山區隧道斷裂破碎帶段塌腔處理技術

董永平

摘要：隧道施工遇到松散的大斷裂帶，并且在掌子面處發生塌方時，需要采取相關的施工技術保證施工過程中的安全及隧道使用過程的運行安全。本文以廈沙高速公格泉州德化段格仔隧道為例，介紹、分析該隧道ZK70+311-ZK70+335塌方段塌方原因及處理方法，提出了施工過程中的安全、質量控制措施，取得了良好的處理效果，為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：山區隧道；斷裂破碎帶；塌腔處理

1 工程概況

格仔隧道為廈沙高速公格泉州德化段一座分離式隧道，為一座分離的四車道高速公路隧道，隧道凈寬為10.25m，凈高為5m。隧道左線起長1520m；隧道右線長1545m。隧道結構按照新奧法原理進行設計，采用復合式襯砌。塌腔段起止樁號為ZK71+311～ ZK71+335，設計圍巖等級為Ⅲ級，支護類型Z3，埋深約141m。在施工至隧道大斷裂帶處時拱頂局部有掉塊，形成拱頂局部塌腔，塌腔體有間斷性掉塊，塌腔逐步加大，直至塌腔長度大約為28m，塌腔高度大約為18-20m，塌腔寬度大約為15m時塌方體穩定。

1.2 工程地質情況

隧址區屬剝蝕低山地貌，隧道軸線大致呈北北向西，地形起伏較大，一般坡腳25-300，隧道最大埋深約165米，洞身局部段落下穿溝底，最小埋深不足20米。隧址區地表植被較發育，覆蓋層相對較薄。本隧址場區表層多為第四系殘積坡土，下伏燕山晚期（γ53）花崗巖及其風化層。受東北區域構造影響，隧址區發育構造帶一條及節理密集帶數條，構造帶內巖石較破碎-極破碎，完整性較差-差，巖體強度較低-底，風化不均勻，無大型滑坡、泥石流、崩塌和巖溶塌陷等不良地質作用。地下水主要為風化巖層的孔隙-裂隙水及洞身基巖裂隙水：風化基巖中裂隙-孔隙賦存于第四系坡殘層底部及破碎塊強風化巖層中，富水性一般；基巖裂隙水主要受裂隙、節理等的控制，在裂隙寬度變化較大，帶內巖體破碎時，富水性較好。

2 塌方段情況簡介

2.1塌方經過及塌方段工程地質情況

格仔隧道左洞掌子面施工至樁號ZK71+311，爆破作業完成后，在進行排險工作時，見拱頂有大量石塊掉落，約10分鐘后，ZK71+311位置拱頂出現局部塌腔（高度約2米），發生塌方后迅速撤離施工作業人員及下方設備，并在距離掌子面100米 以外位置設置警戒線。塌腔體持續間斷性掉塊，繼續擴大，至塌腔長度大約為28m，塌腔高度大約為18-20m，塌腔寬度大約為15m時塌方體穩定，地面形成坍塌體呈錐狀，塊徑多為0.1-0.5m，個別可達2m，較堅硬。

通過對塌腔體進行觀察，掉落石塊由松散體和石塊組成，以中風化-微風化花崗巖為主，為較堅硬巖，巖體破碎-極破碎，節理裂隙很發育，總體呈碎裂鑲嵌結構，節理裂隙切割圍巖，其組合不利于圍巖穩定，局部裂隙可見地下水滲出，呈點滴狀。施工過程中在水和空氣的作用下，應力釋放，拱頂出現掉塊并逐漸發展成塌腔。

2.2 塌方原因分析

引起隧道變形并最終導致塌腔是多種不利因素的共同疊加結果：

1、塌腔體由松散體和石塊組成，巖體破碎，節理裂隙切割圍巖，局部裂隙有地下水滲出，其組合不利于圍巖自身穩定；

2、此段圍巖處于圍巖等級交替過渡段，花崗巖侵入砂巖，形成地質斷裂構造帶，圍巖交接形差，穩定性極差，當周圍巖體被開挖時，容易出現巖體應力釋放，形成塌方。為典型圍巖的斷裂層。

3 塌方段處理方法

3.1掌子面回填反壓并固化

首先暫停掌子面施工，并在洞外運輸洞渣至塌腔面，進行回填反壓，對塌腔體外緣范圍采用小導管進行注漿加固（小導管直徑50mm，長度6m，間距1.5m*1.5m布置）。并對塌腔體表面噴射C25混凝土固化（厚度20厘米，混凝土強度達到100%）。同時對塌腔面往小樁號方向ZK71+307-311立4榀工20型鋼進行加固，鋼支撐間距1m，環向連接鋼筋ф25@1m，L=1m焊接牢固，鎖腳錨桿ф25，L=3.5m每榀4根；全斷面掛ф12@20cm*20cm鋼筋網，并噴射C25混凝土，確保塌方段不繼續擴大范圍。

3.2 架設砼泵管

往塌腔體內送3根不同角度ф108砼泵管，長度22m，2根用于泵送混凝土（1根備用）、1根用于排氣管，并將泵管端頭架立牢固。

3.3 泵送C25砼及超前小導管注漿

1、塌腔體若覆蓋層大于6m，采用φ50mm超前小導管（環向間距100cm，縱向間距100cm）對覆蓋松散體進行注漿固結，確保保護殼厚度不小于6m。ZK71+320-ZK71+328段采用φ76mm鉆桿超前支護（外插角為3-50），環向間距50cm，每根鉆桿長為19-22米，每鉆完一孔便頂進一根鉆桿，施工順序為自下而上，鉆進過程中需嚴格控制鉆進角度，鉆桿端頭約有3cm的孔，可注漿將拱頂塌腔體進行固結，防止開挖過程中由于塌腔體松動造成垮塌。

2、塌腔體若覆蓋層小于6m，先用采用徑向小導管（環向間距100cm，縱向間距100cm）對覆蓋松散體進行注漿固結后，再通過ф108管泵送C25混凝土，確保上方保護殼厚度不小于6m，每次泵送混凝土厚度不得大于2米。

3.4 開挖及初支

ZK71+311-ZK71+335段空腔砼終凝后，進行二次開挖施工。根據“短進尺，弱爆破”原則，開挖采用預留核心土法施工，每循環進尺控制在0.6m范圍內，確保已澆筑砼段穩定；開挖后機械對石渣進行清除，待渣體穩定后掌子面噴射C25砼25cm。

初支鋼拱架采用I20b工字鋼支撐，縱向間距30cm，并根據對拱頂塌方體實際注漿效果，可調整鋼拱架間距（最大≤50厘米），每榀鋼架拱腳各設置2根L=3.5m鎖腳注漿小導管，各階段須認真施作到位，同時鋼拱架應落底到位，工字鋼縱向采用φ25鋼筋連接，環向間距1米；鋼筋網采用φ12，網格間距20cm*20cm；同時采用噴射C25砼進行封閉，厚度30cm。

3.5 二襯施工

二襯采用Ⅴ級加強復合式襯砌（鑒于底部為堅硬的花崗巖，取消仰拱），厚度60cm，主筋采用φ25，縱向間距調整為10cm，混凝土由C25調整為C30，抗滲等級不變；環向及其它配筋參照Ⅴ級圍巖ZDK-1支護確定。

3.6 施工過程注意事項

1、本次塌腔屬于大型塌腔，塌腔高度高達20米，充填量較大，要求嚴格按照方案施工，確保施工期間及運營期間的安全。

2、初支施工注意預留φ108*6mm管，其中兩根為泵送混凝土管，一根為排氣管。

3、開挖方式調整為預留核心土法施工，應加強施工過程中的監控量測工作

4、塌腔段落處理結束以后，應盡快進行二襯施工以確保塌腔段落穩定。

5、鑒于本隧道為小間距隧道，左右線間距不足30米，本次塌腔影響范圍較大，為避免塌腔對右線造成影響，右線施工塌腔區段相同里程時，應加強右洞超前地質預報及監控量測工作。

4 施工過程安全、質量控制

1、必須詳細查明和分析工程的地質情況與隧道周邊環境狀況，組織專家制定專項施工方案。

2、全過程監控量測。監測點和監測斷面布設應符合設計要求，并力求反映工程實際狀態，監測數據分析處理及時反饋設計。必要時加密監測測點、提高監測頻率，并根據監測結果及時調整掘進參數。

3、管棚及小導管注漿要保證效果，嚴格按照試驗參數，控制注漿量。在進行注漿作業時，要有專人負責，根據監控量測數據隨時調整注漿壓力，防止因注漿效果不要，造成次生災害。

4、每開挖一榀鋼架的間距，應及時支護、噴錨、閉合，嚴禁超挖。鋼拱架應與噴射混凝土形成一體，鋼拱架與圍巖的間隙必須用噴射混凝土填充密實，同時鋼拱架應全部被噴射混凝土覆蓋，保護層不應不小于設計要求

5 結語

在面臨大斷面隧道施工時，承包方必須高度重視，尤其是伴有淺埋偏壓、高地應力和節理裂隙發育等不良地質現象，承包方更應加強超前地質預報、監控量測的數據分析工作。選折施工方法前必須經過現場條件調研分析，在技術經濟綜合比較基礎上選折比較適宜的施工方法。做好切實可行的施工技術方案，施工過程中嚴格準信 “管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、快成環”的施工原則，同時加強監控量測工作。總體來說，此次塌方處理方案合理，符合現場實際，施工工藝得當，施工質量滿足設計要求，塌方處理達到了預期效果。隧道的大斷裂帶塌方在采取上述處理方法后成功實現隧道的貫通，同時經相關單位對塌方段進行檢查，隧道結構能夠滿足隧道營運期間的相關安全要求，為今后隧道的大斷裂帶塌方處理提供了一種安全可行的方法及施工經驗。

參考文獻

[1]《公路隧道施工技術細則》（JTG/T F60-2009）；

[2]《公路隧道施工技術規范》（JTG F60-2009）；

[3]《錨桿噴射混凝土支護技術規范》GB50086-2001；

[4]張元景 隧道塌腔施工處理技術.《山西建筑》，2016年，第42卷（第二期）。

（作者單位：中交二航局成都城市建設工程有限公司）