隧道塌方處理方案與實踐

劉柏生

(福建省交通建設工程監理咨詢公司)

1 工程概況

沈海復線福建境內某隧道為上、下行分離的六車道高速公路隧道，主洞凈寬14 m，凈高5 m，隧址地理位置位于戴云山脈東面屬于山嶺重丘區。左線隧道起訖樁號:ZK73 +841～ZK76 +533，全長2 692 m，右線隧道起訖樁號:YK73 +815～YK76 +563，全長2 748 m;屬長隧道。右洞開挖從進口端掘進。塌方段YK75 +181～YK75 +185 屬于V 級圍巖段。

2 隧道塌方經過

隧道進口右洞掌子面里程YK75 +182 拱頂在上午8∶00出現掉塊并逐步加劇。10 點左右拱部坍塌大致高6～8 m，縱向長度4 m 左右，橫向寬約為5 m 左右。拱頂掉塊一直在斷斷續續發生，塌方過程出現一股巨大的泥漿水流噴涌狀流出，夾雜很多泥土。至第三天凌晨塌方掉塊現象完全結束，水流也停止。強光照射觀測拱部塌方高度約15 m。坍塌發生后立即從外面拉渣土對掌子面進行回填，回填至樁號YK75 +179，在拉渣土回填的過程中，組織工人用枕木和I22工字鋼對已經支護好的鋼拱架進行支撐加固，防止鋼架受壓而發生坍塌。掌子面回填前塌腔內預留了3 根泵送鋼管，鋼管口至拱頂高度有6 m，同時塌腔兩側預留排水管3 根。

3 隧道坍塌原因分析

3.1 不良地質和水文條件

工程地質縱斷面圖顯示，從鄰近的工程地質勘探孔SK151 樁號YK75 +150 以及地質標注中可以看出，塌方處YK75 +181～YK75 +185 位于節理裂隙密集帶和斷層破碎帶中，巖體破碎節理裂隙發育，呈碎裂松散結構。地下水為構造裂隙水在斷層及節理密集帶中富水性強。斷面圖顯示該處洞身開挖時地下水呈淋雨狀，側壁穩定性差易失穩，拱頂未支護時易坍塌。

3.2 超前地質預報和監控量測不及時

查看超前地質預報記錄，上個循環的預報里程為YK75 +147～YK75 +177;監控量測最靠近掌子面的斷面為YK75 +175。可以看出塌方處YK75 +181～YK75 +185 地質預報未開始實施，監控量測布設及量測未及時跟進，導致信息反饋不及時，沒有能夠及時變更開挖方式。

3.3 超前支護不到位

從塌方掉渣體中判斷，之前施作的超前小導管和中空錨桿個別長度不足，注漿不飽滿，甚至個別未注漿，導致未能很好起到對拱頂破碎、松散圍巖的固結穩定作用。

3.4 爆破用藥量過多

翻閱調查當班的爆破用藥記錄，爆破用藥量明顯過多，震動過大引起坍塌。

塌方發生后四方代表在現場進行踏勘后，一致認為綜上各種因數是導致此次隧道的塌方和突泥發生的主要原因。

4 隧道塌方總體處理方案

在塌方發生后及時對掌子面進行回填到拱頂部位，噴射混凝土封閉塌體表面，預留泵送混凝土輸送管至拱頂6 m 以上;塌方影響段YK75 +177～YK75 +181 已經完成初支段的進行注漿加固加固處;塌方段塌方體上方采用雙排L=6 m，Φ50 小導管注漿加固后采用三臺階留核心土方法開挖及支護;YK75 +188 以后的段落根據地質超前預報和現場實際情況確認圍巖級別，根據圍巖級別再進行施作。

5 隧道塌方處理具體措施

(1)拉渣土回填。在坍塌所形成的碴堆后方從外面拉渣土進行回填，回填到掌子面拱部標高，回填體坡面坡度為1∶1。拉渣回填主要有兩個方面的作用:一是能穩定坍塌的趨勢;二是作為立設拱架的施工平臺。

(2)塌方體回填坡面封閉。對塌方體坡面從上到下用沙袋碼砌并噴射早強混凝土進行封閉，封閉范圍為坍塌體整個洞渣回填面以及所有掌子面外露部分，噴射混凝土封閉厚度為20 cm。同時從塌方體坡面進行1.2 m ×1.2 m 梅花型布置，L=5 mφ50 ×5 mm 水平方向的小導管注漿固結，以形成一個完整封閉的掌子面，防止坍塌體內繼續發生較大的坍塌和突泥涌水沖毀回填的洞渣，以及坍塌體內注漿的時候漿液的外流。

(3)坍塌影響段及時進行徑向小導管注漿加固處理。在處理坍塌體前，坍塌段后方4 m 范圍YK75 + 177～YK75 +181 已經立好了8 榀鋼架，間距為50 cm。立好了鋼架后在拱頂洞軸線左右各50°范圍內采進行注漿加固，不能擾動塌方體。采用L=5 m，Ф50 ×5mm，間距80 cm ×80 cm的徑向小導管注漿加固。為了保證水泥漿液在土體中一定范圍內擴散，注漿材料采用C30水泥漿，注漿壓力為2.0～3.5 MPa，采用雙液注漿，水泥漿和水玻璃體積比=2∶1。注漿后重新布設監控量測點，注意觀測監控量測數據的變化。

(4)對坍塌的空腔泵送混凝土進行填充。在原斷面初期支護施工時在坍塌位置的拱部預留泵送管以及排水管。待支護穩定后第一次對坍塌的空腔內壓注泵送混凝土進行填充，第一次填充高度以40～60 cm 為宜。盡早施作此處二襯，待此處二襯施作完畢后再進行第二次填充。

(5)坍塌空腔內泵送混凝土后進行超前小導管注漿加固坍體。采用雙層L=6 m，Ф50 ×5 mm 的注漿小導管注漿加固，小導管環向間距15 cm。單數根外插角15°縱向間距3 m，雙數根外插角50°，縱向間距1 m。小導管注漿范圍以拱頂為中心左右各施作90°，同時要求采用水泥－水玻璃雙液注漿，施工輔助措施的范圍為YK75 +179～YK75 +188。待坍塌空腔內混凝土強度和水泥漿強度達到要求后，即可進行塌方段的開挖。

(6)塌方段的開挖。經過對塌腔體的地質雷達掃描和監控量測數據分析后確認，塌方段拱頂塌腔體圍巖已經穩定，采用三臺階留核心土法開挖方案。第一個循環的超前小導管注漿加固完成后，進行上臺階開挖及鋼拱架支護。每循環開挖進尺不超過50 cm，拱架間距50 cm，采用雙層鋼筋網片，噴射混凝土厚度30 cm。架設上臺階拱架時，采用Φ50 ×5 mm，L=6 m 小導管施作鎖腳，防止鋼架下沉，在拱架兩側對稱同時安裝，鎖腳小導管鎖牢。拱腳鋼架必須安裝牢固，避免拱架懸空和變形。坍塌段開挖及拱架尺寸預留變形量按20 cm 考慮。同時對上臺階坍塌堆積表面噴射混凝土進行封閉，形成臨時仰拱。使整個開挖面封閉成環。

(7)已掘進坍塌段徑向注漿加固。在上循環注漿加固區還剩余1 m 時，停止開挖，進行第二循環的注漿加固，上循環注漿及下循環注漿必須有1 m 的重疊區。依次類推，進行第三、第四循環的注漿加固。在進行下循環注漿加固的同時，對已掘進坍塌段進行徑向注漿。徑向注漿導管環向及縱向間距1 m，導管長5 m，采用φ50 ×5 mm 的鋼管。

(8)在下循環的注漿加固及上循環的徑向注漿完成后，繼續進行上臺階的開挖及立拱支護施工。

(9)在上臺階開挖及支護完成后，進行中間臺階開挖及接拱架支護施工。進行中部開挖及接拱架初期支護施工時，左右側跳槽施工，每循環進尺0.5m，每次只架設一榀拱架。

(10)中間臺階開挖及支護完成后，進行下臺階開挖及拱架接腿、噴錨支護施工。

(11)對塌方段三臺階開挖支護完后，進行布點監控量測采集數據進行分析研究確定處理效果。并根據監控量測信息及時施工本段落仰拱。并要求二襯混凝土加強設計，厚度按照變更后的Z5 型50 cm，混凝土標號由C25提高為C40，主筋直徑由原設計Φ20 變更為Φ25，間距加密為10 cm。

6 總 結

經過近兩個月的施工，隧道塌方處理完畢，取得良好的質量效果和安全保證，隧道后續的洞身開挖支護得以繼續進行。通過此次塌方處理，為今后的類似軟弱圍巖隧道預防和及時有效處理塌方提供了寶貴的施工經驗。

［1］陳小雄.現代隧道工程理論與隧道施工［M］.西南交大出版社.