西陂隧道突泥坍塌处治探讨

摘要：文章结合西陂隧道围岩地质和水文条件情况，分析了隧道突泥坍塌的发生原因，针对不同部位和对象提出了塌方体加固及处治、塌方段落的支护结构加强以及塌方影响段的支护结构处治方案，结合监控量测手段完成了突泥坍塌处治，通过运营后观测结果显示，处治方案合理恰当，效果良好，可供类似工程参考。

关键词：西陂隧道；突泥；坍塌；支护结构；地质灾害 文献标识码：A

中图分类号：U458 文章编号：1009-2374（2016）18-0155-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.077

1 西陂隧道突泥坍塌概况

西陂隧道位于福建省双永高速公路龙岩段江山镇境内，左洞桩号ZK175+737～ZK177+595，全长1858m；右洞桩号YK175+725～ZK177+625，全长1900m，分别由进出口对向进行施工。2011年10月14日，左洞进口端掘进至ZK176+593时，掌子面后方ZK176+545～ZK176+565段已施作的初期支护监控量测数据显示，该段拱顶下沉速率明显异常，且逐步出现初支开裂和掉块现象，通过24小时连续观测，拱顶下沉呈加速趋势，过程中施工人员试图采用竖向钢支撑予以加固，但未见成效，拱部钢拱架逐渐变形并发展为严重扭曲变形，拱顶下沉量最大处约为2m，现场立即组织人员设备疏散，直至10月17日16时，该处发生大规模坍塌，塌方体主要为灰色碎块状至砂土状强风化泥质粉砂岩，由于地下水丰富，大部分塌方体类似稀泥、泥石流状涌向掌子面和洞口方向（掌子面方向ZK176+545～ZK176+593段几乎充斥至拱顶，洞口方向流至ZK176+516），支护作业台架及小型机具设备被冲移或掩埋，所幸人员早已全部安全撤离。

2 自然、水文地质条件概况

西陂隧道区属构造-剥蚀丘陵地貌，植被发育，自然边坡较稳定，自然坡度为10°～15°，山岭呈近南北向，山脊浑圆状。西陂隧道隧址区位于闽西南坳陷带之广平-龙岩坳陷带中段，龙岩至漳平复式向斜内，受区域构造影响，区内北东向断裂构造较发育，场区上覆残坡积粉质黏土，下伏基岩为二叠系栖霞组、文笔山组及石炭系林地组粉砂岩、泥质粉砂岩、炭质粉砂岩、灰岩。

隧道进口段见有岩溶及断裂构造发育，易坍塌，隧道围岩级别低，均为V级。

隧道区位于当地侵蚀基准面之上，隧道洞顶为强-微风化岩，隧道开挖不易发生突水现象，地表水总体较贫乏，隧址区地下水主要为强、中风化岩层中的裂隙孔隙水和基岩裂隙水，水量较丰富。

据区域地质、地表地质调绘、大地地磁物探成果表明：隧址区发育有6条断层构造带，其中位于该处坍塌段附近是F210断裂构造带，该构造带位与隧道相交于ZK176+597/YK176+620，根据钻孔揭示，为一节理密集带，与隧道大角度相交，节理倾角以80°为主，走向287°，倾向17°，岩石破碎，倾角80°，长度>500m，宽度5～8m。

3 坍塌原因分析

首先，坍塌段落位于F210节理裂隙密集带区域，该节理密集带长度大于500m，产状较陡，且裂隙发育，岩石极破碎，由于围岩以粉砂岩为主，易受上部潜水地层垂直渗入补偿影响，具有良好的富水和储水性能，形成了一个水量大、水压高的地下水体，构造裂隙水储存和运移在构造裂隙中，由此造成丰富的地下水，其次，根据实际所揭露的地质显示，西陂隧道左洞ZK176+545～ZK176+565围岩主要为碎块状强风化灰色泥质粉砂岩、炭质粉砂岩并夹杂砂土状，属于极软岩，薄层状，受F210构造带影响，节理裂隙发育，岩石破碎，呈碎块状，开挖后呈淋雨状出水，围岩自稳能力极差。综合上述两个方面的原因，由此判定坍塌的主要原因是由于该段围岩以泥质粉砂岩、炭质粉砂岩为主，遇水极易软化，长时泡水及水流冲蚀的影响造成围岩块体分解，颗粒溶蚀，从而导致自承能力减弱，初支结构负担加重，当围岩压力突破初支结构支承能力时，变形加剧从而导致坍塌。再者，结合施工现场和监控量测的实际情况来分析，该隧道采用机械配合人工开挖，严格按照CD法工序步骤施工进行，该段落在中隔壁临时支撑尚未拆除时，监控量测结果显示，拱顶下沉和周边位移呈收敛稳定趋势，而在中隔壁临时支撑拆除和进行仰拱衬砌、回填施工完成后的一周后，监控量测结果显示该段落拱部下沉逐渐出现加剧增大现象，并逐步发展为开裂掉块和坍塌。而这一加剧过程异常迅速，以致临时采取的竖向临时支撑措施也无济于事，由此判定，中隔壁支撑结构的过早拆除，也是非常重要的原因。

4 處治方案

4.1 塌方体的加固和处治

为加固补强塌方体，先在原塌方体上设置止浆墙，坡面按1∶1设置（或顺着塌方体坡面设置），止浆墙按2m厚沙袋设置，边垒叠沙袋边对塌方体进行注浆加固，且根据具体情况在塌方体上设置平孔排水，暂定纵横间距1m×1m，然后在止浆墙上往塌方体打Φ50mm注浆小导管，长度为6m，0.8m×0.8m梅花型布置，采用双液注浆，水灰体积比暂按1∶1计，现场根据试验结果确定（位置详见塌方处理图）。对塌方体开挖时，每一循环小导管注浆搭接长度应大2m，作为止浆墙用，以保证洞内塌方体的稳定。在塌方体附近进行超前管棚探孔，并结合超前地质探测技术以探明塌方体上方空腔大小及位置走向，并在适当位置向空腔打入三根Φ108mm钢花管，钢管应深入到塌腔体内部位置，位置及方向根据现场情况作确定和调整，作为泵送砼和排水管用，使空腔内的水能顺畅排出洞外，然后对塌腔部分进行泵送C20砼回填，使洞内空隙回填密实，塌腔回填厚度应大于洞身开挖线以外6m。

4.2 塌方段的开挖

洞身开挖严格按双侧壁导坑法开挖，步骤为：开挖左侧导洞→左侧导洞初期支护（架立钢支撑和锚喷）及侧边墙→开挖右侧导洞→右侧导洞初期支护（架立钢支撑和锚喷）及侧边墙→开挖上半断面→上半断面初期支护（架立钢支撑和锚喷）→开挖下半断面→下半断面初期支护（架立钢支撑和锚喷）→拆除侧隔壁墙→分步施工防排水系统和仰拱、边墙、拱部二衬衬砌。

各部开挖均应在超前支护注浆达到强度后进行。采用一侧导坑先开挖到超过塌方段落（初期支护应随挖随支护到设计要求并严格控制超前小导管施工质量，开挖时应对侧壁进行超前小导管注浆加固；当开挖到接近塌方体另一侧时，应采取水平钻孔进行超前地质预报以探明前方塌方的具体情况），作为超前导洞，然后视前方具体情况，再对塌方体另一侧进行注浆加固（方法同进口侧），而后再进行另一侧导坑开挖，最后开挖中心部分。

对塌方处掘进，应严格采取短进尺强支护形式（挖一榀钢支撑间距应立即设置一榀钢支撑并喷射砼至设计厚度使之形成强度），并加强对初期支护监控量测。

4.3 强化塌方段落的支护结构

超前支护采用Φ89×6mm、长12m超前注浆钢花管结合Φ50×5mm、长6m超前小导管注浆进行超前支护，采用水泥-水玻璃双液注浆，起到堵水和加固的作用。水灰比为M30号水泥浆∶水玻璃=1∶1，具体以现场实验结果来确定；外插角为20°，环向间距为40cm，环向范围根据现场具体情况定，纵向间距为100cm（位置详见塌方处理图）。注浆时先两侧后拱顶，并采取隔孔注浆方式以取得最佳效果。初期支护采用28cm厚C25湿喷砼+φ25中空注浆锚杆（L=3.5m，纵横间距0.5m×1.0m）+φ6钢筋网（网眼间距20cm×20cm）+I20主洞钢支撑（纵向间距0.5m）。钢支撑拱脚采用2根注浆小导管锁脚。主洞钢支撑应考虑10cm的预留变形量，在安装前应先对开挖面初喷4cm厚的砼，喷射砼时应先喷填钢支撑背面的砼，确保钢支撑与围岩的密贴。钢支撑接头位置应与开挖步骤相配合，施工中可根据实际开挖情况调整接头位置。连接钢板与工字钢之间采用双面焊接。钢拱架连接钢板的螺栓孔成孔工艺应采用机械钻孔不得采用烧焊成孔。

临时支护采用20cm厚C20侧壁湿喷砼+Φ22超前水泥砂浆锚杆（L=3.5m，纵向间距2m，外插角15°）+Φ6鋼筋网（网眼间距20cm×20cm）+I16临时支护钢支撑（纵向间距0.5m）。临时钢支撑底部支垫[22槽钢托梁。临时钢支撑采用2根Φ22砂浆锚杆锁脚。

二次衬砌采用55cm厚C30抗渗砼，二衬钢筋环、纵向分别采用Φ25和Φ12钢筋，以提高二衬结构的强度。

4.4 塌方邻近段落的加强处治

对塌方邻近段落初支已出现严重变形和开裂的部位，采取临时加固措施，采用与已安装拱架同型号同尺寸拱架，在已架立拱架的内环，采用背贴方式加设临时支撑，与原拱架焊接，并进行喷砼补强，及时施作径向补强小导管，与拱架连接，以提高支护强度控制支护变形，确保施工安全。通过洞内初期支护的监控量测信息，若初期变形在5cm范围内，则采用径向小导管注浆对初期支护变形开裂部位进行径向补强，小导管长5m，纵横间距100cm×100cm，梅花形布置，压注水泥水玻璃浆液，注浆压力为3.5MPa。若初期支护变形大于5cm，则采取逐榀置换钢支撑，先采取径向小导管加固，待浆液达到强度后，再进行逐榀开挖和更换，初期支护厚度由原来的24cm变为28cm，钢筋网由单层改为双层，钢支撑间距不变，型号由原来的I18变为I20b。换拱段落，二次衬砌厚度由原来的45cm变更为55cm，二衬钢筋型号主筋由原来的Φ20变成Φ25，二衬砼标号由原来的C25变更为C30。在初支表面按纵向2～3m间距布设环向软式透水盲管，个别水量集中部位单独接引集中排放，软式透水盲管及两侧边墙的HDPE纵向排水管均外裹土工布，HDPE管采用三通接头与横向排水管连接，横向排水管与环向软管位置重合，固定牢靠。

二衬纵向施工缝全部采用中埋式橡胶止水带防水，衬砌边墙与水沟底的接缝，采用遇水膨胀单液型密封胶处理，确保二衬防水质量。

上述加固段落长度应深入正常段落不少于5m；二衬施工前要对初支内腔进行测量，以判断初支内轮廓是否侵入二衬；加强监控量测和支护观察，以预报信息科学指导施工和确保施工安全。

5 结语

该隧道于2012年4月30日主体全部完工，9月份顺利通过交工验收并进入通车试运营，通过三年多时间的运营观测，该隧道塌方段落未出现二衬裂缝和渗漏水现象，结构稳定，路面及排水系统运营正常，综合处治效果良好，为类似工程提供了可参考的处治经验。

参考文献

[1] 刘柏生.隧道塌方处理方案与实践[J].黑龙江交通科技，2015，（5）.

[2] 郭亚冰，关晓波，姚志豪，等.复杂地质条件下隧道塌方分析及防治措施[J].中国水运（下半月），2015，15（6）.

[3] 王常金.东皇庙隧道冒顶坍塌事故分析及处理方案探讨[J].交通科技，2015，（1）.

作者简介：陆海峰（1981-），男，江苏金湖人，顺吉集团有限公司中级工程师（公路工程），研究方向：软弱围岩隧道围岩加固及涌水处治技术。

（责任编辑：周 琼）