浅析公路隧道塌方处理施工方案与技术

廖平生

（厦门百城建设投资有限公司，福建 厦门 361000）

1 工程概况

南安（金淘）至厦门高速公路全长98.687 km，其中泉州段长57.197 km，工程概算总投资约56亿元。该高速公路起点接泉三高速南安金淘亭川枢纽互通，终点接沈海高速厦门田厝枢纽互通。石鼓山特长隧道是该高速公路的重点控制工程，位于福建省泉州市安溪县与南安市交界处，设计为分离式双向六车道隧道，左洞全长6 005 m，右洞全长6 005 m，净高5 m，净宽14.5 m。

石鼓山隧道分为进口段及出口段两个施工合同段，本项目出口段（A3合同段）由中铁七局集团第三工程有限公司中标承建，项目位于安溪县参内乡境内。2009年11月正式进洞，左洞施工长度为3 168 m（进口ZK10+480——出口ZK13+648），右洞施工长度为3 152 m（进口YK10+500——出口YK13+652）。到2011年2月23日，出口右洞施工至掌子面YK12+198处，开挖长度距右洞洞口1 454m。

隧道穿越区为侏罗系南园组凝灰熔岩及其风化层，局部凝灰熔岩夹有砂质泥岩、粉砂岩。前期地勘资料显示，该隧道要穿越22条构造破碎带或节理裂隙密集带，地下水丰富，构造破碎带极易成为地下水的流向通道。

2 隧道右洞塌方情况

2011年2月23 日早上8点40分，隧道右洞YK12+198掌子面左前方拱腰发生垮塌，塌方体主要为砂质泥岩及块状岩体，并含有丰富的构造裂隙渗水。塌方一直持续至2011年2月24日下午18点，共产生约2 800 m3塌方体堆积物，堆积物把掌子面全部覆盖，掌子面左前方形成空腔（如图1所示）。由于作业人员撤离及时，故本次塌方没有造成人员伤亡，但设备损毁较严重。

图1 塌方示意图

3 塌方原因分析

本次隧道塌方段处于多个不利因素的结合点上：

（1）塌方段位于岩层构造破碎带，构造节理裂隙非常发育，该破碎带含有大量的砂质泥岩夹层；

（2）塌方段含有丰富的节理裂隙地下水；

（3）该节理裂隙密集带为地下水的水流通道，施工过程中，含有大量砂质泥岩的裂隙地下水通道刚好被打穿，砂质泥岩遇上丰富的地下水，岩层失去自稳能力，极易坍塌。

综合以上原因，导致隧道掌子面前进方向塌方。

4 塌方处理施工方案

本次隧道塌方处理按照“先加固、再超前、后开挖、快封闭”的整体思路来研究方案，且方案必须满足安全可靠、稳步推进、可操作性强、充分预想不利因素等要求[1]。

整体施工方案为待掌子面出水明显减少及塌方体堆积物基本稳定，且堆积物有一定的自稳能力后，先对塌方体堆积物进行喷射混凝土及小导管注浆加固（预留排水出口），再对塌方段空腔进行泵送混凝土回填，最后严格按照超前支护方案及开挖方法进行施工，确保安全通过塌方段。

4.1 塌方段堆积物封闭加固方法

（1）对堆积物表面进行初喷混凝土封闭。初喷厚度6 cm，喷射混凝土为C25早强混凝土。

（3）注浆小导管加固堆积物。与堆积物表面呈90°打入小导管，间距0.8 m呈梅花形布置，如图2所示。小导管长6 m，采用水泥浆和水玻璃双液注浆，比例为1∶1，注浆压力1.5 MPa。

图2 小导管注浆示意图

（4）预留排水口。为避免空腔内再次大面积积水导致塌方体堆积物发生次生灾害，对于构造裂隙水的治理，宜采用“以排为主，疏、堵、引相结合”的方法来处理。在掌子面左下方出水口设置预留排水管集中引排，设管径20 cm排水管两根，堆积体其它位置设置间距5 m×5 m、直径为5 cm的PVC渗水管，渗水管预留透水孔，外包两层土工布，渗水管长度视堆积体厚度现场确定。

4.2 塌方段空腔回填措施

为确保塌方段空腔密实，分别在拱顶及拱腰钻入混凝土输送导管各1根，对空腔进行泵送混凝土回填。回填混凝土标号为C15素混凝土。

4.3 塌方段超前支护及开挖方法

超前支护方案及开挖方法的选择，是安全通过塌方段的研究重点。主要措施有刚性强度高的超前大管棚，结合注浆小导管进行超前支护。开挖方法采用控制变形能力强、安全度较高的双侧壁导坑法。施工时严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的隧道暗挖原则[2]。

（1）超前大管棚

管棚从掌子面拱腰位置起布设，采用Ⅰ18工字钢制作钢拱架作为大管棚定位架，导向管为108×6 mm无缝钢管。管棚规格为89×6 mm、环向间距0.7 m、长度30 m，呈外插角2°实施钻孔打入，如图3所示。采用水泥浆和水玻璃双液注浆，比例为1∶1，注浆压力1.5 MPa。

图3 超前大管棚示意图

（2）超前小导管

从开挖面矮边墙起点开始，利用Ⅰ18工字钢钢拱架作为超前小导管尾端支点，另一端伸入未开挖的岩体中，形成保护壳，小导管50 mm、长度6 m、环向间距0.8 m、搭接长度不小于3 m、呈外插角10°实施钻孔打入，如图4所示。实施过程中如遇小导管与大管棚位置重叠，小导管应避开管棚位置。采用水泥浆和水玻璃双液注浆，比例为1∶1，注浆压力 1.5 MPa。

图4 超前小导管示意图

（3）双侧壁导坑法

开挖方法采用双侧壁导坑法，该方法适用于三车道Ⅴ级围岩大断面隧道，控制变形能力强，安全度较高。施工过程中应严格控制开挖进尺，尽量采用机械开挖及人工配合无爆破施工。局部需要爆破时，应严格控制装药量，避免造成对初期支护及地层的扰动[2]。如图5所示，侧壁小导坑①开挖一榀、支护一榀，初喷混凝土封闭开挖面，布设钢筋网片及砂浆锚杆，钢拱架之间咬合良好，连接牢固，施作落地及锁脚锚杆，及时复喷混凝土至设计厚度，①②上下导坑台阶长度不小于3 m，导坑②重复导坑①施工工艺，使支护体系快速形成临时环向封闭结构。各导坑全部完成开挖及支护后，形成永久性环向封闭结构。双侧壁导坑法开挖及支护顺序为：开挖、支护①→开挖、支护②→开挖、支护③→开挖、支护④→开挖、支护⑤→开挖、支护⑥。

图5 双侧壁导坑法施工断面图

4.4 塌方段支护参数

4.5 塌方段现场监控量测

隧道监控量测对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，对隧道施工实际围岩级别及其变形特性等能够提供准确、及时的参数数据，对隧道二次衬砌的施作时间具有参考性意义[3]。

隧道监控量测的主要任务包括：（1）提高施工安全可靠性；（2）修正设计、指导施工、积累建设经验；（3）对实测数据进行现场分析、处理，并及时向施工方、监理方、设计方和业主提供分析资料。

本次隧道监控量测数据显示，集中出水口的渗水压力及水流量随排放时间逐渐减小。由此可以确定地下水为构造裂隙渗水，地下水无补充水源，给本方案地下水的处理提供了支撑依据。隧道开挖及支护实施过程中，围岩及钢拱架、锚杆的监测数据预警值均在设计及规范要求范围内。

5 结语

本文介绍的施工方案是经由专家组、建设单位、设计单位、监理单位、施工单位等各方多次讨论、研究后确定，于2011年3月下旬开始严格按照施工方案正式实施，并在2011年6月中旬安全顺利通过塌方段。实践证明，本次塌方处理施工方案可行，并具有较高的参考价值，为今后类似工程积累了一定的经验。