隧道紧急停车带塌方处治技术探讨

李长风

（运城南高速公路管理有限公司，山西 运城 044000）

1 工程概况

1.1 原设计情况

隧道区位于华北大陆亚块南部鄂尔多斯块与河淮地块接触带南端。隧道横跨运城、芮城和中条山西南段隆起带，构造形迹主要为背斜褶皱构造、断裂，最大埋深为680 m。

隧道工程区域内为黄河水系，由于地势高差较大，夏季降水较为集中，并且黄土质地松软，水力侵蚀严重，沟谷发育强烈，形成南北向季节性河流。隧道分水量以北主要以基岩裂隙水为主，岩体片理、节理裂隙发育，层间黏结力差，富水性较差。南部寒武系中下统白云岩以裂隙岩溶地下水为主，富水性较强。

中条山隧道道路等级按高速公路设计，设计行车速度为80 km/h,小净距分离式隧道。隧道的纵坡坡率1.88%，为一字坡。设斜井一座，竖井两座。其中1#斜井长1 498.7 m，纵坡为13.38%；1#竖井306 m，半径为3.9 m，2#竖井396 m，半径为3.2 m。双洞双车道，围岩以Ⅲ、Ⅳ级围岩为主，Ⅴ级围岩次之。原设计围岩支护参数见表1、图1和图2。

图1 紧急停车带衬砌

图2 紧急停车带临时支护

表1 围岩支护设计参数（cm）

1.2 塌方情况

（1）隧道右线7#紧急停车带（YK10+942—YK10+902）监控数据显示：变化速率均在8～10 mm/d，其中以YK10+935—YK10+915段变形尤为严重，且拱架已经产生严重变形。（2）右线YK10+935—YK10+905段发生塌方，长度为30 m，塌腔高度平均6～8 m，最大9 m，已经完成的初期支护遭到严重破坏；YK10+970—YK10+935段拱架也产生了明显变形、断裂。（3）隧道左线7#紧急停车带（ZK10+970—ZK10+930）段初支出现不同程度的拱架扭曲变形、喷射混凝土开裂和脱落现象。

1.3 原因分析

通过对类似问题[1-3]分析，塌方主要原因：（1）该段埋深621～665 m，岩层为长城系北大尖组页岩夹层，岩石破碎易坍塌。（2）在隧道K10+540—K11+350段内发育一断裂构造，岩石破碎，渗透性强，涌水量大，对隧道的施工影响较大。（3） 在隧道掘进时未按围岩情况及时调整开挖工法，且进尺较大。

2 塌方处治原则及方案

2.1 处治原则

（1）确保已施工完二衬至塌方段初支不存在安全隐患，加强对该段初支的沉降观测，对已经出现变形、开裂的地段采用加竖向支撑、护拱(套拱)的方法进行加固。（2）临时支撑包括临时仰拱封闭完成后，通过量测确定围岩已趋于稳定后，再逐步对变形、开裂段进行置换处理。（3）塌方邻近段初支变形、开裂处理完成后，再进行塌方段处理，确保施工安全，稳扎稳打、步步为营。

2.2 处治方案设计

处治顺序：先处治右线 YK10+970—YK10+935段初支变形段；再处治 YK10+935—YK10+905 塌方段；最后施工左线ZK10+970—ZK10+930 段初支变形段。

2.2.1 YK10+970—YK10+935段初支变形段处治

（1）采用Φ100圆木或现场现有Φ100焊管对已经开裂、变形段初支作竖向支撑，自YK10+970处开始向小里程方向采用加护拱的方式对YK10+970—YK10+935段进行加固，护拱拱架采用I22b工字钢，间距50 cm；护拱架立完成后，采用C25喷混凝土进行封闭，使护拱与已施工初期支护形成整体受力结构。（2）待监控量测数据稳定后，自YK10+970处开始逐榀拆除护拱，对变形、侵线处初支作凿除或微弱爆破处理，进行置换。对置换过程中拱部产生塌腔的，小于50 cm的空腔采用C25喷射混凝土作喷实处理，大于50 cm的空腔在进行拱架置换时预留注浆孔，封闭后采用C30泵送混凝土对空腔进行回填。

2.2.2 YK10+935—YK10+905塌方段处治

（1）将塌方产生的石渣修成平台，为便于机械操作及确定安全，平台长度控制在5 m，平台高度根据现场实际确定。为保证石渣的稳定性，需对石渣堆体作注浆处理，并在石渣表面喷20 cm厚C25喷射混凝土。（2）平台渣体稳定后，采用C25喷射混凝土对拱部围岩进行封闭。采用I22型工字钢进行支护，间距为50 cm。为确保施工安全，应根据实际缩短每环进尺。喷射混凝土采用环形、分次喷射，同时预埋好注浆管。（3）按照错挖马口的方法，将石渣右侧下挖2.0 m，并修成平台，对侧墙初支进行置换,单次开挖长度控制在1 m以下。（4）采用C30泵送混凝土对拱部塌腔进行回填，并尽量保持两侧平衡。回填的混凝土拱圈厚度按照2 m控制，顶部剩余空腔采用泵送粉煤灰混凝土填充。（5）待泵送混凝土凝固后，对掌子面附近剩余的变形初支进行拆除加固。见图3、图4。

图3 塌腔回填

图4 塌方处理石渣堆放体注浆稳固

2.2.3 左线ZK10+970—ZK10+930段初支变形段

受右线塌方影响，左线7#紧急停车带初期支护也发生不同程度变形，为防止应力二次分布影响左线围岩稳定，对左线采用加护拱（I22型工字钢，1 m间距）的方案进行加固。

3 施工注意事项及治理效果

结合其他项目经验[2-4]和现场施工过程，施工注意事项：（1）为使处理过程安全、快速、有效，自三个作业面支护班组中选择较高操作水平的施工人员组成突击队，由项目经理负总责，全面处理过程中的施工安全、人员及设备组织、技术方案的灵活运用及优化工作。（2）现场安全员配备3名，处理工程中全程跟踪，同时负责对周边初支开裂段的观察、排险工作，重点协调其它作业面的爆破作业面。（3）石渣平台必须结构稳定，防止平台出现垮塌事故。（4）塌腔处理必须在对塌腔岩面采用C25喷混凝土封闭稳定后进行，排险必须彻底。（5）置换后的拱架、连接筋、钢筋网及锁脚锚管施工必须符合《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）要求。（6）护拱的拆除严格按照稳扎稳打、处理完成一处再进行下处处理的方法进行，确保施工安全。（7）本段处理过程中，切实加强监控量测工作，以数据为依据。

根据塌方处理段监控量测数据，塌方段处理后，拱顶沉降与周边收敛呈下降趋势并趋于稳定。三处塌方及塌方影响段，在初支稳定及初支无侵限情况完成了二衬施工，运营几年来，未出现过变形过大、衬砌开裂等情况，处治效果良好。

4 结语

由于隧道地质条件复杂，应在隧道施工中高度重视监控量测和超前地质预报工作，采取合理的开挖和支护方法，防止塌方发生。塌方发生后，首先要采取有效的抢险措施，防止塌方范围继续扩大。在处理塌方时，中、小型岩石类塌方可通过观察坍壁稳定情况是否采用清碴处理，同时可根据坍腔矢跨比采取不同的处理措施；大型岩石类和土质类塌方一般采取“注浆+管棚”的整体加固处理方法。塌方段处治完成后，要重点做好该区域防排水设施并增加二衬配筋设计，可有效减少运营期衬砌渗水和变形现象。