软弱围岩隧道塌方处治措施探析

■李帝春

（南平京台高速公路有限责任公司，南平 353000）

1 隧道工程概况

京台高速公路某隧道为左、右线分离式隧道，左右线间距19～22m。该隧道左洞长187m，右洞长222m，均属短隧道。隧道最大埋深约40m，隧道左、右洞均位于直线上。

该隧道围岩为全风化的云母石英片岩，呈散体状结构。[BQ]＜200。地下水较贫乏，开挖中地下水多呈面状渗透，雨季呈淋雨状出水，全风化岩易崩塌，无自稳能力。地表为残坡积粉质粘土，植被茂密，为竹木林地，土质疏松，地表降雨下渗致使地下水较丰富。

衬砌结构形式按Ⅴ级深埋设计，衬砌支护设计参数：I18 工字钢钢架支撑，钢架间距50cm，喷射C25 早强混凝土厚24cm，系统锚杆为Φ25 中空注浆锚杆L-350cm，间距100cm×100cm；φ6 钢筋网片20cm×20cm；二次衬砌为C25 钢筋混凝土厚45cm，二衬主筋为Φ20螺纹钢筋，间距20cm。

2 现场坍塌情况

隧道左洞上断面开挖掘进至ZK27+443，离进口成洞面还有65m 时（从出口端开挖掘进），正在进行出碴作业，发现掌子面拱顶围岩连续掉块，接着变形急剧加大，塌方至地表，掌子面失稳冒顶，塌方体填充整个上断面，在ZK27+443～K27+455 段的地表出现了一个12m×12m×2m 的大坑。该段隧道埋深约为26.7～32m，地表为一个近40°的自然坡面，表层为竹木林地，植被茂密；已施工的ZK27+443～K27+451.2 段初期支护完全被塌方体压垮，ZK27+451.2～K27+453 段初期支护也有较大的变形，钢拱架变形较严重。由于早发现、早撤离没有造成安全质量事故。

3 塌方原因分析

(1)该处的坍塌体岩层以全风化的石英云母片岩为主，围岩级别为Ⅴ级，围岩强度低、自稳能力弱，容易发生坍塌。

(2)隧道埋深实际测量为28～35m，洞顶为竹木林地，土质疏松，且地表有大量的树坑。施工期间隧址地区普降大雨，地表水沿树坑、裂隙等下渗进入隧道，不但增加了围岩的竖向压力，而且软化了围岩，降低了围岩的粘聚力。

(3)开挖拢动、清理洞碴也会导致掌子面失稳。

4 塌方处理措施

(1)应急处理措施：隧道塌方后，掌子面停止开挖掘进，在塌体边缘采取堆麻草袋等措施对掌子面进行封闭，对塌腔周边松散体进行锚喷网加固，采用注浆小导管进行加固，避免塌腔继续扩大。对已经施工的支护变形段ZK27+453～K27+463 段增加临时型钢支撑，间距80～100cm/榀，并用木楔紧固；在地表塌陷区外围挖临时排水沟，用彩条布覆盖塌陷区防止雨水进入，对塌陷区域及时夯填碎石土，高出周边约50cm。

(2)塌方处理按下列步骤进行：塌腔体处理→塌方影响段加固→地表塌陷区回填→洞内超前支护→洞内开挖→初期支护→地表塌陷区绿化。

①塌腔体处理：隧道塌方后，掌子面停止开挖掘进，在塌体边缘采取堆麻草袋加固，对塌腔周边松散体进行挂网锚喷，喷射混凝土为强度C25，厚度为25cm。再用注浆小导管进行注浆加固，注浆材料为水泥净浆，水灰比为1∶1，注浆压力为0.5～1.0MPa。避免塌腔继续扩大。

②塌方影响段加固：对已经施工的ZK27+451.2～K27+453 支护变形段增加临时型钢支撑，间距80～100cm/榀，并用木楔紧固；同时拱腰部位打Φ42mm 小导管注浆加固，长度4.5m，按1.0m×1.0m 布置。

③地表塌陷区回填：在地表塌陷区外围挖临时排水沟，用彩条布覆盖塌陷区防止雨水进入，等塌腔体及支护变形段基本稳定后，对塌陷区域及时分层夯填碎石土，碎石土高出周边约50cm。并对周围的陷穴、树坑洞等进行回填，保证地表排水畅通，防止地表水进入塌方体；当洞内塌方处理完成后，及时对地表塌陷区进行绿化。

④洞内超前支护：隧道塌方段（ZK27+443～ZK27+451.2）处理采取双层小导管方案。采用双排超前小导管进行超前支护，超前小导管在掌子面拱部120°范围内按双层布置，环向间距30cm，小导管搭接长度为2.0m；第一排长度6.0m，角度为5～10°，该层超前导管应先用细石混凝土灌满，待混凝土终凝时然后再打入。第二排长度4.5m，角度45～60°，该排小导管及时进行注浆。

图1 塌方段超前支护纵断面示意图

⑤洞内开挖：采用环形预留核心土法进行开挖，进尺必须控制在60cm，开挖预留变形量为20cm，采取必要的防止拱架下沉的措施。

⑥初期支护：及时进行塌方段下断面的开挖和仰拱的施工，初期支护尽早封闭成环，尽快施工二次衬砌。

塌方段按Ⅴ级浅埋加强的支护参数：I20b 型钢拱架间距为50cm，拱架用Φ20 钢筋连接，环向间距为1.0m，交错布置在型钢拱架的内外侧。

系统锚杆：第一环采用Φ42mm 系统锚管，长度3.0m，按1.0×1.0m 布置，每环14 根；第二环采用Φ22mm 砂浆锚杆，长度3.0m，按1.0m×1.0m 布置，每环14 根。此两种系统锚杆（管）间隔布置，系统锚管必须按要求进行注浆。

采用Φ6mm 钢筋网，间距为20cm×20cm，双层布置；喷射混凝土厚26 cm；二次衬砌为55cm 厚钢筋混凝土。

⑦塌方段处理完后，对坍塌影响段ZK27+451.2～K27+453 逐榀换掉初期支护的钢拱架，挖够尺寸后按Ⅴ级浅埋加强段的支护参数进行支护，并及时施作下断面、仰拱和二衬。

⑧停止从洞内开挖掘进。尽快从进口端施工套拱和大管棚，大管棚长度加长至35m（原设计大管棚长度为28m），隧道贯通面设置在离洞口至少35m 以上不小于管棚长度的地方。

⑨地表塌陷区绿化：在塌陷区碎石土上回填0.5m厚以上的耕植土种植当地乡土树种。

5 施工处理过程中注意事项

(1)在施工前，必须制定详细的施工方案和各项保证措施，以保证施工安全和工程质量；施工时应严格按照隧道塌方处理方案和施工规范进行塌方段施工。

(2)型钢拱架必须放在稳固的基础上，并施作锁脚锚管，必要时应对基础进行处理或者铺设厚度5cm 的木板，增加底部的接触面积，尽量减小拱架的下沉量。

(3)塌方段处理完成后应立即施工下断面和仰拱，尽早使初期支护封闭成环，以改善其受力结构；及时施工二次衬砌钢筋混凝土。

(4)施工过程中应加强围岩的监控量测，及时进行数据分析，以便确定合适的预留变形量，也便于迅速对围岩和施工情况的变化提出应对措施，从而避免二次塌方。

(5)塌方段处理过程中及完成后，洞内、洞外布置监控量测点，加强监控量测工作，塌方段及其影响范围内应进行地表下沉观测。

6 小结

隧道施工遇到软弱围岩时，发生围岩大变形、塌方等地质灾害，而由地质灾害引起的停工短则几个月，长则半年或者更长。该塌方段按处理措施认真组织施工，一个多月后顺利通过了塌方段，经过后期的观测，塌方处理段未发生混凝土开裂、拱架下沉变形现象。说明处理方案是可行的，处理效果达到了“安全、快速、节约”的目的。在今后进行软弱围岩隧道施工时，应严格遵循：

(1)“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则施工。

(2)开挖后尽快初期支护，各部开挖工序间距要尽量缩短，以减少围岩暴露时间，将超前小导管支护锚喷支护紧密结合，超前小导管与型钢钢架连接成整体，才能发挥更好的联合支护作用。

[1]JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].

[2]JTJ042-2009,公路隧道施工设计规范[S].

[3]福建省高速公路隧道施工标准化指南.