斑竹林隧道软弱围岩段塌方治理技术研究*

陕西铁路工程职业技术学院 高攀科 毛红梅 宋秀清

斑竹林隧道软弱围岩段塌方治理技术研究*

陕西铁路工程职业技术学院 高攀科 毛红梅 宋秀清

一、工程地质概况

重庆至长沙高速公路斑竹林隧道，隧址属构造剥蚀浅切割低山区地貌（由一系列脊状山、坪状山组成），山顶海拔最高处为935 m，河谷海拔约555 m，地形最大切割深度约380 m，最大切割部位在进洞口段。左幅隧道进口段山坡坡向约206°，自然坡度约35°;出口段山坡坡向约354°，自然坡度约55°。右幅隧道进口段山坡坡向约141°，自然坡度约45°；出口段山坡坡向约18°，自然坡度约46°。按工程地质分区，隧址位于断裂带破碎岩石亚区和平缓褶皱半坚硬岩石亚区。隧址山体位于泥质、砂质碎屑岩分布区，组成山体的岩层为志留系中统罗惹坪群第二段（S2lr2），岩层以页岩、砂质页岩、粉砂岩为主，局部互层状发育，较软岩居多，其中粉砂岩、石英砂岩为硬岩（单层厚度一般小于1.0 m）。斑竹林隧道左线掌子面ZK35+191.8围岩属软质页岩，岩石呈水平层状，层间结合差，含泥化夹层，岩体软弱破碎，裂隙发育，有股状水流出，路线前进方向从左向右有一竖向断层，与路线夹角约15°，围岩稳定性差，埋深约130 m。

二、塌方形成过程及原因

1.塌方形成过程。斑竹林隧道左线ZK35+193.8～ZK35+ 191.8段，原设计采用s4b复合式衬砌类型施工,因地质因素（围岩破碎）影响变更为s4a复合衬砌类型，并增加超前锚杆；当掌子面开挖到ZK35+191.8时，拱部出现坍塌、掉块，路线前进方向左侧拱部坍塌较大，高2 m，有股状水从坍腔流出，不时有石块从拱顶坠落，为保证施工安全，施工单位立即停止施工；停工2 d后掌子面ZK35+191.8拱顶再次出次大面积坍塌，坍体将掌子面封闭，坍方量为300～400 m3，坍塌体主要由切割整齐大小不等的块石组成，估计坍方纵向长5 m，高7～8 m。斑竹林隧道软弱围岩段坍塌情况如图1所示。

2.塌方形成原因。隧道周边围岩属软质页岩，地质构造影响严重，节理发育，岩石被切割严重，形成了主要由块石堆积而成的围岩，块石间少有填充物，黏结力小，在未扰动的情况下处于平衡状态，开挖后形成新的临空面，应力重新分布，一旦有一颗块石失稳就有可能形成多米诺效应，进而产生大规模坍塌。隧道周边围岩均为块石堆积，围岩的自稳能力差（拱效应无法形成），隧道埋深在130 m的情况下无法承受其施加的巨大压力。地下水丰富，通过裂隙进入岩体，在地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳，加速了层间移动。

三、塌方处理方案

对坍塌体围岩注浆，以改善围岩的物理力学性能，形成较为紧密的承压拱，进而提高围岩的自稳能力。由于前方掌子面坍塌，导致已施作好的格栅拱架下沉、变形，应对相邻初期支护段进行紧急加固处理，以防止塌方的进一步扩大。

1.塌方影响段加固。加固措施如下。

（1）设置临时钢支撑护拱。ZK35+191.8～ZK35+201.8段设置临时18工字钢拱架，纵向间距1 m，工字钢拱架间用Φ22 mm纵向连接筋相连，环向间距2 m。工字钢拱架的径向固定采用Φ22 mm径向药卷锚杆（长3.0 m），纵、环向间距1 m×3 m，梅花型布置，尾部焊在工字钢拱架上。每榀工字钢拱架拱脚设Φ22 mm锁脚锚杆（长3.5 m）4根。

（2）径向小导管注浆加固。ZK35+191.8～ZK35+201.8段拱部120°（圆心）范围内采取径向小导管注水泥-水玻璃双液浆加固，小导管（外径42 mm、壁厚3.5 mm）为热轧无缝钢管，长3.5 m，纵、环向间距1.0 m×1.2 m，梅花形布置。小导管前端呈椎状，尾部焊上Φ6 mm加筋箍，管壁四周钻8 mm压浆孔，但尾部1 m段不设压浆孔。

2.塌方段处理。处理措施如下。

（1）因该坍塌体松散无法成孔，故采用T60自进式锚杆先期注浆，同时为Φ42 mm小导管成孔创造条件，以便对坍塌体第二次补浆，进一步加强对坍塌体的加固。围岩段塌方处理措施如图2所示。

（2）T60自进式锚杆长12 m（地质超前探孔塌方区纵向长度10 m），环向间距40 cm，外倾角5°～10°，Ф42 mm小导管穿与T60自进式锚杆交叉布设，长4.5 m，外倾角10°～15°。

（3）ZK35+179.8～ZK35+171.8段采用Φ42 mm小导管作为超前支护，长3.5 m，环向间距0.4 m，纵向间距2.0 m，每环35根。

（4）坍塌体开挖采用三台阶法施工，ZK35+191.8～ZK35+ 171.8段按s5e复合衬砌类型施工。

3.双液注浆技术参数。水泥浆水灰比为1∶1，水泥浆水玻璃体积比为1∶0.5；水玻璃浓度为35波美度，模数为2.4；小导管注浆压力为0.5～1.0 MPa；管棚及R51自钻式锚杆注浆压力为：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。

四、施工注意事项

1.临时钢支撑支护18工字钢拱架与喷射砼之间的空隙用木楔塞紧，加大临时支护的受力点。

2.自进式锚杆施工前要按照方案要求准确定位，钻进时要掌握好施工角度，角度偏差过大会严重影响注浆质量。

3.该变更设计中固结坍塌体最为关键，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.开挖必须是在水泥-水玻璃浆液凝固并达到强度后进行。

5.及时施作仰拱及二次衬砌。

五、监控量测及信息化管理

1.加强软弱围岩段监测工作。由于地下工程的复杂性和特殊性，在隧道施工过程中一般需要根据隧洞内外地质调查、洞内观察、现场监控量测及岩土物理力学试验等施工反馈信息，进一步分析围岩的物理力学参数，进而确定和修改隧道施工方法和支护方式。斑竹林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，以便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信息资料，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。

2.软弱围岩段施工信息化管理。地下工程施工是动态的，可变因素多，施工过程中围岩的物理力学性能是不断变化的，施工方法和技术应根据实际情况确定。隧道施工决策要在施工阶段的地质技术、量测技术、施工质量控制技术的基础上进行，施工中应根据监控量测数据和实际施工情况，对围岩的力学状态、现有支护参数进行比较分析，及时调整结构设计参数。

六、结论

1.隧道软弱段围岩破碎带物理力学性能稳定性差，尤其是浅埋、偏压、高低应力、地下水丰富的软弱围岩段，围岩掉块、变形问题突出，塌方常有发生。

2.软弱围岩隧道塌方处治时，应立即停止施工，先分析塌方原因，待塌方体稳定后（停止掉块、塌方），迅速对封堵掌子面的塌方体及其邻近的塌方影响段进行自钻式锚杆、小导管等多种形式注浆、架设临时钢支撑等，及时加固塌方体和塌方影响段，同时加强一系列监控量测等信息化管理，待塌方体和塌方影响段稳定后，方可继续开挖。斑竹林隧道软弱围岩段塌方处理得当，效果良好，可供类似工程借鉴。

陕西铁路工程职业技术学院科研项目“软岩隧道施工控制理论研究”（2011-42）。