云中山特長隧道塌方原因分析與處理

(山西省交通建設工程監理總公司，山西太原 030012)

1 工程概況

云中山特長隧道起訖里程K44+455～LK47+030，全長5 575 m，為山嶺重丘區高速公路，受地形條件的影響縱坡坡度較大為2．15%～2．7%，隧道內輪廓采用單心圓斷面，其內輪廓寬11．06 m，高 7．15 m(帶仰拱高 8．65 m)。

1．1 地質情況

隧道區受構造活動影響和水流侵蝕，地形切割劇烈，河谷發育、溝壑縱橫。隧道山頂高程1 835．5 m，地勢呈中西部高，兩側低的特點、區內溝谷多呈“V”字形，相對高差100 m～300 m。隧址區為松散堆積物。隧址區主要有(從下而上)，二云母斜長片麻巖、花崗片麻巖和斜長角閃片麻巖為主;第四系，分布于云中山剝蝕中區的頂部與河谷地帶，成分為砂石層、松散亞粘土、亞砂土。

1．2 施工情況

隧道設計采用新奧法施工，控制爆破，塌方段原設計為Ⅱ級圍巖由于從LK43+631處圍巖節理裂隙較發育，巖體較破碎，拱頂處有薄層橫向裂隙發育巖體，且開挖面有少量地下水流出，圍巖整體穩定性一般，已變更為Ⅳ級圍巖支護參數，采用全斷面法開挖;設置Ⅰ16鋼拱架，間距0．9 m/榀;拱部采用直徑42 mm超前小導管，4．5 m/環加強支護;施作錨、網、噴支護。

2 塌方情況

2011年5月15日，全斷面施工至LK43+642拱頂圍巖失穩出現塌方，并隨著時間的推移不斷的擴展空間，向忻州方向延伸至LK43+641位置，向保德方向至LK43+645位置，塌方高度在5 m以上。16日拱頂已塌至LK43+648，隧道左側邊墻和左側拱部受擠壓變形加劇，洞內水平收斂加速，LK43+641處鋼架嚴重變形，拱頂開裂，并沿鋼拱架環向貫穿。17日LK43+639～LK43+642處拱頂混凝土脫落，已架立的拱架扭曲變形。塌方體塌入隧道內方量約600 m3～800 m3，塌體已封住已施作鋼架拱頂口，塌方上方空洞在8 m～10 m高，長度8 m，如圖1所示。

圖1 塌方示意圖

3 塌方原因分析

3．1 水的因素

隧道LK43+642～LK43+660段圍巖破碎，主要是紅褐色強風化花崗巖夾泥巖，泥巖遇水易軟化。施工過程中發現該段地下水豐富，主要是裂隙水，其中日排水量最高達到6 500 m3;加之5月下旬以來連降暴雨，致使圍巖的整體性變差，巖土體抗剪強度降低，是造成隧道圍巖失穩的重要原因之一。

3．2 地質因素

該段埋深為300 m，圍巖為紅褐色強風化花崗巖夾大量泥巖。由于基巖裂隙水豐富，圍巖土體的粘聚力C值和內摩擦角φ值均較低，泥巖經水浸泡迅速軟化，失去自穩能力。開挖后拱頂一定范圍內很快發生松弛變形，同時土壓力增加，進而引發局部的塑性破壞。由于開挖在圍巖土體內出現空洞導致局部發生坍塌，局部出現下沉，塑性區進一步擴大，土壓力劇增最終導致整體失穩。

3．3 施工因素

1)初期支護施工質量欠缺。鋼拱架支護與圍巖未能緊密粘結;錨桿砂漿未按設計進行注漿，配比不符合要求導致早期強度不足;噴混凝土局部厚度不足;鋼支撐拱角處基礎的穩定堅固性較差，鋼支撐間距部分嚴重超過設計的90 cm。

2)監控量測人員發現隧道圍巖失穩后，施工方對變形部分加固處理認識不夠。隧道發生失穩塌方后，施工單位未能第一時間制定加固方案，現場管理混亂，未能及時對隧道塌方體采取封洞回填措施，致使塌方不斷擴大最終造成大面積塌方。

3)設計圖紙提供的地質資料判斷，該區段應為Ⅱ級圍巖標準，超前地質預報對圍巖的性質也未作出準確判斷，從開挖后的開挖面地質情況看為強風化花崗巖夾泥巖，泥巖松散軟弱，還伴有涌水現象，后變更為Ⅳ級圍巖。由于施工人員對LK43+641～LK43+643段圍巖超前地質預報判定不夠準確，當開挖面大量出現泥巖后未能及時更改支護參數仍采用全斷面法開挖;并依然采用Ⅰ16鋼拱架支護，間距0．9 m/榀，致使由于支護結構剛度不夠，最終導致圍巖失穩塌方。

4 塌方處理

1)對隧道塌方體采取封洞回填，設置反壓平臺，防止塌方繼續擴大。

2)對已施工段鋼拱架進行加固處理，拱頂處打徑向錨桿(間距100 cm×100 cm，錨桿長3 m，梅花狀布置)，噴混凝土厚度要達到設計厚度;對支護的鋼架護腳和拱腰增加φ22鎖腳錨桿;將開挖面及拱頂流出的地下水引到兩邊，通過洞內臨時排水系統及時排到洞外，以保證鋼拱架支護的穩定性和施工的安全性。

3)封閉開挖面，向上施作φ42注漿管(角度要大一些)，對塌腔松散體進行注漿，形成一個硬殼體。

4)按Ⅴ級圍巖淺埋支護參數進行初級支護，鋼拱架采用Ⅰ20工字鋼，間距不大于50 cm，鋼拱架間用直徑22鋼筋連接，連接鋼筋環間距1 m，保證剛架間的整體性。同時安裝200 mm×200 mm直徑為8 mm的鋼筋網片，并與鋼拱架、錨桿焊接牢固。向前施作φ42超前導管注漿，梅花形布置，間距20 cm～25 cm;仰角為12°～16°。注漿用漿液水灰比為0．5 ～1．0，注漿壓力1．0 MPa～2．0 MPa，并在孔口設置止漿塞。若超前導管在塌腔松散體中無法實施，可采用自進式錨桿或鉆桿代替導管使用。

5)開挖采用三臺階六步法留核心土施工，短進尺開挖。上臺階分兩邊開挖，開挖前用噴射混凝土封住空洞，后支護立拱架，每次支護前先封閉開挖面，半邊支護好，中間加立柱支撐，在拱腳連接縱向槽鋼支墊，加鎖腳錨桿固定后，另半邊再開挖支護;上臺階采用人工風鎬鑿出，鑿出深度嚴格控制在50 cm左右，需要爆破時，采用小藥量弱爆破，盡量減少振動，以防二次坍塌。每開挖1個循環約1 m，立即架設1榀鋼拱架并進行錨桿、鋼筋網、噴射混凝土支護。上臺階形成環后，開挖支護中臺階;中臺階形成環后，開挖支護下臺階。

6)在初期支護拱頂處要預留注漿管，最好超出松散體1 m～2 m。在洞身鋼架支護完成后，對塌方頂部的空洞，在二襯施工前進行注漿，形成一個緩沖保護層，厚度在2 m以上。

7)施工注意事項:上臺階鋼拱架施工時，鋼拱架應精確定位，嚴格預留變形量，防止中臺階和上臺階開挖后鋼拱架侵限。施工應嚴格遵循“嚴注漿、管超前、短開挖、強支護、快封閉、勤量測、速反饋”的施工原則進行施工，確保施工安全。

5 處理結果

云中山特長隧道此處塌方高度較大，其空間大小很難估計且有滲水，隨時有再次坍塌的可能。經過對方案的認真研究，施工過程中加強了對超前小導管、錨桿的注漿加固和開挖方法的動態優化，保證了對塌體安全可靠的處理，在塌方處理過程中的監控量測部門加大監測力度，根據監測結果顯示，圍巖初始變形稍大，后期變形趨于穩定。洞內頂部利用塌方土石進行回填，作為反壓平臺。同時利用平臺對已松散的圍巖進行處理，防止塌方繼續擴大;并用8 cm厚C20噴射混凝土對掌子面進行封閉，處理過程中采用短距離弱爆破并及時支護的方式，順利完成了塌方段的施工。后對塌方段的水平位移、周邊收斂、拱頂下沉等的監測顯示，塌方段的監測數據在允許范圍內，證實了處理方法的得當，保證了工程安全。

6 結語

1)類似于云中山特長隧道這種在裂隙發育和地質條件復雜的地區修建的長大隧道，必須加強施工地質超前預報的準確性，以保證施工安全和工程有效進度，發現異常盡快采取措施防止災害擴大。

2)此處塌方圍巖為灰紅色強風化花崗巖夾大量泥巖。泥巖經水浸泡迅速軟化，失去自穩能力，因此水的影響是很大的，而由于隧道出口段為反坡，水大量聚集于塌方地段，本方案中通過一種自行設計的水位自動控制開關，將隧道內的水排至洞外，為處理塌方解決了水因素的影響。

3)處理塌方的方法很多，這里采用了鋼拱架全斷面支護及封洞回填相結合的方法，處理較大塌方效果很好，時間也得到了最好的優化。

4)處理塌方費工、費時、費料，嚴重影響了工程進度，因此隧道施工中應加強對監控量測的重視，盡量避免塌方。

［1］中交第一勘察設計研究院．云中山隧道施工設計圖［Z］．2010．

［2］JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］．

［3］JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］．

［4］關寶樹．隧道工程施工要點集［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［5］李 昕，張 濤．九嶷山隧道洞口淺埋段塌方處理及總結［J］．山西建筑，2010，36(26):297-298．