軟弱圍巖隧道塌方處治措施探析

■李帝春

（南平京臺高速公路有限責任公司，南平 353000）

1 隧道工程概況

京臺高速公路某隧道為左、右線分離式隧道，左右線間距19～22m。該隧道左洞長187m，右洞長222m，均屬短隧道。隧道最大埋深約40m，隧道左、右洞均位于直線上。

該隧道圍巖為全風化的云母石英片巖，呈散體狀結構。[BQ]＜200。地下水較貧乏，開挖中地下水多呈面狀滲透，雨季呈淋雨狀出水，全風化巖易崩塌，無自穩能力。地表為殘坡積粉質粘土，植被茂密，為竹木林地，土質疏松，地表降雨下滲致使地下水較豐富。

襯砌結構形式按Ⅴ級深埋設計，襯砌支護設計參數：I18 工字鋼鋼架支撐，鋼架間距50cm，噴射C25 早強混凝土厚24cm，系統錨桿為Φ25 中空注漿錨桿L-350cm，間距100cm×100cm；φ6 鋼筋網片20cm×20cm；二次襯砌為C25 鋼筋混凝土厚45cm，二襯主筋為Φ20螺紋鋼筋，間距20cm。

2 現場坍塌情況

隧道左洞上斷面開挖掘進至ZK27+443，離進口成洞面還有65m 時（從出口端開挖掘進），正在進行出碴作業，發現掌子面拱頂圍巖連續掉塊，接著變形急劇加大，塌方至地表，掌子面失穩冒頂，塌方體填充整個上斷面，在ZK27+443～K27+455 段的地表出現了一個12m×12m×2m 的大坑。該段隧道埋深約為26.7～32m，地表為一個近40°的自然坡面，表層為竹木林地，植被茂密；已施工的ZK27+443～K27+451.2 段初期支護完全被塌方體壓垮，ZK27+451.2～K27+453 段初期支護也有較大的變形，鋼拱架變形較嚴重。由于早發現、早撤離沒有造成安全質量事故。

3 塌方原因分析

(1)該處的坍塌體巖層以全風化的石英云母片巖為主，圍巖級別為Ⅴ級，圍巖強度低、自穩能力弱，容易發生坍塌。

(2)隧道埋深實際測量為28～35m，洞頂為竹木林地，土質疏松，且地表有大量的樹坑。施工期間隧址地區普降大雨，地表水沿樹坑、裂隙等下滲進入隧道，不但增加了圍巖的豎向壓力，而且軟化了圍巖，降低了圍巖的粘聚力。

(3)開挖攏動、清理洞碴也會導致掌子面失穩。

4 塌方處理措施

(1)應急處理措施：隧道塌方后，掌子面停止開挖掘進，在塌體邊緣采取堆麻草袋等措施對掌子面進行封閉，對塌腔周邊松散體進行錨噴網加固，采用注漿小導管進行加固，避免塌腔繼續擴大。對已經施工的支護變形段ZK27+453～K27+463 段增加臨時型鋼支撐，間距80～100cm/榀，并用木楔緊固；在地表塌陷區外圍挖臨時排水溝，用彩條布覆蓋塌陷區防止雨水進入，對塌陷區域及時夯填碎石土，高出周邊約50cm。

(2)塌方處理按下列步驟進行：塌腔體處理→塌方影響段加固→地表塌陷區回填→洞內超前支護→洞內開挖→初期支護→地表塌陷區綠化。

①塌腔體處理：隧道塌方后，掌子面停止開挖掘進，在塌體邊緣采取堆麻草袋加固，對塌腔周邊松散體進行掛網錨噴，噴射混凝土為強度C25，厚度為25cm。再用注漿小導管進行注漿加固，注漿材料為水泥凈漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。避免塌腔繼續擴大。

②塌方影響段加固：對已經施工的ZK27+451.2～K27+453 支護變形段增加臨時型鋼支撐，間距80～100cm/榀，并用木楔緊固；同時拱腰部位打Φ42mm 小導管注漿加固，長度4.5m，按1.0m×1.0m 布置。

③地表塌陷區回填：在地表塌陷區外圍挖臨時排水溝，用彩條布覆蓋塌陷區防止雨水進入，等塌腔體及支護變形段基本穩定后，對塌陷區域及時分層夯填碎石土，碎石土高出周邊約50cm。并對周圍的陷穴、樹坑洞等進行回填，保證地表排水暢通，防止地表水進入塌方體；當洞內塌方處理完成后，及時對地表塌陷區進行綠化。

④洞內超前支護：隧道塌方段（ZK27+443～ZK27+451.2）處理采取雙層小導管方案。采用雙排超前小導管進行超前支護，超前小導管在掌子面拱部120°范圍內按雙層布置，環向間距30cm，小導管搭接長度為2.0m；第一排長度6.0m，角度為5～10°，該層超前導管應先用細石混凝土灌滿，待混凝土終凝時然后再打入。第二排長度4.5m，角度45～60°，該排小導管及時進行注漿。

圖1 塌方段超前支護縱斷面示意圖

⑤洞內開挖：采用環形預留核心土法進行開挖，進尺必須控制在60cm，開挖預留變形量為20cm，采取必要的防止拱架下沉的措施。

⑥初期支護：及時進行塌方段下斷面的開挖和仰拱的施工，初期支護盡早封閉成環，盡快施工二次襯砌。

塌方段按Ⅴ級淺埋加強的支護參數：I20b 型鋼拱架間距為50cm，拱架用Φ20 鋼筋連接，環向間距為1.0m，交錯布置在型鋼拱架的內外側。

系統錨桿：第一環采用Φ42mm 系統錨管，長度3.0m，按1.0×1.0m 布置，每環14 根；第二環采用Φ22mm 砂漿錨桿，長度3.0m，按1.0m×1.0m 布置，每環14 根。此兩種系統錨桿（管）間隔布置，系統錨管必須按要求進行注漿。

采用Φ6mm 鋼筋網，間距為20cm×20cm，雙層布置；噴射混凝土厚26 cm；二次襯砌為55cm 厚鋼筋混凝土。

⑦塌方段處理完后，對坍塌影響段ZK27+451.2～K27+453 逐榀換掉初期支護的鋼拱架，挖夠尺寸后按Ⅴ級淺埋加強段的支護參數進行支護，并及時施作下斷面、仰拱和二襯。

⑧停止從洞內開挖掘進。盡快從進口端施工套拱和大管棚，大管棚長度加長至35m（原設計大管棚長度為28m），隧道貫通面設置在離洞口至少35m 以上不小于管棚長度的地方。

⑨地表塌陷區綠化：在塌陷區碎石土上回填0.5m厚以上的耕植土種植當地鄉土樹種。

5 施工處理過程中注意事項

(1)在施工前，必須制定詳細的施工方案和各項保證措施，以保證施工安全和工程質量；施工時應嚴格按照隧道塌方處理方案和施工規范進行塌方段施工。

(2)型鋼拱架必須放在穩固的基礎上，并施作鎖腳錨管，必要時應對基礎進行處理或者鋪設厚度5cm 的木板，增加底部的接觸面積，盡量減小拱架的下沉量。

(3)塌方段處理完成后應立即施工下斷面和仰拱，盡早使初期支護封閉成環，以改善其受力結構；及時施工二次襯砌鋼筋混凝土。

(4)施工過程中應加強圍巖的監控量測，及時進行數據分析，以便確定合適的預留變形量，也便于迅速對圍巖和施工情況的變化提出應對措施，從而避免二次塌方。

(5)塌方段處理過程中及完成后，洞內、洞外布置監控量測點，加強監控量測工作，塌方段及其影響范圍內應進行地表下沉觀測。

6 小結

隧道施工遇到軟弱圍巖時，發生圍巖大變形、塌方等地質災害，而由地質災害引起的停工短則幾個月，長則半年或者更長。該塌方段按處理措施認真組織施工，一個多月后順利通過了塌方段，經過后期的觀測，塌方處理段未發生混凝土開裂、拱架下沉變形現象。說明處理方案是可行的，處理效果達到了“安全、快速、節約”的目的。在今后進行軟弱圍巖隧道施工時，應嚴格遵循：

(1)“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則施工。

(2)開挖后盡快初期支護，各部開挖工序間距要盡量縮短，以減少圍巖暴露時間，將超前小導管支護錨噴支護緊密結合，超前小導管與型鋼鋼架連接成整體，才能發揮更好的聯合支護作用。

[1]JTG D70-2004,公路隧道設計規范[S].

[2]JTJ042-2009,公路隧道施工設計規范[S].

[3]福建省高速公路隧道施工標準化指南.