隧道塌方处理方案与实践

刘柏生

(福建省交通建设工程监理咨询公司)

1 工程概况

沈海复线福建境内某隧道为上、下行分离的六车道高速公路隧道，主洞净宽14 m，净高5 m，隧址地理位置位于戴云山脉东面属于山岭重丘区。左线隧道起讫桩号:ZK73 +841～ZK76 +533，全长2 692 m，右线隧道起讫桩号:YK73 +815～YK76 +563，全长2 748 m;属长隧道。右洞开挖从进口端掘进。塌方段YK75 +181～YK75 +185 属于V 级围岩段。

2 隧道塌方经过

隧道进口右洞掌子面里程YK75 +182 拱顶在上午8∶00出现掉块并逐步加剧。10 点左右拱部坍塌大致高6～8 m，纵向长度4 m 左右，横向宽约为5 m 左右。拱顶掉块一直在断断续续发生，塌方过程出现一股巨大的泥浆水流喷涌状流出，夹杂很多泥土。至第三天凌晨塌方掉块现象完全结束，水流也停止。强光照射观测拱部塌方高度约15 m。坍塌发生后立即从外面拉渣土对掌子面进行回填，回填至桩号YK75 +179，在拉渣土回填的过程中，组织工人用枕木和I22工字钢对已经支护好的钢拱架进行支撑加固，防止钢架受压而发生坍塌。掌子面回填前塌腔内预留了3 根泵送钢管，钢管口至拱顶高度有6 m，同时塌腔两侧预留排水管3 根。

3 隧道坍塌原因分析

3.1 不良地质和水文条件

工程地质纵断面图显示，从邻近的工程地质勘探孔SK151 桩号YK75 +150 以及地质标注中可以看出，塌方处YK75 +181～YK75 +185 位于节理裂隙密集带和断层破碎带中，岩体破碎节理裂隙发育，呈碎裂松散结构。地下水为构造裂隙水在断层及节理密集带中富水性强。断面图显示该处洞身开挖时地下水呈淋雨状，侧壁稳定性差易失稳，拱顶未支护时易坍塌。

3.2 超前地质预报和监控量测不及时

查看超前地质预报记录，上个循环的预报里程为YK75 +147～YK75 +177;监控量测最靠近掌子面的断面为YK75 +175。可以看出塌方处YK75 +181～YK75 +185 地质预报未开始实施，监控量测布设及量测未及时跟进，导致信息反馈不及时，没有能够及时变更开挖方式。

3.3 超前支护不到位

从塌方掉渣体中判断，之前施作的超前小导管和中空锚杆个别长度不足，注浆不饱满，甚至个别未注浆，导致未能很好起到对拱顶破碎、松散围岩的固结稳定作用。

3.4 爆破用药量过多

翻阅调查当班的爆破用药记录，爆破用药量明显过多，震动过大引起坍塌。

塌方发生后四方代表在现场进行踏勘后，一致认为综上各种因数是导致此次隧道的塌方和突泥发生的主要原因。

4 隧道塌方总体处理方案

在塌方发生后及时对掌子面进行回填到拱顶部位，喷射混凝土封闭塌体表面，预留泵送混凝土输送管至拱顶6 m 以上;塌方影响段YK75 +177～YK75 +181 已经完成初支段的进行注浆加固加固处;塌方段塌方体上方采用双排L=6 m，Φ50 小导管注浆加固后采用三台阶留核心土方法开挖及支护;YK75 +188 以后的段落根据地质超前预报和现场实际情况确认围岩级别，根据围岩级别再进行施作。

5 隧道塌方处理具体措施

(1)拉渣土回填。在坍塌所形成的碴堆后方从外面拉渣土进行回填，回填到掌子面拱部标高，回填体坡面坡度为1∶1。拉渣回填主要有两个方面的作用:一是能稳定坍塌的趋势;二是作为立设拱架的施工平台。

(2)塌方体回填坡面封闭。对塌方体坡面从上到下用沙袋码砌并喷射早强混凝土进行封闭，封闭范围为坍塌体整个洞渣回填面以及所有掌子面外露部分，喷射混凝土封闭厚度为20 cm。同时从塌方体坡面进行1.2 m ×1.2 m 梅花型布置，L=5 mφ50 ×5 mm 水平方向的小导管注浆固结，以形成一个完整封闭的掌子面，防止坍塌体内继续发生较大的坍塌和突泥涌水冲毁回填的洞渣，以及坍塌体内注浆的时候浆液的外流。

(3)坍塌影响段及时进行径向小导管注浆加固处理。在处理坍塌体前，坍塌段后方4 m 范围YK75 + 177～YK75 +181 已经立好了8 榀钢架，间距为50 cm。立好了钢架后在拱顶洞轴线左右各50°范围内采进行注浆加固，不能扰动塌方体。采用L=5 m，Ф50 ×5mm，间距80 cm ×80 cm的径向小导管注浆加固。为了保证水泥浆液在土体中一定范围内扩散，注浆材料采用C30水泥浆，注浆压力为2.0～3.5 MPa，采用双液注浆，水泥浆和水玻璃体积比=2∶1。注浆后重新布设监控量测点，注意观测监控量测数据的变化。

(4)对坍塌的空腔泵送混凝土进行填充。在原断面初期支护施工时在坍塌位置的拱部预留泵送管以及排水管。待支护稳定后第一次对坍塌的空腔内压注泵送混凝土进行填充，第一次填充高度以40～60 cm 为宜。尽早施作此处二衬，待此处二衬施作完毕后再进行第二次填充。

(5)坍塌空腔内泵送混凝土后进行超前小导管注浆加固坍体。采用双层L=6 m，Ф50 ×5 mm 的注浆小导管注浆加固，小导管环向间距15 cm。单数根外插角15°纵向间距3 m，双数根外插角50°，纵向间距1 m。小导管注浆范围以拱顶为中心左右各施作90°，同时要求采用水泥－水玻璃双液注浆，施工辅助措施的范围为YK75 +179～YK75 +188。待坍塌空腔内混凝土强度和水泥浆强度达到要求后，即可进行塌方段的开挖。

(6)塌方段的开挖。经过对塌腔体的地质雷达扫描和监控量测数据分析后确认，塌方段拱顶塌腔体围岩已经稳定，采用三台阶留核心土法开挖方案。第一个循环的超前小导管注浆加固完成后，进行上台阶开挖及钢拱架支护。每循环开挖进尺不超过50 cm，拱架间距50 cm，采用双层钢筋网片，喷射混凝土厚度30 cm。架设上台阶拱架时，采用Φ50 ×5 mm，L=6 m 小导管施作锁脚，防止钢架下沉，在拱架两侧对称同时安装，锁脚小导管锁牢。拱脚钢架必须安装牢固，避免拱架悬空和变形。坍塌段开挖及拱架尺寸预留变形量按20 cm 考虑。同时对上台阶坍塌堆积表面喷射混凝土进行封闭，形成临时仰拱。使整个开挖面封闭成环。

(7)已掘进坍塌段径向注浆加固。在上循环注浆加固区还剩余1 m 时，停止开挖，进行第二循环的注浆加固，上循环注浆及下循环注浆必须有1 m 的重叠区。依次类推，进行第三、第四循环的注浆加固。在进行下循环注浆加固的同时，对已掘进坍塌段进行径向注浆。径向注浆导管环向及纵向间距1 m，导管长5 m，采用φ50 ×5 mm 的钢管。

(8)在下循环的注浆加固及上循环的径向注浆完成后，继续进行上台阶的开挖及立拱支护施工。

(9)在上台阶开挖及支护完成后，进行中间台阶开挖及接拱架支护施工。进行中部开挖及接拱架初期支护施工时，左右侧跳槽施工，每循环进尺0.5m，每次只架设一榀拱架。

(10)中间台阶开挖及支护完成后，进行下台阶开挖及拱架接腿、喷锚支护施工。

(11)对塌方段三台阶开挖支护完后，进行布点监控量测采集数据进行分析研究确定处理效果。并根据监控量测信息及时施工本段落仰拱。并要求二衬混凝土加强设计，厚度按照变更后的Z5 型50 cm，混凝土标号由C25提高为C40，主筋直径由原设计Φ20 变更为Φ25，间距加密为10 cm。

6 总 结

经过近两个月的施工，隧道塌方处理完毕，取得良好的质量效果和安全保证，隧道后续的洞身开挖支护得以继续进行。通过此次塌方处理，为今后的类似软弱围岩隧道预防和及时有效处理塌方提供了宝贵的施工经验。

［1］陈小雄.现代隧道工程理论与隧道施工［M］.西南交大出版社.