渝湘高速公路正阳隧道塌方治理方案研究

高攀科，毛红梅，宋秀清，吴恒滨

(1.陕西铁路工程职业技术学院轨道工程系，陕西 渭南 714000;2.重庆三峡学院土木工程学院，重庆万州 404000)

渝湘高速公路正阳隧道塌方治理方案研究

高攀科1，毛红梅1，宋秀清1，吴恒滨2

(1.陕西铁路工程职业技术学院轨道工程系，陕西 渭南 714000;2.重庆三峡学院土木工程学院，重庆万州 404000)

塌方一直是我国隧道建设领域研究的热点问题。从施工过程中冒顶塌方形成经过、产生塌方原因入手，对渝湘高速公路正阳隧道一次塌方事故提出治理方案，认为岩隙渗水作用于覆盖层较薄、渗透性强的松散破碎地段使隧道上方岩土体的自稳能力恶化;通过坍口设置截水沟及多种形式注浆技术，及时加固坍塌体，封堵岩隙渗水。方案效果良好，具有一定借鉴意义。

公路隧道;塌方;治理方案;注浆

0 引言

随着西部大开发和区域经济的高速发展，我国原有交通路网已不能满足需要。为了满足日益增长的陆路交通，最近20年来，规划和建设了一大批铁路、公路线网，并逐渐摒弃原有的盘山道路，选用线路距离较短的隧道工程穿越山岭河海。截止2007年，我国大陆上已建成的铁路隧道有8632余座，总延伸6322 km;公路隧道4673余座，总延伸2555.5 km。我国在隧道建设方面取得了快速的发展和举世瞩目的成就，已成为世界上隧道数量最多、建设规模最大、发展速度最快的国家［1～6］。

在隧道建设中，由于其自身特点，施工过程往往存在较多不确定性因素和复杂工程地质环境。设计施工中稍有不慎，易造成隧道塌方，浅埋隧道还可能发生冒顶事故，给施工带来极大困扰。如何有效应对和治理隧道塌方一直是我国隧道建设领域研究的热点和重点［7～11］。

1 工程概况

西部开发省际公路通道重庆至长沙公路(以下简称“渝湘高速公路”)是我国规划西部开发通道的一部分，也是宁波至樟木国家重点干线公路的重要组成部分，是重庆市路网规划“两环八射”中的一射，黔江至彭水段是渝东南地区重要的运输通道。渝湘高速公路的建设对我国实施西部大开发，保持国民经济持续、稳定、协调发展具有十分重要的意义。

隧址山体地貌属于构造剥蚀溶蚀地貌，经历了海拔600 m左右，800 m左右两个溶夷谷地的垅岗谷地型岩溶组合地貌和脊状低中山地貌单元，其中三叠系地层一般组成高差在80～100 m的溶蚀山丘及洼地，构成垅岗谷地型岩溶组合地貌的中心;二叠系地层多组成浑圆高大的山体，构成垅岗谷地型岩溶组合地貌的边缘;志留系地层多组成鳍脊状山和坪状山。区内山顶海拔最高处为907 m，沟谷最低处海拔约622 m，地形最大切割深度约285 m。左线隧道进口段山坡坡向约170°，自然坡度约18°，出口段山坡坡向约327°，自然坡度约20°;右线隧道进口段山坡坡向约180°，自然坡度约15°，出口段山坡坡向约337°，自然坡度约20°。其中路线走向与区内最高峰山脊走向呈约45°夹角斜交。

ZK32+847～842坍方冒顶段隧址处于早期滑坡后边缘，覆盖层主要是残坡积的粘性土、角砾土、碎石土、块石土等，松散破碎，地下水贫乏，雨季岩隙裂隙水大，围岩稳定性差。

图1 坍方掌子面现场

2 塌方形成过程及原因

2.1 施工过程

ZK32+847～842坍方冒顶段原采用S5b支护衬砌类型，短台阶法施工。2006年9月7日，拱部开挖至ZK32+847时发生坍塌，将超前支护砸成梳状外露，掌子面塌方现场见图1。当晚及9月8日大雨后，坍方不断扩大，至9月8日5时洞顶地表形成一个直径约5 m、深度约3 m的坍穴，距暗洞拱顶垂直距离约30 m。形成塌穴距离最近居民民房仅40 m，塌穴与居民民房位置关系见图2。

图2 地表塌穴、民房与隧道平面位置关系

2.2 塌方原因

从隧道内及地表坍穴来看，覆盖层围岩为泥夹块石的坡积层，其渗水性强，隧道在经历强降雨后，地表降水主要以岩隙渗水的形式由地表从隧道掌子面排出。这一过程破坏了块石间的粘结力及围岩自稳能力。此时，加之隧道开挖后新的临空面形成，在围岩自重荷载作用下发生坍塌。

3 塌方处理方案

由于坍方段的覆盖层薄、围岩松散破碎，地表渗水对洞身围岩的稳定性影响大，且洞身中、下部及仰拱开挖支护扰动时会进一步影响其稳定性，故必须对地表坍腔及坍塌体、洞内坍口及相邻初期支护段进行紧急加固处理，防止坍方的进一步扩大。具体实施简述如下(参见图3)。

图3 处理方案示意图

3.1 地表坍腔的加固处理

(1)坍腔上支撑覆盖篷布，距坍口5 m设浆砌片石排水沟，防止降雨及地表水进入坍腔。

(2)地表坍穴四周及坍腔壁采用φ42 mm小导管注浆加固，小导管长5.0 m，间距1.2 m×1.2 m;挂φ8 mm钢筋网、喷射砼封闭，喷射砼厚10 cm。

(3)坍塌体加固处理:因块石土内无法成孔，故采用R51自钻式锚杆注浆作为φ108 mm钢管的成孔条件。钻孔方向采用倾斜孔(15°～20°)及竖直孔相结合;竖直孔主要作用为固结坍塌体，倾斜孔作用为固结及锁住坍塌体。为保证注浆效果，注浆采用水泥水玻璃双液注浆。

3.2 洞内加固处理

(1)反压回填掌子面，挖掘机夯实并喷砼封闭。

(2)ZK32+850～847拱部采用φ42 mm小导管注浆加固围岩，防止坍塌的继续扩大;小导管长4.5 m，间距0.75 m(纵)×1.0 m(环)。

(3)反压回填掌子面施作R51自钻式锚杆+φ108 mm长管棚(管棚内设3根φ22 mm钢筋笼，并灌注C30水泥砂浆增加刚度)超前注浆加固，注浆采用水泥水玻璃双液浆。

(4)ZK32+847～827段变更为S5c衬砌支护，φ42 mm向间距0.4 m，1 m(2榀工字钢)设一环。

3.3 双液注浆技术参数

水泥浆水灰比1∶1，水泥浆水玻璃体积比1∶0. 5;水玻璃浓度为35 Be';模数为2. 4;注浆压力:小导管注浆0.5～1.0 MPa;管棚及R51自钻式锚杆注浆:初压0.5～1.0 MPa，终压2.0 MPa。注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，注浆量根据实际情况作相应调整。

4 施工注意事项

(1)施工步骤:地表坍腔及坍塌体加固处理—洞内掌子面反压回填—洞内坍口相邻段围岩加固—超前自钻式锚杆及长管棚施工—开挖支护。

(2)施工前应由施工技术人员对施工班组进行详细的技术交底，现场施工负责人现场指挥，并设有安全防护及专人进行安全观测，如有异常情况及时采取相应处理措施。

(3)该方案中固结坍塌体使之处于稳定最为关键，应采用反复、多次注浆的办法保证注浆质量，并根据实际情况调整注浆参数。

(4)及时施作下台阶初期支护及仰拱衬砌。

(5)本隧道支护结构应用新奥法原理采用复合衬砌，施工过程中必须进行现场监控量测，及时掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态，提供有关隧道施工的全面、系统信息资料，以便及时调整支护参数。通过对量测数据的分析和判断，对围岩－支护体系的稳定状态进行监控和预测，并据此制定相应的施工措施，以确保洞室周边岩体的稳定以及支护结构的安全。

5 结语

(1)塌方作为隧道建设过程中常见、典型的事故［7］，其产生和发展的诱因常与雨季地表降水增多有关，在覆盖层较薄、渗透性强的松散破碎地段地表渗流对隧道上方岩土体的自稳能力产生较大影响，诱发坍方。

(2)坍方体的开挖作业扰动会进一步影响围岩稳定性，故对于塌方冒顶，应对地表坍腔及坍塌体、洞内坍口及相邻初期支护段进行紧急加固处理，防止坍方的扩大。

(3)隧道塌方治理中，坍口应设置截水沟，避免地表径流进一步下渗;并通过自钻式锚杆、小导管及长管棚等多种形式注浆技术及时加固塌穴周边地表、隧道上方地层和坍塌体，封堵岩隙渗水。正阳隧道塌方治理方案效果良好，具有一定借鉴意义。

［1］关宝树.隧道工程施工要点集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］徐干成，白洪才，郑颖人.地下工程支护结构［M］.北京:中国水利水电出版社，2002.

［3］马涛.浅埋隧道塌方处理方法研究［J］.岩石力学与工程学报，2006，25(S2):3976 －3980.

［4］我国隧道数量和总长居世界第一［J］.铁道标准设计，2003，(S1).

［5］凤懋润.中国公路和隧道建设［A］.中华人民共和国交通部公路司等编.“国际隧道研讨会暨公路建设技术交流大会”论文集(上册)［C］.北京:人民交通出版社，2002.

［6］高攀科.斑竹林隧道软弱围岩变形特征与控制措施研究［D］.重庆:重庆交通大学，2009.

［7］徐学深.浅埋大跨度土质隧道塌方原因分析［J］.隧道建设，2002，22(1):16 －17.

［8］彭志坚，许锦林.铁路双线隧道塌方整治［J］.铁道建筑技术，2006，(1):34 －39.

［9］黄福波.油房头隧道塌方处理施工技术［J］.铁道建筑，2006，(2):34－39.

［10］孙学富，朱秀清.隧道工程塌方治理及工程实例［J］.公路交通技术，2006，(2):105 －107.

［11］陈秋南，赵明华，周国华，等.复杂层状岩层隧道塌方原因分析与加固后信息化施工技术［J］.岩土力学，2009，30(3):650－653.

Study on Tunnel Collapse Treatment of Yuxiang Highway

GAO Pan-ke，MAO Hong-mei，SONG Xiu-qing，WU Heng-bin2(1.Shannxi Railway Institute，Weinan Shannxi 714000，China;2.Chongqing Three Gorges University，Wanzhou Chongqing 404000，China)

Tunnel collapse has been a key issue in the tunnel construction field in China.A treatment method was formed for a collapse in Zhengyang Tunnel of Yuxiang highway based on the formation process of roof fall and the cause of collapsing accident in the construction.Self-stability of the surrounding rock above the tunnel is exacerbated by the affection of the thin overburden layer and weak stratum of rock with the groundwater in cranny.A channel is constructed around the mouth of collapse to strengthen the collapsing section and succeeded to seal the seepage water.

highway tunnel;collapse;treatment method;grouting

U458.3

A

1672－7428(2011)09－0093－03111

2011－03－28;

2011－05－22

高攀科(1984－)，男(汉族)，河南郏县人，陕西铁路工程职业技术学院助教，桥梁与隧道工程专业，硕士，主要从事隧道及地下工程研究与教学工作，陕西省渭南市站北路东段1号，gpkkyy@163.com。