李科 杨旭东

【摘要】以某高原高寒地区隧道为研究对象，在隧道施工过程中针对隧道坍塌进行原因分析，较详细的阐述了塌方处理方案，同时对同类隧道塌方的处理和防治提供借鉴。

【关键词】隧道；塌方；处理；预防

1、工程概况

某高原高寒地区隧道位于青海省境内，该隧道区属构造剥蚀高山地貌区，隧道范围内中线高程2958m～3025m，最大高差约67m。隧址区第四系覆盖层主要为冲积成因卵石，下伏基岩主加里东中期侵入花岗岩，地下水主要为基岩裂隙水，碎石及卵石亦为地下水主要赋存空间。隧道围岩为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ级，洞口土质或易坍塌的软弱围岩地段采用上下台阶留核心土法开挖，隧道洞身段的Ⅳ、Ⅴ级围岩按上下台阶法开挖，Ⅲ级围岩按全断面法开挖。按照新奥法设计施工，隧道主洞内轮廓采用单心圆形式。拱半径为5.61m，净空面积为64.49m2。

2、塌方经过及原因分析

该高原高寒地区隧道2012年2月2日19：22在进口左洞ZK6+163处掌子面开挖时，隧道开挖以淋雨状、涌流状出水，掌子面围岩呈破碎状，拱顶出现塌方，ZK6+163-ZK6+160已施做完成的钢拱架局部垮塌、变形，ZK6+160-ZK6+150段初支表面出现裂缝。隧道进口段围岩级别为V级，衬砌形式为S5c型，洞身岩性为花岗岩，节理裂隙发育，全风化—强风化，富含裂隙水，岩体自稳能力差。塌方段洞顶覆盖层较浅，隧道开挖以淋雨状、涌流状出水，上导施工时开挖扰动原岩，因围岩压力增大，未及时初喷混凝土封闭掌子面，在拱顶位置致使塌方。塌方主要原因是，地质条件与原设计存在较大差异，隧道开挖至此处时，没有正确、有效预报地质情况并采取措施，导致了本次突发性塌方事故的发生。

3、处理方案

该高原高寒地区隧道塌方治理，主要采取了直接支护治理、双层超前小导管注浆施工、泵送混凝土回填及其综合应用措施。

3.1塌方后方加固处理。（1）在ZK6+160-ZK6+150段10m范围内，初支内侧架设工字钢架，作为临时加强支撑。工字钢采用I20b工钢，工字钢架应紧贴原有初支工字钢下方，采用φ20钢筋将工字钢焊接连接成整体。每榀工字钢拱脚设置锁脚锚杆4根，左右两侧各2根，锁脚锚杆采用φ22砂浆锚杆，长度3.5m。（2）在ZK6+160-ZK6+155段5m范围内，自起拱线以上打设径向注浆锚管加固围岩，锚管采用长3.5m，壁厚4mm，外径φ42mm的热轧无缝钢管加工制成，前段加工成锥型，并在管壁四周打四排φ6mm压浆孔。注浆管呈梅花型布置，注浆管间距为100×100cm。注浆采用水泥浆液，水灰比1：1，注浆终压力为0.6—1Mpa，其注浆量由现场监理进行核定。

3.2塌方段处理方法。（1）为防止塌方的纵向延伸，采用10cm厚C25喷射混凝土封闭坍塌体掌子面。（2）ZK6+170-ZK6+160段10m范围内，加强超前支护，在拱顶120°范围内设置双层超前小导管注浆加固松散围岩（小导管外径φ42mm，L=4.5m，环向间距35cm），小导管第一层打入角度45°，排距为1.5m。第二层打入角度10°，排距为1.5m。内外层小导管错开一榀布设。注浆采用水泥浆液，水灰比1：1，注浆终压力为0.6—1Mpa，其注浆量由现场监理进行核定。（3）塌方体处理段落先暂定为10m（里程为：ZK6+170-ZK6+160）。该段塌方体在处理过程中，如塌方堆积体厚度高于拱顶不足3米，则需泵送C25混凝土形成护拱，高度按0.6m-0.8m控制，如塌方堆积体厚度高于拱顶3米以上，则不需要泵送C25砼。（4）ZK6+170-ZK6+160段10m范围内，衬砌类型变更为S5a型。其中，钢拱架间距调整为50cm，系统锚杆由D25中空注浆锚桿调整为φ42mm注浆钢管，环距、排距均为100cm。注浆采用水泥浆液，水灰比1：1，注浆终压力为0.6—1Mpa，其注浆量由现场监理进行核定。（5）开挖至ZK6+170后，再根据现场情况确认是否调整支护参数。

3.3方案实施。对坍塌体掌子面进行喷射砼封闭，紧接着对ZK6+160-ZK6+150段施作护拱，工字钢架紧贴原有初支工字钢下方，严格施作锁角锚杆，保证钢拱架拱脚落在坚硬岩石上。再施作超前小导管，但由于塌方段围岩破碎，φ42mm双层超前小导管钻孔困难，打设深度1m多后易塌孔，小导管无法搭设至设计孔深，施工缓慢。项目部与设计沟通采用L=4.5m长自进式锚杆，第一层打入角度45°，排距为1.5m。第二层打入角度10°，排距为1.5m。注浆采用水泥浆液，水灰比1：1，注浆终压力为0.6—1Mpa。较好的解决钻孔难的问题，及时对塌方段围岩进行加固。超前导管施工完成后，采用上下台阶留核心土法开挖。每循环进尺0.5米，工字钢采用Ⅰ20b，按设计预留核心土对掌子面进行反压，锁角锚杆采用D25中空注浆锚杆，一侧两根设置，长度3.5m，同时严格按照处理方案要求打设系统锚杆。第一个循环施工完成后，经观测掌子面及后侧的初支基本无变形，洞顶围岩固结较好。继续进行下一循环的施工，安排专人对围岩进行观测，增加监控量测的频率。同时及时施工仰拱及二衬，缩短施工步距。缓慢通过坍方段，经检测测塌方体厚度不足3米，无需泵送C25砼。塌方完全处理完毕，整个处理过程再无发生坍塌现象，且无任何安全事故发生。

4、处理效果监测

塌方后项目加大监控量测频率，及时掌握塌方段后方初支变形情况。在隧道出口端断层带沿隧道纵向每隔5m布置测点分别对初次支护拱顶下沉、净空位移（拱脚水平收敛及墙腰水平收敛和二次衬砌的收敛 ）等进行量测。监测仪器分别使用DSZ2水准仪（配测微器）和JSS30A型数显收敛计，测点布置如图。

在掌子面塌方稳定后，项目部及时组织量测初始值时，经检测 ZK6+160-ZK6+150段12小时内拱顶沉降1.5cm，项目部及时按照处理方案，增加临时护拱，严格施作连接筋和锁角锚杆，使工字钢与初支面密贴。施工完成后，当天累计沉降量1.5mm，有效的加固该段的初支，预防塌方段的延伸扩大。

5、隧道塌方预防措施

（1）做好超前地质预报工作。尤其是洞口Ⅴ级围岩强风化段，要认真及时地分析和观察开挖工作面岩性变化，遇有渗水增大、围岩破碎和整体性变差等现象，应及时改变施工方案。（2）加强围岩量测工作。通过对量测数据分析处理，按照时间一位移曲线规律，及时调整和加强初期支护。（3）严格控制爆破装药量，尽量减小对软弱破碎围岩的扰动。（4）加强超前地质预报监控，及时使用EKKO地质雷达对图纸揭示的围岩破碎带进行预测，同时采用多种方式联合检测，相互印证综合预报，指导施工。（5）必要时采用超前水平钻进行超前探孔，探测掌子面前方围岩情况，同时又能增加爆破临空面，提高爆破效果。（6）保证施工质量，超前预注浆固结止水，钢架制作、支护质量必须符合设计及验标要求。（7）严格控制开挖工序，尤其是一次开挖进尺，杜绝各种违章施工。

6、结语

（1）隧道坍塌方对工程的进度和效益影响巨大，所以在隧道施工中首要的任务是切实做好各种防坍塌措施，防止坍塌的发生。（2）在隧道坍塌方处理中，如坍塌方体积较大，对坍塌体不宜先行清除，否则可能引起坍塌的加大。采用注浆固结能保证施工安全，投入小、见效快，施工方便。（3）加强此段隧道洞内外监控量测工作，并应根据监控量测结果及时调整支护强度、增强临时支撑刚度等应对措施以确保安全。（4）隧道坍塌方处理当中应坚持“严注浆，强支护，短进尺，快成环，勤量测，二衬紧跟”的原则，采用环形开挖预留核心土法，保证掌子面稳定，发挥机械优势，减少开挖时间，确保施工安全。

参考文献

[1]陈豪雄，殷杰主编.隧道工程.北京：中国铁道出版社，2003.

[2]关宝树编著.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社，2003.

[3]朱汉华，尚岳全，符文熹，等著.公路隧道设计与施工新法.北京：人民交通出版社，2002.

[4]公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）.人民交通出版社第1版.1995.

作者简介

李科（1982.03—），男，汉族，四川泸州，硕士，工程师，工作单位：中交路桥技术有限公司，主要研究方向：土木工程.