软弱围岩在富水情况下塌方的预防和处理

陈 伟

中铁工程设计院（天津）有限公司，天津 300011

0 引言

我国正处于社会经济大发展的重要时期，大力开发基础建设在国民经济结构中占有一定的地位，在进行隧道工程建设中这就不可避免得涉及到更多更长的软弱围岩地段，国际岩石力学学会建议把强度低、风化、破碎的岩层统称为软弱围岩，在这一类岩层中开挖的隧道，我们称为软弱围岩隧道， 软岩的外观结构较细，硬度较低，软岩在富水情况下会出现遇水软化，显示出一定的可塑性、膨胀性等水理性质，若逐渐软化隧道周边土体，会使土体抗剪强度降低，给施工造成难度，严重时会造成塌方。因此，软弱围岩在富水情况下如何有效地预防和处理塌方是一大难点。

1 主要的预防和处理措施

1.1 施工方案选择

通过制定科学合理的施工方案，精心组织，周密安排，对比各施工方案的优缺点，如隧道采用全断面开挖，每循环施工时间较长，围岩在支护前变形能释放较完全，隧道围岩变形较大，对于软岩大断面隧道，若采用全断面开挖，往往来不及支护，隧道即发生塌方事故，故一般情况下大断面软岩尽量隧道开挖采用分部开挖。在软岩隧道内采用机械开挖对围岩的扰动比采用爆破方法要小，围岩的稳定性相对就好些。在隧道掘进过程中，围岩的变形自掌子面前方1.5倍～2倍洞径处即已开始，当采用快速掘进时，循环时间较短，往往在隧道开挖后，立即进行临时支护结构施工，这样软弱围岩隧道围岩时间效应影响较小，在具有蠕变性质的软弱围岩隧道掘进时，其掘进速度的快慢，往往直接影响围岩的稳定，掘进速度太慢，掌子面前方的岩体在掘进前即进入了松弛破坏阶段，围岩甚至随挖随塌，给支护工作带来了施工难度。因此，应选取工序简单，施工干扰少，临时支护量少，质量易于保证，工效高，工期短，成本低的方案。

1.2 施工过程中的受力体系转换

施工的临时施工支护虽不构成隧道的主体结构，但它是施工过程中不可缺少的重要一环，临时施工支护并支护后形成的受力结构由于施工的继续进行又需拆除，这就造成受力体系将发生转换，因此，只有在主体初期支护支点作用于临时支撑面时方可拆除临时支护。

1.3 排放水系统

软弱围岩在富水情况下易发生塌方，施工难度大，设计中放水措施较弱，应根据工程实际情况，结合设计意图， 在施工中采取了设置软式透水管、盲沟等引排水措施，也可借鉴其它隧道排放水的经验，因地制宜，把防水效果的好坏作为检验防水措施优劣的标准。

工程中的漏水主要分为点漏、缝漏、面漏3种类型。对隧道渗漏水病害进行整治，可先按注浆、后嵌缝堵漏或凿槽排水、抹面的顺序进行治理，各环节根据实际情况可以进行调整。对典型软岩、裂缝水较发育隧道渗漏水的整治，应先分析渗漏水形成的原因，在针对不同的渗漏水形式，采取不同的堵排方法。隧道应以预防渗漏为主，设计方面应尽量探明地质、水文条件，采取适合的给排设计。除此之外还要根据地质、水文变化采取相应防排水设施。

1.4 地基加固技术

施工设计方案不成熟，稍有疏忽，就极有可能造成塌方。因此，对于这些地段的地表预加固措施的研究，具有重要的现实意义。施工中可通过地基锚杆，混凝土垫层，注浆加固与堵水等措施进行，这些措施可以提高软弱围岩的整体稳定性，增大整个支护体系的安全系数，抑制地表沉陷，减轻隧道施工对地表沉陷的影响，有效制约软弱围岩位移。

1.5 监控量测

施工中对围岩的监控要紧密结合施工过程，在动态施工过程中，围岩经过多次扰动后，变形产生多次叠加，这些复杂的动态关系，都需要在施工过程中通过监控量测来加以确定和处理。目前现有研究成果的不多，需要在这方面不断积累数据和经验，这就有必要建立健全监控量测体系及监控基准来指导设计和施工并研究预测和预报施工中可能发生的事故。

2 应用实例

2.1 工程概况

某隧道工程，本段地形为海积平原及台地，上部为人工堆积素填杂土、粘土，下部为花岗岩残积层及风化程度不同的花岗岩，属于软岩，地下水丰富。

区间暗挖隧道采用台阶法施工，全环设格栅钢架， 采用超前支护+初期支护形成联合支护体系，超前支护沿拱部外轮廓施作超前小导管，施作范围为拱部120°，导管与格栅钢架双面焊接。初期支护体系由格栅钢架+纵向连接筋、锁脚锚管+喷混凝土组成。台阶长8m～12m。上台阶开挖至SK14+318处，砂质粘性土遇水软化成流塑状，拱部右侧出现渗漏水，并伴有泥石流涌出，拱脚处出现水平裂缝。经监测，拱部沉降较大，为此采取应急措施:在上台阶施作临时支撑，同时封闭上台阶，施工下台阶，尽快形成封闭环。某日刚开挖完毕，尚未架立格栅钢架，拱部右侧出现突水，并伴有大量泥石急剧涌流而出，坍塌物填塞，整个下台阶，难以清除，同时拱脚处裂缝加大，初支混凝土逐渐剥落，造成右侧拱部突然垮塌，从拱部连带拉裂5榀格栅钢架，初期支护已失去支护能力。

2.2 工程事故处理

对洞内塌方地段采取临时支撑加固，在塌方体底部用钢管向外排水，然后用喷混凝土将坍方体覆盖封闭；为了抑制洞内积水造成的土体软化，对洞内排水采用人工降低地下水，用抽水机将积水排至竖井处集水坑，再用水泵将水抽入地面蓄水池，经沉淀后排入市政雨水管道中；下台阶在塌方后变成了斜坡状，对其采取全封闭以，确保施工安全，具体为打入钢插板，并用水泥砂袋垒砌成台阶，控制了土体的流动，然后采用喷混凝土封闭；对下台阶软弱土体打入注浆导管进行注浆加固，确保下台阶的稳定性。封闭完成后，对拱部右侧塌方地段进行注浆，加固土体，减少拱顶沉降，在隧道两侧布设注浆小导管进行地表加固；塌方发生后，及时对洞内塌方地段和深南大道地表加强施工监测，加大监测频率，对洞内各测点和地表监测点每天2次。

2.3 处理效果

地表沉降较大，一是由于塌方引起的，另一方面由于地表降水引起土体收缩固结所致。经过地表注浆加固后，地表沉降逐渐趋缓，有个别地方略有回升。洞内经过支撑加固和注浆加固后，沉降和收敛得到了有效控制，保证了整体结构的安全。

3 结论

公路隧道富水软岩段的施工，一定要根据地质条件，选择合适的开挖方法和支护方式，坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的施工方针。不良地质隧道施工中应切实做好围岩地质超前预报工作，逐段核实围岩类别，有针对性地进行防治。为了减少软弱围岩在富水情况下塌方的发生，必须根据施工中的实际情况加以分析，针对性地采取正确的措施。

[1]齐景狱，等.隧道爆破现代技术[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[2]何满潮.软岩工程力学[M].北京：科学出版社，2002.