（兰州市城市建设设计院，730050）
【摘 要】上窑隧道位于吕梁山东侧中山区，地形地质复杂，周围房屋密布，塌方影响范围大。从隧道施工及洞内变形监测、仰拱施工情况、隧道围岩等方面分析了塌方原因，并评价了洞顶黄土边坡的稳定性，利用自然破裂角对塌方长度做了预测，在最终施工后得到了验证。
【关键词】塌方；失稳；影响因素；长度预测
一、塌方概述
1.1地理位置及地层概述
上窑隧道位于山西省临汾市乡宁县境内，吕梁山东侧中山区，地形起伏较大，高程约为820～870m。起讫里程为DK44+132～DK44+948，塌方段穿越地层主要为石灰岩、泥灰岩、石膏矿，围岩等级为Ⅳ级。该段线路走向近似东西，隧道顶部地形为黄土冲沟与黄土梁，呈东低西高地形，在DK44+566处为黄土陡坎,高度约为16.5m，在小里程为相对低洼地带。线路中心有废弃窑洞分布，两侧为村庄，右侧有一古庙。
1.2塌方概况
2014年6月1日约23时，上窑隧道进口端DK44+523附近初支局部破坏；6月2日凌晨约1时 ，DK44+523附近往大里程发生塌方（塌方长度不详）。该处隧道埋深为24m ，围岩等级为Ⅳ级，塌方未造成人员伤亡及机械损失。
1.3既有支护情况
DK44+505～DK44+525段隧道拱墙设置I16型钢钢架，钢架间距1榀/1m，每榀钢架设置锁脚锚杆4根，L=4m，拱部不设锚杆，局部拱部地层较差时设超前锚杆；DK44+525～DK44+535段隧道拱墙设置I16型钢钢架，钢架间距1榀/1.25m，每榀钢架设置锁脚锚杆4根，L=4m；DK44+535～DK44+550段隧道拱墙设置格栅钢架，钢架间距1榀/1.25m，每榀钢架设置φ22锁脚锚杆4根，L=4m，拱部设置超前小导管，根据拱部不同地层每环根数进行适当调整，平均每环按11根计列。
1.4各掌子面地质情况
DK44+505处掌子面地质情况：右侧为风化石灰岩，铁锰质含量较高，呈褐红色，左侧为青灰色石膏岩，节理发育，完整、无空隙，未见渗水。DK44+525处掌子面地质情况：地层为石灰岩、泥灰岩、石膏岩，薄层～中厚层状构造，节理裂隙发育，铁锰质含量较高，呈褐红色，岩面稍湿，泥灰岩层面呈可塑状。
二、塌方后情况
2.1塌方后洞内情况
洞内塌体基本充满掌子面，塌腔不可见。初期支护在右侧拱部基本破坏，可见I16型钢钢架出露2榀，出露长度约0.8m，破坏钢架之间初喷混凝土已掉空，两侧混凝土裂缝较大，最大达1cm，破坏及影响段拱顶变形严重，塌方处未见地下水渗出。可见塌体主要为泥灰岩、石灰岩、石膏矿，塌方物呈碎块状，直径约为5～20cm。最大约为80～100cm，塌体坡脚里程约为DK44+508。
自6月2日至15日，洞内塌体未见明显变化，6月6日13时开始发现洞内有小股流水自塌体底部沿线路左侧向洞外流出，至15时到洞内勘察时，流水侵湿隧道底部自塌体向外约50m，侵湿面积约1/3。19时流水量明显变小，6月7日未见明显流水。至6月13日勘察现场时，未见流水，洞底部微潮。
2.2塌方后洞外情况
塌方处洞顶地形为山体坡面，村庄依山势而建，村内混凝土干道从山腰贯穿村庄。勘察时可见中线处路面塌陷严重。
洞外裂缝基本呈环形分布，小里程侧因埋深较浅，裂缝宽度较大，部分切断废弃窑洞，大里程侧因埋深较大，裂缝宽度较小。
6月2日勘察现场时发现DK44+535处有一陷坑，直径约2m，坑深约0.5m，该处原为老乡家土厕。至6月4日DK44+535处陷坑直径约为5m，坑深约为1.5m。较之前有明显发展，之后未见明显发展。
6 月6日DK44+523附近地面塌陷，出现一陷坑，陷坑周边裂缝明显增大，陷坑直径约6m，深度约为5m，之后几天中，陷坑往小里程方向持续塌陷，直径发展至约7m。至6月18日该陷坑坑壁仍有掉块现象。
陷坑内地质情况，坑底断面处为土石分界线，上为黏质黄土，下位泥灰岩，灰黄色～褐红色，岩质较软，似土状。
三、塌方影响因素分析
3.1围岩变形失稳后未及时采取措施
根据施工情况，塌方段上导结束日期约为5月初期，5月5日查看DK44+550掌子面时，已经反映塌方附近DK44+519处始向大里程段变形严重，此时围岩已失稳，但在此情况下，由于受老乡阻挡等原因，围岩失稳段暴露时间过长，加之在该段施工仰拱时一次开挖段落较长（最长时为7m），导致围岩彻底失去自身支撑能力，造成塌方事故。
3.2不能确定的地质情况
根据6.6日洞内流水的情况，该段土石分界面上滞留有第四系孔隙水，水量不大，但经过长时间的侵蚀侵泡作用，对该段拱顶围岩造成了一定的软化作用，当围岩失去自稳后，洞顶围岩及易沿软化面垮塌，形成塌方、冒顶。
四、裂缝变形量统计
隧道塌方后洞顶裂缝呈近似椭圆形分布，地面呈漏斗状。根据隧顶裂缝发育情况，对地表有代表性的主要裂缝宽度、沉降做了连续观测。观测资料显示，小里程、大里程裂缝宽度呈变小趋势，最大值为7mm，其余裂缝呈增大趋势，最大值为14mm；从裂缝沉降观测看，也是呈中心区域沉降，边缘微隆起的特征。综合分析，裂缝变小主要是因为塌陷体向中心蠕动所致，中部裂缝变大是受DK44+523陷坑塌落造成下部空腔，致使地表弯曲变形引起。总之，塌体影响范围土体开始时整体呈向塌方中心蠕动的趋势，最后又趋于稳定。
五、对地表稳定性的评价
受本次塌方影响，塌腔及周围岩体呈现出空框架状态，破坏了原有的平衡，洞顶岩体在自重作用下，产生向下移动和弯曲变形，当其内部拉应力超过岩土体抗拉强度时，发生变形、裂碎、冒顶，并在地表形成塌方影响区。从地表发现的挤压、张开裂缝及地表危窑倒塌等方面分析，塌方影响区沿塌方中心至边界有不同程度的水平位移。
根据塌方后裂缝观测情况表明。塌方影响区岩土体、不稳定斜坡呈轻微变形—明显突变—相对静止的变化过程，最后趋向于基本稳定状态。
该不稳定斜坡位于村庄内，斜坡下方为村内道路及文物，斜坡上有数座危窑，加之斜坡顶部裂缝较多且多为张开裂缝，斜坡受雨水等因素极易发生倾倒、滑移等危险，严重危机人身、文物、隧道等安全，因此，对该不稳定斜坡的整治是十分必要的。
六、洞内塌方范围预测
6.1预测方法
本次隧道塌方范围预测主要根据黄土、基岩自然破裂角自地表裂缝向洞内放坡，从而预测洞内塌方范围。
6.2参数选择
因地表存在黄土陡坎，故按距离最远侧的裂缝按破裂角延伸。
黄土：70°，基岩45°。
6.3塌方长度范围
根据以上原则，预测塌方范围为DK DK44+523~DK44+526。
七、实际塌方情况
根据后期施工情况，隧道自冒顶塌方面至塌方终点约25m，即DK44+523~DK44+ 528，与原预测长度基本一致。
八结论
8.1隧道塌方控制应从加强洞内变形监测及做好地质超前预报等方面综合控制。
8.2在地表存在沟谷、洼地、陡坎等不利地形时，隧道应采用管超前、短开挖、强支护、勤量测，并紧跟二衬的原则，以防止洞内变形过大或塌方引起的返工和事故。
8.3在铁路单线隧道已做初期支护塌方中，可根据土层及基岩的自然破裂角来预测隧道塌方长度。
8.4长度预测虽然在该工程中基本准确，但还是缺乏相关工程论证，在工程中预测长度还需考虑其他影响因素。
参考文献：
[1]新建地方铁路张礼至台头线初步设计地质第四篇；
[2]工程地质手册（第四版）；
[3]岩土工程勘察规范；
[4]铁路隧道监控量测技术规程；
[5]铁路隧道设计规范。
论文作者:高云
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年1月供稿
论文发表时间:2016/4/25
标签：裂缝论文; 隧道论文; 围岩论文; 钢架论文; 陷坑论文; 里程论文; 情况论文; 《工程建设标准化》2016年1月供稿论文;