祁跃海

(辽宁省交通规划设计院)

1 概述

1.1 自然地理

该隧道位于西南云贵高原区，为双车道、分离式长隧道，左线长2161m，右线长5153m。隧道区属低山丘陵地貌，山顶浑圆，洞口坡度较陡。山体最高海拔924.50m，最低海拔为639.76m，相对高差284.74m。

1.2 区域地质概况

隧道区地层岩性为元古界清水江组(pt2q)板岩。设计带位于雪峰古陆西缘，苗岭隆起带东侧，在地史上经历多次构造变动，地质构造复杂。

1.3 隧道区构造特征

隧道区中风化板岩地层较稳定，呈块状构造，浅部以风化裂隙为主，深部以构造节理裂隙为主，经地质调查，该段围岩存在几组节理裂隙面，结合程度一般，局部充填少量黏性土。

1.4 主要施工方法

该隧道开挖方式主要采用钻爆法，软弱围岩段也可采用机械开挖或人工开挖。开挖方法根据围岩级别和隧道埋深情况分别采用台阶预留核心土法和上下台阶法，也可根据实际情况采用CD法、CRD法进行施工。二衬混凝土采用整体式液压模板台车浇筑。

2 塌方前后过程

该隧道自出口端向进口端方向掘进，2012年1月2日，已掘进至隧道中部的紧急停车带加宽段附近，采用Ⅴ级围岩支护参数，并分上、中、下台阶进行施工，上导坑掌子面掘进至YK20+850.5，该掌子面围岩层理薄，受构造作用挤压破碎且软，呈砂土状，用手可抓散，易发生坍塌，为Ⅴ级较差围岩。在该段开挖过程中均采用挖掘机配合风镐进行掘进; 2012年1月3日凌晨3:30左右，当上台阶掌子面由YK20+ 850.5～YK20+850施工掘进时，在挖掘机挖出开挖轮廓线后准备立架时，掌子面前方不断有破碎岩块掉落现象，并不断的向掌子面后方推移。

为保证施工安全，防止掌子面坍塌继续扩大，随即对掌子面及拱顶围岩面用C20喷射混凝土初喷进行封闭。由于围岩太破碎，在对掌子面及拱顶围岩面封闭时，掌子面仍不断有坍塌现象，最后因无法控制坍塌的发生，导致掌子面岩块不断下落并将上导坑已支护好的数榀工字钢压垮造成塌方事故。

截至2012年1月3日下午14:00左右，坍渣已将坍腔口全部填满，拱顶基本不再出现大坍塌现象，但时有听到拱顶上有掉块的响声。此时，塌腔口最后一榀支护完好的工字钢桩号约为YK20+866，经目测，预估坍渣堆满坍腔体积约为1000m3。

3 已支护段加强处理方案

3.1 YK20+876～YK20+866段临时钢支撑及注浆加固

在YK20+876～YK20+866已支护段，架设I22b工字钢临时支撑，纵距0.5m，要求与初支混凝土密贴且基础落于稳固基岩上，防止塌方向已施工段进一步发展。

该段拱圈120度范围内打设φ42×4mm径向注浆钢花管，纵距0.5m，环距1.0m，管长6m，注浆浆液采用水泥－水玻璃双液浆，注浆参数如下。

注浆压力0.5～1.0MPa;水泥浆水灰比W/C=1∶1，水泥浆与水玻璃的体积比为1∶0.5;水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥;水玻璃波美度为35，模数为2.4。

施工时当每孔注浆终压达到1.0MPa且注浆量达到设计量的95%以上时，可结束注浆，水灰比及水泥、水玻璃掺量可根据现场注浆效果进行调整。

3.2 封闭掌子面及塌腔口

采用30cmC20喷射混凝土封闭坍渣体掌子面。

在塌腔岩口区预留输送泵管，回填泵送M30水泥砂浆后再回填C25混凝土封闭坍腔岩口区。

3.3 加强超前探测及监控量测

超前地质预报单位对坍方腔体部位进行探测，根据探测结果适当调整本方案，做到有的放矢。密切关注周边围岩及初期支护情况，加强监控量测工作，如有异常采取应急措施的同时将信息反馈。

4 坍塌段处理方案(YK20+866～YK20+857紧急停车带加宽段)

4.1 超前支护

从YK20+866开始，拱部150°范围内，采用Φ51×8mm自进式锚杆，L=6.0m，环向间距30cm，纵向排距为2.0m，角度10°～15°打设并进行注浆，共计五排，施做最后一排的桩号为YK20+858。

从YK20+865开始，拱部150°(可根据现场实际情况调整)范围内，采用φ42×4mm超前注浆小导管，L=6.0m，环向间距30cm，纵向排距2.0m，角度10°～15°，共计五排，最后一排点桩号为YK20+857。

4.2 初期支护

及时施做初期支护，参数如下:φ42×4mm的径向注浆管，长6.0m，纵距1.0m，环距1.0m，梅花形布置，注浆控制参数参照已支护段第(1)条注浆加固方案;双层φ6.5钢筋网20×20cm;I22b工字钢，间距0.5m，钢架锁脚锚杆均采用φ42×4mm斜向注浆花管(注浆后与钢架牢固焊接以保证钢架支撑的有效性);30cm厚C30钢纤维喷射混凝土;喷射混凝土及钢架全环封闭。每2m打设并预埋一根φ108× 6热轧无缝钢管回填孔直通塌腔顶部。

二衬采用60cm厚C30钢筋混凝土，双层配筋Φ25×20cm。

4.3 开挖方案

采用中隔壁法向前掘进，尽量采用机械开挖，局部可采用弱爆破;开挖进尺0.5m。中隔壁支护参数:φ6.5钢筋网20×20cm，I18工字钢，纵距0.5m(与初期支护工字钢对应)，20cm厚C20喷射混凝土，Φ22药卷锚杆长3.0m，环距1.2m，纵距0.5m。

5 坍塌段处理方案(YK20+857～YK20+850主洞段)

5.1 超前支护

打设自进式锚杆和注浆钢花管，除纵向排距调整为2.4 m外，具体施做参数同上述加宽段。

5.2 初期支护

及时施做初期支护，除I22b工字钢间距调整为0.6m外，具体施做参数同上述加宽段。

二衬采用60cm厚C30钢筋混凝土，双层配筋Φ25@20cm。

5.3 开挖方案

采用上台阶中隔壁法向前掘进，尽量采用机械开挖，局部可采用弱爆破;开挖进尺0.5m。中隔壁支护参数:I18工字钢，纵距0.6m(与初期支护工字钢对应)，18cm厚C20喷射混凝土，Φ22药卷锚杆长2.5m，环距1.2m，纵距0.6m;下台阶采用拉中槽，左右侧邦及左右侧仰拱底跳马口槽开挖。

初期支护及注浆加固体达到设计强度后，通过预留钢管向塌方空腔先用C20混凝土回填2～3m厚，然后吹填炉渣或珍珠岩等轻质材料，填满整个空腔。变形稳定后及时施做二次衬砌。

6 坍腔后影响段处理方案

该段范围YK20+850～YK20+840，按Ⅴ级围岩加强衬砌结构参数施做。

6.1 超前支护

采用φ42×4钢管，L=4.0m，环向间距40cm，纵向排距为1.2m，角度10°～15°打设并进行注浆，注浆浆液采用水泥浆。

6.2 初期支护

φ25中空注浆锚杆，长3.5m，纵距0.6m，环距1.2m，梅花形布置;双层φ6.5钢筋网20×20cm;I22b工字钢，间距0.6m;30cm厚C20喷射混凝土;喷射混凝土及钢架全环封闭。

6.3 二次衬砌

二衬采用50cm厚C30钢筋混凝土，配筋Φ25@20cm。

7 施工注意事项

(1)确保注浆质量，要求钻芯取样及地质雷达监测验证。要求保证洞顶空腔回填饱满;

(2)自进式锚杆应严格按照产品说明书及厂家技术员要求进行施工。自进式锚杆及超前小导管搭接长度不小于2m，并严格按设计要求注浆，确保超前支护的有效性;

(3)严格控制开挖循环进尺。开挖采用机械开挖或弱爆破。在超前支护完成并达到强度前，严禁继续开挖进尺;

(4)要求及时有效的施做初期支护及二次衬砌，严禁开挖面暴露时间过长;

(5)加强监控量测工作，以监控量测数据指导施工，如发现异常，立即采取相应的应急措施并向相关部门反映，研究解决方案;

(6)对可能存在的施工风险做好应急预案，并针对实际施工情况组织应急指挥小组，以确保施工的过程的及时有效性。

8 结语

(1)对板岩这种变化突然、层间结合差、挖开后强度降低迅速、极易由落小块到落大块以至形成塌方的种种不利特性，在隧道施工过程中应严格按照设计要求的施工工法和开挖进尺进行掘进，应严格遵循“短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的指导原则。

(2)对于隧道钻探勘察、实验测试等工作所获得的资料、数据，在设计应用时一定要适当保守。因为钻探时所使用的取芯钻头一般都是75mm，如果遇到大于10cm完整的岩块，所取出的岩芯柱长就大于10cm，如果现场技术员将此块岩芯取样送检，所测得的饱和单轴抗压强度也会很高，如遇周围岩石破碎，以这个数据为依据，来代表该段做设计，所给的参数就会高。另外现场做的波速实验、所获数据也要尽量保守。因为击锤时用力的大小、孔内泥浆浓度的大小、孔的深与浅等因素与波速大小都有一定的关系。

(3)因为钻探勘察是以点带面，尤其是长隧道勘察，不能整条隧道布很多孔钻探，因此在板岩地质设计隧道时，围岩级别不能给的过高，一般是Ⅲ级围岩不超过40%。围岩级别定的过高，施工时变更就多，对施工和运营期的安全会带来较大隐患。

(4)地下水对板岩的特性影响较大，凡遇到地下水发育地段，隧道围岩级别要降低。因为板岩和泥岩的节理裂隙面和结构面被水浸泡后，表面很光滑，开挖后极易产生坍塌和滑坡现象。

(5)在隧道设计时，一定考虑地形、地貌的因素，在隧道顶上地表如有较大的沟谷，由于受地表水的作用，岩石风化就强并且深，应加强地勘工作，准确定出对应隧道的围岩级别，另外阳坡的风化程度比阴坡要强。