滑坡松散堆积体软弱围岩大变形隧道施工技术

毛永强 阳 俊 李红君 郑世杰

（1 中交二航局第五工程分公司；2 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司)

(3 海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室；4 文山州交通运输工程造价管理站）

0 引言

近年来，随着高速公路网络迅猛发展，山岭地区高速公路项目日益增多，为保证高速公路的整体平稳性，山岭地区高速公路多以隧道形式进行公路设计。特别是云贵高原地区极大多数隧道，滑坡松散堆积体是常见的复杂地质，存在围岩软弱、富水严重、进洞条件差等现象，具有松散、透水性强、强度低、吸水软化等特征。而在未经处治的松散堆积体软弱围岩隧道施工，易引起洞口坡体滑坡、掌子面坍塌、地表沉陷、支护变形过大、隧道基底不均匀沉降等一系列问题，从而引发工程事故，对工程人员的安全造成极大威胁。因此，在松散堆积体地层隧道施工时，采取合理的地层预加固措施、制定切实可行的处治方案是十分必要的。

1 项目概况

文山至麻栗坡高速项目位于云南省东南部文山州境内，建设规模74.591km，桥隧比高达43%。软弱围岩区隧道共计3 座，其中大法郎隧道左线起讫桩号ZK42+330～ZK45+720，总长3390m，隧道最大埋深约206.5m，位于ZK43+840 处，右线起讫桩号K42+355～K45+730，最大埋深约195.5m，位于K44+040 处。

项目沿线地质条件极为复杂。隧道穿越山体，进出口端均位于斜坡上，处于两冲沟之间，洞顶上方为农田，常年含水；进洞岩层破碎且薄弱，围岩以强风化泥质页岩为主，风化裂隙与次生构造裂隙极发育，岩体呈碎屑状、碎块状，完整性差；山体主要以风化裂隙水为主，旱季以渗水为主，雨季可呈涌流状渗出，加之雨季时间长，降水量大，水体危害大。在隧道建设过程中多次连续沉降预警、掌子面连续溜塌、地表塌陷、初支侵限大变形。

图1 大法郎隧道左线掌子面地质素描示意图

图2 大法郎隧道松散堆积体大变形及滑塌

2 滑坡松散堆积体软弱围岩施工方案及要点

软弱围岩隧道具有自稳差、易坍塌、变形大等特点，因隧道承受压力的不确定性及隧道围岩本身承载力差的因素，建议采取以下施工方案。

2.1 隧道施工工艺及支护设计

合理采用“三台阶+临时仰拱”施工工艺，依据超前地质预报及监控量测数据指导现场施工，严格执行施工工艺标准化，强化支护体系，必要时结合监控量测的数据增加竖向支撑。控制上台阶长度在5m 以内，高度控制在4m 以内，临时仰拱榀数不得少于4 榀，中台阶长度控制在8m 以内，临时仰拱榀数不得少于4 榀，下台阶长度控制在8m 以内。

隧道开挖后及时进行喷射混凝土、拱架、锁脚、锚管等施工，约束围岩变形，并根据围岩监控量测数据，分析围岩变形趋势，确定二衬施工时机。隧道施工过程中遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则。

2.2 超前辅助措施

隧道施工工程中超前小导管对松散、软弱岩层起到加固作用，注浆后增强了松散、软弱围岩的稳定性，有利于完成开挖后与完成初期支护时间内围岩的稳定，防止围岩失稳破坏直至坍塌。松散堆积段软弱围岩由于溜塌、掉块现象较为严重，需结合现场地质及实际施工情况，及时调整小导管长度、施作范围及施工间距。

2.3 初支喷射混凝土

应确保喷射混凝土质量，喷射混凝土应采用湿喷工艺，初喷、复喷应满足以下要求：

⑴初喷混凝土

软弱围岩隧道富水量较大，开挖后极易发生掉块现象，应在掌子面开挖前，现场配备好小型湿喷机，在隧道开挖完成后及时对开挖断面进行初喷2-4㎝混凝土，防止因围岩扰动造成掉块现象，以降低后续工序施工时的安全风险，同时初喷混凝土能平整开挖面，保证轮廓平顺，与钢拱架紧密贴合。

⑵复喷混凝土

待锚杆、钢筋网片、钢拱架、锁脚锚管等施工完成后，复喷混凝土至设计厚度，形成初期支护体系，阻止围岩松动变形。喷射混凝土时避免产生空隙、空洞，复喷混凝土覆盖拱架厚度不小于2㎝。

2.4 钢拱架

确保拱架垂直度，钢拱架间采用“两正两反”形式连接。中、下台阶开挖时避免挖机触碰连接钢板导致变形，钢拱架连接钢板时避免存在缝隙，针对不可避免的缝隙采用适宜的钢筋或钢板塞焊密实，使钢拱架连接紧密。钢拱架纵向连接采用10#槽钢进行焊接，拱架连接板位置采用22#槽钢进行焊接，对初支拱脚采用28#槽钢进行支垫，防止拱脚因承载力不足发生沉降。另外，隧道内初支变形、剥落现象多发生在钢拱架连接部位，应在钢拱架连接部位采用双层钢筋网片，增强整体稳定性。

2.5 系统锚杆

在软弱围岩中，系统锚杆对围岩的加固作用尤为明显。系统锚杆采用长短结合的方式支护。短锚杆采用树脂锚杆，长度为3m；长锚杆采用中空注浆锚杆，长度为4.5m；锚杆环、纵向间距60cm。施工系统锚杆使初支外侧形成“加固圈”，承受来自圈外的荷载，减少围岩传递至喷射混凝土层的荷载。锚杆必须安装锚垫板，锚垫板应紧贴围岩面（初喷混凝土面），确保锚固质量。

2.6 临时仰拱

结合围岩沉降、收敛数据分析，在上台阶、中台阶后侧施工临时仰拱，采用I20b 钢架。临时仰拱每循环跟进2 榀，满足“先支后拆”。必要时在临时仰拱及初支钢拱架之间增加临时斜撑。

2.7 二衬强度加强

隧道二衬施工正常情况下均是待隧道初支趋于稳定后才可施做。由于隧道围岩属于软弱围岩，在隧道永久仰拱施做后，隧道初支还会有沉降变形，为防止初支变形侵限，二衬在有施工空间的情况下尽量往前跟进。

对于复合型衬砌，在Ⅴ级围岩（软弱围岩段）段衬砌，初期支护的承载能力大于设计总荷载50%，二次衬砌的承载能力大于设计总荷载60%。仰拱及二衬环向钢筋间距由20cm 加密15cm，防止因围岩沉降导致仰拱起拱、开裂。

2.8 其他辅助措施

⑴超前地质钻探

掌子面超前水平钻孔，对掌子面前方地质条件进行勘探，提前预报前方工程地质及水文地质情况，以便及时调整支护参数和施工工法。施工时超前采取相应的控制措施，而不是在监测到沉降变形较大后再采取相应的措施，以达到控制隧道初支的变形沉降的目的。即对控制围岩收敛及变形的措施应具有超前性，而不是事后性。

⑵受力监测

增加洞内选测项目（围岩压力、工字钢应力、二衬应力等），同时加强成果总结与运用。

⑶监控量测及数据分析运用

隧道沉降、收敛检测断面为拱顶沉降点1 点、收敛点4 个，每3m 设置一个断面。每个断面开挖工序前后布点测量，采集收敛点的绝对坐标，分析相对收敛和沉降数据，以判断初支是否存在整体沉降。

结合监测数据判断临时仰拱拆除时机。对初支监测数据进行采集分析，确认隧道初支处于稳定状态后，可先对前方临时仰拱施做后，再进行后方临时仰拱的拆除，并及时跟进中台阶和下台阶钢架的安装施工。

3 大法郎隧道软弱围岩施工出现的问题及处治措施

根据大法郎隧道松散堆积体软弱围岩段施工中出现各种问题，采用了如下措施：

3.1 拱腰溜塌致使洞顶形成空洞

及时对拱腰溜塌位置反压回填，防止溜塌发展，空洞扩大。采用地质雷达扫描，确定空洞大小及位置，对拱腰背后空洞施做小导管进行引水排水，对空洞位置采用6m 小导管注浆进行超前加固。

3.2 掌子面垮塌及隧顶地表塌陷

采用“先稳定，后处理，先洞内，后洞外”的总体方针，先对未变形初支段落临时支撑加固，再对洞内掌子面溜塌进行封堵，封堵完成后再对洞顶上方塌陷作进一步有效处理，混凝土达到强度后，对掌子面进行双层小导管加固。

图3 小导管加密、注浆加固

3.3 掌子面持续预警

采用超短三台阶施工方法并预留核心土，每个台阶长度控制在4m 以内，仰拱跟进至下台阶附近，及时施作仰拱封闭成环，防止变形加剧。

3.4 溶洞处置措施

及时对开挖拱架进行喷锚支护，加密拱架，对紧贴掌子面的拱架进行超前支护，施做双层小导管并严格注浆，防止掌子面出现垮塌，同时根据溶洞大小对拱脚溶洞进行混凝土回填等措施，逐步推进掌子面掘进施工。在溶洞仰拱位置要求施做沉降缝，防止不均匀沉降造成路面损坏。

3.5 初支开裂

封闭临时仰拱，采取洞渣反压回填、工字钢横向及扇形支撑加固等措施，并对已完成的初期支护进行径向小导管注浆加固处理。同时加强锁脚施工，确保锁脚锚杆与拱架连接牢靠。

图4 加强锁脚锚杆与拱架连接

3.6 初期支护侵限

初期支护侵限，需作换拱处理。换拱段施工前须进行初期支护封闭成环，确保仰拱及填充混凝土已施工完毕。侵限段初支背后围岩松散体采取径向注浆加固，基本稳定后方可开始换拱。换拱采用弱爆破结合破碎锤、风镐的开挖方式，逐榀进行换拱。

4 结语

大法郎隧道属于山岭特长隧道，所在区域气候复杂，雨季时间长，在施工过程中出现掌子面溜塌、初支大变形、地表塌陷、支护侵限、下穿暗河及高压电塔等一系列问题，在前期严重影响了质量安全及施工进度。通过现场踏勘、资料收集、监测预警并论证分析，形成了一套完善的技术措施及隧道大变形应急处置机制，有效地保障了隧道施工质量、安全。工程实践证明，针对滑坡体下软弱围岩段隧道工程，应加强超前预报与隧道监测管理，复杂地质辅以超前水平钻探，优化支护受力体系，合理预留初支变形量。只有在施工过程中充分了解地质情况，灵活调整施工方法，加强技术指导，强化质量管控，才能确保复杂地质条件下的安全施工。