湖北省十白高速公路汪家沟隧道施工监测盲区问题研究
2015-05-20
工程概况
十白高速公路是国家规划的“7918”网中东西向横线之一——福州至银川高速公路十天联络线（编号为G7011）途经湖北西北部的一段。路线位于湖北省西北部的十堰市境内，与316国道和襄渝铁路并行，全长58.398千米，设计速度80 Km/h，设计年限20年。其中隧道22370米/37座。
隧道施工监控量测第三合同段共负责双洞11座隧道的施工监测工作。隧道单洞总长度16.245千米，其中汪家沟隧道为分离式隧道，洞门均为台阶式。进口位于十堰市郧县鲍峡镇舒家村五组西北侧，出口位于十堰市郧县鲍峡镇大沟东侧，轴线方向约270°，呈近东西向展布。左洞全长415m，最大埋深约95m；右洞全长398m，最大埋深约91m。
地质条件
本合同段内隧道多位于风化剥蚀中低山、构造剥蚀低中山区，基岩在不同程度上受区域断裂的影响，存在软弱破碎岩层。隧道穿越地层以武当山群片岩为主，少量辉绿岩，节理发育，断层破碎带不同程度存在，且强度较低，稳定性较差，对隧道施工有一定影响。
区域地表水系不发育，主要受季节性大气降水影响；地下水主要赋存于第四系松散堆积物及基岩裂隙中，受大气降水补给，水量较贫乏，对隧道正洞施工影响较小。
汪家沟隧道左洞起止桩号ZK30+027～ZK30+442，其中左洞（接近出口）ZK30+375～ZK30+404段长29米，围岩为中风化辉绿岩及片岩，级别为Ⅳ级，稳定性较差，支护设计为Z4型复合衬砌。洞口（出口）ZK30+404～ZK30+442段长38米，围岩为强～中风化片岩，埋深浅，级别为Ⅴ级，稳定性较差，支护设计为Z5型复合衬砌。地下水主要为基岩裂隙水，水量受季节性降水影响。
施工及塌方概况
汪家沟隧道施工从十堰端单向掘进，Ⅳ级围岩区段采用短台阶法开挖，施工采用上半断面留核心土短台阶法开挖。4月23日施工至ZK30+390时发现，围岩为强风化黄褐色片岩，岩体结构破坏严重，节理、裂隙发育，结构面张开，泥质充填，提前出现Ⅴ级围岩。各方会商按Ⅴ级围岩施工，并在ZK30+385断面设置了监测点开始监测。
7月21日施工方开始换拱，7月26日下午3：00施工区域普降强雨，换拱区域围岩发生透水现象。27日临晨发生塌方事故。检查发现：洞顶地表出现直径6m，深4m的塌陷坑，塌陷坑位置覆盖厚度约33m；洞内塌方起止桩号为ZK30+381～ZK30+388。塌方时，上半断面开挖至ZK30+404、下半断面开挖至ZK30+394、仰拱及仰拱填充施工至ZK30+394、二衬施工至ZK30+375。
监测过程及数据判读
期间发现ZK30+375～ZK30+390区段初期支护出现开裂、起鼓，但由于ZK30+385断面监测点遭到破坏，没有采取补救措施，只依据开裂、起鼓情形发出了口头报警，施工仍然继续进行。5月2日施工至ZK30+400，并开始监测。
期间继续ZK30+375～ZK30+390区段观测，其开裂、起鼓现象继续发展，至6月22日ZK30+385断面初期支护最大变形量很快达到约25cm，监理、业主均要求施工单位及时换拱。同时ZK30+400断面水平收敛值超过87mm；及时发出了Ⅱ级报警。6月29日，拱顶下沉达到119.50mm，水平收敛达到98.10mm，随即发出了Ⅰ级报警。至7月17日，ZK30+400断面拱顶下沉达到325.50mm，水平收敛达到239.91mm；ZK30+385断面变形量达到54cm，并有地下水渗出。监测数据如下：
塌方原因分析及盲区问题
洞内观察到：塌方区段岩体比较破碎，岩体潮湿，风化严重，呈土状，围岩稳定性差；换拱过程中正遇上强降雨，致使岩体粘结力被破坏，围岩自稳能力急剧下降，这是发生塌方的客观原因。
6月20日监测首先发现监测数据出现异常，拱顶测点A不沉降反而上升，同时水平测线D-E收敛速率猛增至13.1mm/天，ZK30+375～ZK30+390区段初期支护出现开裂、起鼓。此后第3天就超过Ⅱ级报警值。表明水平方向挤压导致拱顶上抬。监测、监理和业主都要求采取加固措施。但施工方没有及时采取加固措施。到第9天，拱顶下沉值又再次猛增至119.5mm，同时伴随着裂缝急著加大，多处起鼓、脱落。表明初期支护已经失效，随时就会坍塌。各方都要求先加固后换拱。但施工方直到7月21日才在没有加固的条件下就匆忙进行换拱作业。26日正遇上强降雨，就发生了塌方。表明施工方仍然没有认识到大变形和换拱作业的危险性，显示出其施工经验不足和管理失效，以致于发生塌方。虽然塌方规模不大，但教训和经验具有很强的代表性。
ZK30+385断面因监测点遭到破坏，致使中断该断面的监测，有效监测断面间距达到30m，形成了监测盲区。但监测方没有采取其它补救措施，仅依据对该区段初期支护裂缝的观测，以及ZK30+400断面的监测数据作出的判断予以报警。但是相邻监测断面的变形也肯定是滞后于塌方区的，并不能及时反应出应测断面的变形情况，而且对裂缝的观察及经验性判断的说服力较低。因此，这种报警难以引起施工方的足够重视，相反在一定程度上加剧了施工方对危险性判断的麻痹和侥幸心理的强化。
结论与建议
在实际监测工作中，应坚决按计划设置监测断面，必要时应加密监测断面；应严格要求施工方保护好监测点，避免因遭到破坏而形成“监测盲区”。当测点遭到破坏，应及时采取补救措施，如重新布点和数据接续，同时加强对初期支护裂缝的观察和对变形速率的判读，综合判断围岩变形状态及发展趋势。
如何保证在测点遭到破坏后，仍然可以恢复监测和数据接续，是值得进一步研究的问题。
