短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则，把软弱围岩导致塌方的各种因素的影响消除到最低限度，就能有效的保证隧道施工安全和结构稳定和有效的预防塌方的发生。2007年6月22日5