中岭隧道坍方处置措施

张 维 李 波

中交公路规划设计院有限公司浙江分公司，浙江杭州 310009

中岭隧道设计为分离式双洞六车道短隧道，隧道建筑限界：宽15.25m，高5.0m。其中左线起讫桩号为K8+285～K8+780，全长495m；右线起讫桩号为YK8+270～YK8+765，全长495m。隧道左洞上台阶爆破开挖至K8+510，发现K8+480左右拱肩出现裂纹。次日左洞内K8+480～K8+510段处突然发生坍方，塌体连通至地表，呈现沿隧道纵向15m（长） ×12m（宽） ×6m（深） 的陷坑。坍方段对应右洞YK8+470～YK8+500段监控量测数据显示基本稳定。

1 地形、地质概况及塌方原因分析

1.1 地形、地质概况

中岭隧道穿越所在区域在地层分区上属于浙东南陆相火山岩区，隧址区属侵蚀-剥蚀低山丘陵地貌区（Ⅰ区） 。隧道穿越处微地貌单元为一不规则山体的垭口北侧，垭口呈近南北走向。垭口东侧沿山凹发育一北东向冲沟，汇水面积较小。塌方段K8+480～K8+510处隧道覆盖层埋深约44m。隧道穿越处地层划分为2个工程地质层、共5个工程地质亚层，特征如下：

1～1粉质粘土：黄褐色，可塑。揭露厚度6.10～8.10m，平均7.10m。

1～2层含碎、砾石粉砂：灰褐-灰白色，中密，充填少量粉质粘土，表层0.50m为碎石。揭露厚度5.20m。

2～1强风化晶屑熔结凝灰岩：灰黄-灰青色，坚硬，晶屑塑变结构，块状构造，较破碎，节理裂隙发育，锤击声哑，易碎。揭露厚度1.20～6.80m，平均3.83m。

2～2中等风化晶屑熔结凝灰岩（J3g） ：青灰色，坚硬，晶屑塑变结构，块状构造，节理裂隙发育，RQD=35%。揭露厚度7.50～35.50m，平均19.88m。

2～3微风化晶屑熔结凝灰岩：青灰色，坚硬，晶屑塑变结构，块状构造，较完整，局部为短柱状，节理裂隙较发育，RQD=60%。揭露厚度11.20m。

坍方段穿越断层破碎带（F-4） ，该断裂呈北东40～60°走向，断面多向南东倾，局部反倾，倾角约60～80°，断面呈舒缓波状，面上发育阶步和多期擦痕，破碎带宽度较大。

1.2 坍方原因分析

（1） F-4断层影响。坍方段临近F-4断层破碎带，岩体破碎围岩岩性主要为中风化凝灰岩，破碎带宽度较大，节理、裂隙十分发育，破碎严重，受此破碎带影响为主要原因。

（2） 受地表水及地下水的影响。隧址区雨量充沛，隧道坍方段恰好下穿山间鞍部，地下水长期汇集，隧道开挖后，改变地下水径流方向，地下水沿节理、裂隙渗透到围岩中，一方面使围岩压力增大，另一方面由于凝灰岩组成主要粒级非常小，一旦受雨水浸泡，内摩擦角将大幅降低，导致围岩的自承能力大大降低，而初期支护不足以承担围岩释放的过大的应力。

（3） 施工控制存在一定的不足，加大了施工风险。主要表现在：Ⅳ级地段施工中上、下台阶步距控制偏大（超过60m） ，未能及时形成承载封闭环。

二次衬砌未能及时跟进，坍方段上台阶初期支护放置时间偏长（近50d） 。

2 地表及洞内紧急处治措施

2.1 修筑截水沟

地表坍口周边5m以外修筑截水沟，截水沟尺寸40cm×40cm，采用壁厚30cm。浆砌片石，沟底用防水布覆盖以防止雨水渗漏。

2.2 地表坍口回填

就近取土及时回填，回填至高出原地面0.5m。顶层1.5m分别先回填1m厚水泥拌合土，然后再回填0.5m厚粘土隔水层，回填应平顺密实，向四周倾斜，以便自然排水。水泥拌合土配合比为：粘性土中掺合42.5水泥5%掺，水量以不泌水为度，水泥混合土28d抗压强度应达到2.0MPa,填筑工艺：搅拌均匀，分层夯实，每层厚度不超过30cm。

2.3 加强地表坍口观测

坍方段每隔5m设置一个沉降观测断面，观测频率2次/d，以防止坍方体突变危机施工安全。

2.4 洞内坍方体封闭

对坍方体喷射C25混凝土进行封闭，喷射混凝土厚度60cm，Φ8钢筋网（20×20cm） 单层。

2.5 坍方段影响段加固处理

（1） 加设临时钢支撑。

（2） 注浆加固。对隧道径向注浆,Φ42注浆管，L=5.0m间距：100×100（环×纵） ，固结围岩。

3 坍方段洞内处理措施

洞内处理措施主要采用大管棚和径向小导管注浆，对隧道拱顶以上5m范围的坍方段进行超前注浆加固加固。

3.1 大管棚施工

3.1.1 管棚及注浆参数

自进式Φ108mm热轧无缝、壁厚10mm热轧无缝钢管，间距35cm，节长3m，4m。管棚共计三循环：

第一循环（进口端） 管棚有效长度约18m（原设计25m） ，仰角3°（不包括路线纵坡） ，与第二循环搭接3m。

第二循环管棚长15m，仰角10°（不包括路线纵坡） ，与第三循环搭接5m。

第三循（出口端） 管棚长19m，仰角3°（不包括路线纵坡） 。以上管棚长度均为入土长度。

注浆参数：根据浆液配方试验和现场试验结果，注浆采用后退式注浆。水泥浆与水玻璃重量比1∶0.025，水泥浆水灰比1∶1，水玻璃浓度35°B é，水玻璃模数2.4。注浆压力∶初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。

3.1.2 管棚工作室支护参数

管棚工作室径向扩孔70cm，纵向长8m。断面加大后，加强初期支护，钢支撑采用I22b工字钢，间距60cm。同时增加二次衬砌厚度，采用C30防水钢筋砼。

3.1.3 导向钢支撑

由于施工单位设备原因，无法在岩面上钻孔导向，需在管棚工作室内架设三榀I22b钢支撑，采用Φ25钢筋焊接固定Φ127孔口管。

3.1.4 注浆结束标准

单孔注浆结束标准：① 注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；② 注浆结束时进浆量小于5L/min。

所有孔注浆结束标准：① 所有的注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；② 设检查孔，工作面每段设2～3个检查孔，检查孔应钻取岩芯，观察浆液充填情况。

3.2 小导管径向注浆 （见图1）

大管棚保证了开挖及初期支护施作的安全，小导管径向注浆在初期支护外围形成约5m厚的拱形注浆加固带，并且由于小导管自身的锚管作用，极大地提高加固带的整体性，能有效抗击来自坍方体上部空腔坍渣的冲击。

隧道拱部采用小导管注浆，小导管采用长为6mΦ42×4mm热轧无缝钢管，管环向间距35cm,外插角控制在45°左右,纵向间距1m。管棚、小导管、初期支护相互作用示意图如图1所示。

图1 管棚、小导管、初期支护相互作用示意图

3.3 坍方体掌子面注浆

中岭隧道坍方段掌子面注浆，注浆管采用自进式108管棚，每一循环注浆长度为6m开挖4m并保留2m止浆岩盘。

3.4 开挖和支护

初期支护紧跟掌子面，每开挖0.5m立即架设钢支撑拱并挂网喷混凝土，然后进行下一循环。

在实际施工中，由于发现注浆后坍渣胶结情况良好，开挖工法由预留核心土法改为上下台阶法，并且每循环进尺多在0.5m，表示管棚和掌子面注浆起到了注浆充填固结和抬棚的作用。

3.5 坍方段降水措施

坍方段施做泄水孔及时排出坍方体内的地下水，以及时降低地下水位，改善围岩的物理力学性质。掌子面上设3个泄水孔间距5m，泄水采用两侧钻孔的PVC管，外包渗水土工布作为反滤层，泄水管管长10m。泄水孔通过环向排水管接入隧道排水系统。

4 处置效果

水泥一水玻璃注浆工序完成后，经过钻孔取样及流塑状变为硬塑状，浆液在土体中呈脉状分布强度3.5MPa,掌子面处软泥被挤出，至处治工程结束后，对拱顶沉降、隧道收敛位移及隧道结构受力与变形，进行了长期的监控量测，结果表明，坍方处治所采取的措施是可行的，取得了良好的处治效果。

5 结语

通过这一施工实例。可以得出下面2点结论：

① 隧道施工过程中一定要贯彻“先排水、短进尺、快支护、早封闭、勤量侧”的原则，不可盲目求快。

② 在地表有塌陷的地质条件很差的塌方处，采用大管棚加强支护方法处理，是安全可靠的。

[1] 杨晓华，谢永利．公路隧道坍方综合处治技术[J]．长安大学学报（自然科学版） ，2004，24（1） ：61-64．

[2] 周顺华，董新平．管棚工法的计算原理及其应用[M].北京：同济大学出版社,2007.11