隧道工程塌方施工技术探讨

孙芝云

摘 要：随着城市化进程不断推进，隧道工程越来越发挥着经济建设的命脉作用。然而在隧道开挖掘进过程中常会出现突泥、涌水和塌方等突发事件，严重影响了施工人员和设备的作业安全，也给项目施工进度和投资造成较大的负面影响。本文以有代表性的莲花山1号隧道进口端右洞K189+730.8处塌方处理为例，介绍自进式中空注浆管棚法处理隧道塌方的施工技术，为后续隧道施工过程中出现塌方处理提供借鉴和参考。

关键词：隧道工程；塌方处理；施工技术

中图分类号：U457.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0188-02

1 引 言

近年来山区高速公路建设得到了突飞猛进的发展，为保护生态环境，减少建设用地，作为一种有效的施工方式，隧道工程是山区高速公路的重要组成部分，但受不可预见的水文、地质构造和其它因素影响，绝大部分的隧道突泥和塌方事件都是因为突发性涌水和岩变所致，且塌方体呈流塑状。对于这种情况，需要采用合适的施工技术进行处理，从而保证施工的顺利进行。

2 工程概况

潮惠高速公路莲花山1号特长隧道位于汕尾市海丰县境内，呈东西走向横穿莲花山，ZK187+590-ZK192+780（全长5190m），右线K187+590-K192+815（全长5225m），设计速度100km/h，建筑界限净宽14.75m，最大埋深828m，最小埋深仅12m。

3 水文地质构造情况

隧道地处北回归线以南，水文地质复杂，属南亚热带季风气候，为南沿海台风区，处于赤道低气压带和副热带高气压带之间，气候温和湿润，雨量充沛，冲沟密布。年平均降雨量1350.9～2143.8mm。隧址区汇面积较大，地表水发育，形成狭窄沟谷内的溪流16条，沟面宽度约0.8～6.7m。暴雨时地表水最大总径流量为Qh=214949.3m3。隧址区第四系覆盖层主要为坡积成因粉质黏土、碎石、块石及残积成因砂质黏性土，地下水主要靠大气降水补给、下渗至基岩中的裂隙水和构造裂隙水，花岗岩、熔结凝灰岩及砂岩节理裂隙发育，浅部强风化岩风化裂隙发育，据年降水量推测左线合计涌水量为7528m3/d，右线为7453m3/d。

4 塌方处理措施

4.1 地质预报

为彻底探明掌子面前方地质和塌腔具体情况，合理确定优化处理方案及参数，再次采用对软弱围岩夹层、空洞较为敏感的地质雷达预报方式，对掌子面前方0～30m范进行了精确预报，并在上台阶掌子面左、右侧分别完成了50m和70m的超前地质钻孔。两种预报方式均揭示在掌子面前方50m范围内（K189+730-K189+780段）围岩受断层构造影响，风化差异明显，交错存在着强、中、全风化溶结凝灰岩，其中掌子面前方12m（K189+730-K189+742段）范围左侧相对完整性稍好，右侧较为破碎，层间明显夹泥。K189+742前方左侧拱部整体较好，右侧拱部围岩变好，弱含水。反射波形显示塌腔体位于掌子面右上、前方，形态不规则，纵向长度为7m、最高约5m、宽度约7.0m。

4.2 方案选择与优化

鉴于塌方体含有较多的角砾岩碎块和全风化夹层泥，具有一定的泥化流变性，常规的钢插管处理法在过程中因打设长度有限，难以打入前方硬质岩，无法承受上方土压力，超前注浆小导管处理法在钻孔过程中常会存在塌孔、卡钻或装管难度大等问题。自进式中空注浆管有自带式钻头、钻杆（兼锚杆）、连接套三个重要部件构成。钻头材质为耐磨合金钢，并预留有出风孔（注浆孔），直接采用抗弯拉和抗扭性能较强的无缝钢管制造的中空注浆锚杆代替钻杆，钻杆预留注浆孔，且外表面成螺纹状，可加强注浆体与周边土体固结性能，具有一次成孔、直接注浆固结的优点。经多方讨论比选，最终确定采用自进式中空注浆管棚法进行该塌方段处理。

为足以承受上部土体的竖向荷载，采用外径为89mm、壁厚为10mm无缝钢管作为钻杆兼作中空锚杆，并沿纵向30cm间距在四个方向留设注浆孔，一次埋入式合金钻头连接在首根钻杆前端部。根据探明地质和塌腔体具体情况，在拱顶左侧沿环向40cm间距，打设21根长度为24m的自进式中空注浆管，在拱顶右侧沿环向30cm间距打设37根长度为30m的自进式中空注浆管，锚杆棚外角设置为8～10°，靠拱顶部位取大值，拱腰部位取小值。在完成塌方段初期支护施工，并经监控量测稳定后，再通过预留泵管，在塌腔内压注充填厚度不小于3.5m的C20混凝土护拱。在完成自进式锚杆棚施工后，利用反压回填形成台阶，采用三台阶留核心的方式，执行S-Va级支护参数（具体参数：纵向间距为I22b工字钢+28cm厚C25喷射混凝土+直径为025、长度为400cm、间距为100×50cm的径向锚杆+双层20×20cm钢筋网片）逐环开挖支护、稳步推进。

4.3 重要控制环节

（1）临时措施。为防止初期支护受损掉块，确保处理过程作业安全，在处理施工前需采用纵向间距为50cm的I14工字钢+15cm厚的C25喷射混凝土+1.0×1.0m径向锚杆，对掌子面后方30m（K189+700-K189+730段）米的范围内初期支护进行加固补强。同时采用洞碴对塌方掌子面后方30m范围进行反压回填，形成两台阶工作平台，并采用15cm厚C25喷射混凝土和直径为50mm、长度为4.0m、间距为1.0m×1.0m注浆小导管对上台阶的塌方体和反压洞碴进行封闭加固处理。另外为便于后续充填拱顶塌腔，在封闭前需上台阶拱顶处预留一条0110泵管，泵管上口应尽可能的伸至塌腔顶部，并在出水相对集中位置留设010cm出水管。

（2）钻进。在钻机就位前在掌子面上详细测放出各锚杆位置，类似于洞口的长管棚施工，进行必要的编号，采用QZ-165形大功率潜孔钻机钻进，钻机就位时应控制好外插角度，钻头直径应比钻杆直径大于2.0cm以上，并不得小于钻杆连接套外径，钻进速度不宜过快。因相邻管间距较近，为防止钻进过程中漏风，应跳孔施工，沿两侧向拱顶先单号孔后双号孔，为防止注浆过程中窜浆，在完成钻孔后，及时采用药卷对锚杆体与止浆墙之间的间隙进行封闭处理，封孔段长度应为15cm（喷射混凝土封闭层厚度），钻杆宜外露20cm，并在管端部焊接带止浆阀门的注浆管。

（3）注浆。待锚杆周边封闭材料硬化后，及时进行注浆，注浆材料选用水灰比为1：1的水泥净浆，水泥采用P.042.5硅酸盐水泥，注浆压力控制在0.5～1.5MPa，如在注漿过程中出现水泥浆流失或其它漏浆问题，应水泥浆中加入适量水玻璃液，同时还需间歇反复补充注浆，使水泥浆能尽可能充盈锚杆周边土体间隙，形成整体的承载体系，当注浆压力达到1.5MPa，并稳压5～8min后，关闭止浆阀门，移除注浆管。

（4）塌腔充填。在完成塌方段自进式中空注浆管棚、初期支护和仰拱及填充施工后，为防止塌腔体顶部岩块继续掉落，威胁后续施工和营运安全。经监控量测拱顶沉降和周边收敛稳定后，在二衬施工前需通过掌子面封闭时预留的0110mm泵送管，分5次（每次厚约70cm）向塌腔内压注，每次间隔时间应超过混凝土的终凝时间。在完成护拱混凝土压注后，如原预留的010mm也仍有少量清水流出，应采用软质盲管引排至拱脚处的排水暗沟。

5 结 语

隧道塌方是隧道工程在施工中遇到的一种严重的施工灾害，为了能够有效的防止塌方事故的产生，很多专家学者针对塌方的处理进行归纳和总结，提出合适的处理方法。例如在隧道工程开挖掘进过程中遭遇的突泥、塌方等突发情况，常规的处理方式耗时费力，采用自进式中空注浆管棚处理方案，具有便捷高效和可操作性强等优点，对类似的隧道工程塌方处理有较强参考价值。

参考文献

[1]王海燕.隧道塌方处理一般原则及技术要点[J].山西建筑，2009，35（17）：339～340.

[2]周先仓.隧道施工塌方原因及控制对策研究[J].山西建筑，2012，38（15）：202～204.

[3]刘志军.隧道施工塌方及控制分析[J].城市建筑，2013，11（20）：248.

收稿日期：2018-9-21