大萬山隧道右洞初期支護塌方處治方案

孫 鵬

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032)

大萬山隧道位于呂梁市嵐縣與興縣交界的呂梁山脈白龍山，設計為左右線分離式，左線洞體全長10 379 m，右線洞體全長10 490 m，是靜興高速公路的控制性工程。2020年11月19日右洞已施工段落K39+097處出現塌方，在塌方前施工單位已將人員設備撤出，塌方后對塌方段落進行了反壓回填。由于回填后前方段落實際情況未知，洞頂塌方范圍是否擴大也未知，所以制定合理的處置方案對保證施工安全及保障施工進度具有決定性作用。

1 塌方發生過程

2020年9月16日隧道右線施工至K39+083掌子面。2020年9月22日施工至K39+096掌子面。在9月23日，K39+083～K39+092初支開裂掉塊，拱架變形，施工單位立臨時鋼拱架16榀，間距60 cm。施工單位于11月10日對局部拱架變形侵限段做換拱處理，施工完成K39+095～K39+113段仰拱后，隨即該段落開始出現拱頂沉降。從11月10日開始，至11月13日，K39+103觀測點累計沉降量161 mm，至11月15日，K39+108觀測點累計沉降量253.9 mm。施工單位于11月17日將人員及機械設備從掌子面全部撤出，從二襯端頭將未施工二襯區段全部封閉，并繼續監控圍巖變化。11月19日出現小范圍塌方，11月20日開始大面積塌方。

2 塌方段落地質情況

塌方段落屬于大萬山隧道K38+990～K39+200段的Ⅴ1級圍巖段落。該段落最大埋深452 m，洞體穿越F6壓扭性斷層破碎帶，巖性以糜棱巖為主，斷層碎裂巖飽和濕軟，斷層上盤張性裂隙較發育，相對富水，沿斷裂上盤接觸帶存在股狀涌水或淋雨狀出水，斷層帶局部可能短時發生突泥突水。屬中等富水洞身段。圍巖整體穩定性差。

3 塌方原因分析

塌方處地處F6壓扭性斷層破碎帶，圍巖條件很差。加之施工單位并沒有嚴格的按照原設計的超前帷幕注漿的方案施做本段落，導致了初襯拱架變形。在拱架變形后，臨時支撐措施不到位，并且注漿不及時不到位，最終導致了局部塌方，而后塌方擴大。

4 塌方治理

4.1 探明塌方體具體情況

(1)在拱頂下方，采用自進式管棚鉆機水平鉆進，探明塌方體長度，按1∶1坡率計算隧道內塌方堆積的體積。

(2)在臨近塌方處，采用自進式管棚鉆機傾斜鉆進，根據傾斜角度和鉆進深度，確認拱頂覆渣厚度。

(3)根據探明的塌方體長度、塌方總體積，考慮松散系數，按照漏斗原理估算拱頂以上空腔的高度、體積，以此作為細化處治方案的依據。

4.2 塌方治理方案

(1)塌方段治理方案

總體方案:利用橫通道，開辟第二工作面，從兩端同步治理塌方，既可恢復右洞掌子面的開挖保證施工進度，又可處理塌方和變形段。在ZK39+163掌子面附近或向前開挖8～10 m處施做施工橫通道(可將設計ZK39+228人行通道調整至此處)。具體治理方案如下。

①進口端噴射混凝土封閉加厚，確保封堵效果；出口端利用K39+103～K39+143變形段回填洞渣到起拱線形成上臺階，對塌方端進行封閉處理。

②拱頂加固。根據探測結果，若拱頂覆渣小于3 m，應向塌方空腔內泵送混凝土回灌，厚度不小于2 m；若拱頂覆渣大于3 m，采用注漿固結(帷幕注漿)，確保松散體全部加固。

③施做超前支護φ108管棚+φ42小導管。大管棚及小導管環向間距40 cm。將初支鋼拱架變更為I22鋼拱架，縱向間距60 cm。為防止在開挖過程中掌子面失穩垮塌，對塌方堆積體注漿加固。采用環形開挖預留核心土的開挖方法。加快鋼拱架支護施作速度、快速成環，縮短圍巖暴露時間。根據監測結果，必要時可考慮施作臨時仰拱。

④塌方空腔回填。拱頂以上滿足4～5 m范圍注漿固結或砼回灌的前提下，向空腔內吹沙或石屑1 m厚作為緩沖層，也可考慮采用輕型泡沫混凝土進行空腔回填。

(2)40 m變形段處理

①K39+103～K39+143變形段，經實測如侵限必須拆換處理，利用橫通道回填洞渣反壓至起拱線，形成處理作業平臺。

②侵限段拆換施工。先拱后墻自上而下逐榀更換，拆換施工必須遵循“先支頂、再注漿、后更換、全過程監控”的原則。

a先支頂。利用回填洞渣進行反壓支頂。

b再注漿。采用φ42小導管(花管)徑向注漿(注雙液漿)加固初期支護背后松弛地層，間距1.2 m×1.2 m，注漿深度3～4 m，注漿壓力0.5 MPa，注漿達到強度后可進行拆換。

c后更換。將初支鋼拱架變更為I22鋼拱架，縱向間距60 cm。加快鋼拱架支護施作速度、快速成環，縮短圍巖暴露時間。根據監測結果，必要時可考慮施作臨時仰拱。

d全程監控。安排專人24 h監控，加大頻率開展監控量測，如初期支護出現變形、掉塊等情況，及時采取應急處理措施，防止危害和損失進一步擴大。

③初期支護侵入二襯尺寸較小的，二襯有一定斷面保證的，通過變更二襯結構的辦法解決，盡量減少拆換作業數量，避免風險。

(3)相關要求

①左洞施工必須嚴格控制步距，加強監控量測，確保施工安全。

②塌方治理期間，施工單位及監理要加強全程監控，做好旁站記錄，確保洞內外信息暢通，全面提升作業人員安全意識。

5 結束語

隨著社會經濟的持續發展，我國的隧道建設規模越來越大，隧道施工過程的安全問題也越來越突出，尤其是塌方事故，經常在經濟上和人員上造成巨大損失。就像本次塌方，幸好提前有預兆，人員及機械及時撤場，如果塌方突然發生的話，后果不堪設想。所以以本次塌方為戒，在隧道穿越斷層帶施工時一定要嚴格遵循設計要求，做好超前帷幕注漿、超前小導管等一系列超前支護；在發現隧道初支變形的時候，更要充分做好臨時支撐，并及時注漿加固，以免形成塌方。

本次處治方案提供了一個利用橫通道開辟第二個工作面的塌方治理方案。這樣既可以保障工程進度，又能雙向處治塌方段落，是一種行之有效的處治方案。