肖 红 菊

(铜陵学院建筑工程学院，安徽 铜陵 244000)



浅埋红黏土隧道塌方分析及处理★

肖 红 菊

(铜陵学院建筑工程学院，安徽 铜陵 244000)

介绍了云南某浅埋公路隧道工程的地质特征，分析了隧道塌方发生的原因，并从防止隧道塌方继续扩大处理与隧道继续开挖施工处理两个阶段，提出了塌方隧道处理措施，可为类似工程的施工提供借鉴。

浅埋隧道，塌方，管棚法，掌子面

1 项目简介

1.1 工程概况

云南某公路隧道为一座两车道分离式隧道，左幅隧道起止点桩号为ZK118+652～ZK120+800，分界段全长2 148 m，隧道最大埋深约为136.93 m；右幅隧道起止点桩号为K118+665～K120+900，分界段全长2 138.1 m，隧道最大埋深约为134 m。洞身采用初期支护和二次衬砌相结合的复合式衬砌。

1.2 工程地质特征

该公路隧道的地质情况比较复杂，现场有Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩，其中左幅ZK118+652～ZK118+810和右幅K118+665～K118+830为隧道进口段，围岩等级为Ⅴ级，以第四系坡残积硬塑状黏土为主，多呈散体结构，土体自稳能力差，侧壁稳定性差，开挖过程中不及时支护或支护不当易产生较大规模的坍塌，土体富水性一般，开挖时可能存在较小量的滴水、渗水等现象。

1.3 水文地质特征

隧道区地下水为第四系孔隙水类型、碳酸盐岩岩溶水及玄武岩基岩裂隙水类型。第四系孔隙水多赋存于第四系松散土体中，多以潜水形式出现，水量甚微；碳酸盐岩岩溶水赋存于灰岩岩溶裂隙中，水量一般；地下水以地下径流的方式汇集于沟谷低洼地段。

2 塌方概况

该隧道进口右幅起点里程桩号为：K118+665，明暗洞交界里程桩号为：K118+680，洞口段(K118+665～K118+830)围岩为第四系坡残积硬塑状态红粘土为主的Ⅴ级围岩，明洞长度为15 m。为了保证隧道洞口段的施工安全，现场采用管棚法的辅助施工工艺，管棚为直径108 mm，壁厚6 mm的热轧无缝钢管，长度34 m。初期支护为Ⅰ20a型钢拱架，间距60 mm。隧道于2015年1月23日～2015年2月3日分别完成了拱套浇筑、长管棚钻孔、长管棚注浆作业(每根管棚有效长度30 m)。3月5日～3月7日完成K118+665～K118+673段8 m长明洞仰拱的施工；3月29日按三台阶预留核心土临时仰拱法开挖上台阶，当日完成2个循环开挖支护施作(钢架间距0.6 m)，长度1.2 m。4月6日～4月13日完成上台阶开挖支护14.4 m，上台阶累计完成进尺15.6 m；中台阶左侧开挖支护施作9.6 m；中台阶右侧开挖支护施作8.4 m。4月13日6时30分，洞口仰坡喷射混凝土突然开裂并伴有异响，随后裂缝快速发展，数分钟内拱顶急剧下沉，掌子面上方地面沉陷冒顶，初支拱架下沉前倾。地面下沉面积约7.5 m×12 m，局部最大下沉深度达到2.5 m～2.0 m，洞口导向墙发生前倾，约15 cm～20 cm，底部开裂，如图1所示。

由图1可知，本隧道发生了掌子面整体倾覆破坏，表现为掌子面整体坍塌，洞口段已施工的初期支护则完好无损，直观判断隧道塌方是由于上台阶掌子面处初期型钢拱架基底失稳引起的。

3 塌方原因分析

管棚法隧道的稳定性机理为“棚架原理”，即管棚的作用是形成“微拱”、扩散围岩压力至前方未开挖土体和后方已架设型钢拱架上，型钢拱架则是控制变形的主体[1-3]。据此，可判断该隧道塌方的原因为型钢拱架基底发生失稳破坏，具体分析如下：

1)隧道所处的红黏土呈散体结构，土体自稳能力差，承载能力低；2)施工中采取了较为激进的方法，具体表现为：左幅掌子面与右幅掌子面间距仅16 m，施工中存在每次开挖进尺为2榀钢架的情况，且右幅中台阶未能及时施作临时仰拱；3)部分管棚施工偏差较大，开挖上台阶时曾隔断4根，影响了“棚架体系”的形成，另管棚内注浆效果也欠佳。

4 现场处理

塌方后的处理主要包括两阶段，第一阶段为防止隧道塌方继续扩大的处理，第二阶段为隧道继续开挖施工的处理。

4.1 隧道塌方后处理

隧道塌方后，为了防止破坏继续扩大，现场采取了堆土反压的方法(如图2所示)，以防止洞口段出现进一步滑塌。

4.2 塌方后隧道开挖施工处理

考虑到塌方段为隧道的进口段，且掌子面发生了整体失稳破坏，为此处理措施为对坍塌段进行开挖，然后再采用明挖的方案，具体工艺为：洞顶卸载、开挖支护→拆除初支钢拱架→从大里程往小里程更换上、中台阶每榀钢架→从小里程往大里程施作下台阶钢架及时封闭成环→钢架封闭成环后二衬紧跟。

1)洞顶卸载开挖。将右幅洞顶地表坍塌的松散土体用挖机进行清理卸载，边坡两侧原状土尽量少扰动，如图3所示。首先开挖至上台阶标高，边坡坡率为1∶0.75，仰坡坡率为1∶0.3，土石方卸载开挖采用自上而下分层开挖，一次将土方卸载做完，开挖完成后及时对边仰坡进行挂网喷锚支护。

2)边仰坡支护。为确保施工过程中边仰坡的稳定，开挖完成后及时对边仰坡进行挂网喷锚防护。锚杆采用φ22砂浆锚杆，长度为3 m，间距200 cm×200 cm，梅花形布置，喷射混凝土采用10 cm厚C20网喷混凝土，钢筋网采用φ8钢筋，网格尺寸为25 cm×25 cm。

3)拆除初支钢拱架。拆除原初支钢架，拆除从大里程往小里程依次进行，采用挖机配合人工风镐对原初支混凝土进行凿除，氧气乙炔割除原有钢架和长管棚，如图4所示。

4)架设换拱钢架。塌方段从K118+696～K118+680逐榀安装上、中台阶初支钢架、钢筋网片以及钢架之间连接，每循环施工3 m～4 m。

5)喷射混凝土施工。在上、中台阶钢筋网上按设计初支外轮廓线覆盖竹胶板模板进行固定，作为喷射混凝土外模，并确保钢筋网保护层厚度不少于3 cm。喷射混凝土终凝后，及时回填中台阶两侧，以抵挡边坡土体侧压力的作用(见图5)。

6)下台阶及仰拱施工。上、中台阶全部更换完成后，从K118+680依次向大里程方向施工下台阶初期支护。下台阶施工严格按照设计要求进行施工，并在拱脚处增加2根4.5 m长φ42×4 mm的锁脚锚杆。下台阶施工完成6 m后开始仰拱施工，仰拱采用分段开挖、浇筑，每次开挖长度不大于3m。

5 结语

以云南某公路隧道塌方事故为工程背景，分析了塌方发生的原因，提出了塌方后的处理措施，并经实施后达到了预期效果。可为今后类似工程的施工提供借鉴。

[1] 周顺华.软弱地层浅埋暗挖施工中管棚法的棚架原理[J].岩石力学与工程学报，2005，24(14)：2565-2570.

[2] 孙玉永，周顺华，肖红菊，等.管棚法应用于软土地层的稳定性分析[J].岩石力学与工程学报，2013，32(S2)：4199-4206.

[3] 聂贤海.超前管棚支护在隧道施工中的应用技术[J].山西建筑，2007，36(10)：314-315.

Analysis and treatment of shallow tunnel collapse in red clay★

Xiao Hongju

(CollegeofEngineeringandArchitecture,TonglingUniversity,Tongling244000,China)

The paper introduces the geological features of the some shallow road tunnels, analyzes the reasons for the tunnel collapses, and points out the collapse tunnel treatment measures from preventing enlarged treatment of the tunnel collapses and tunnel continuous excavation construction, so as to provide some reference for the similar projects.

shallow tunnel, collapse, pipe-shed method, tunnel face

1009-6825(2017)11-0178-03

2017-02-08★：安徽省高校优秀青年骨干人才国内外访学研修项目(gxfx2017114)

肖红菊(1980- )，女，讲师

U457.2

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