范子豪

（中交四公局第三工程有限公司，北京 100000）

1 工程概况

舟寨隧道进口位于ZK5+990（右线K5+898）江口县闵孝镇舟寨村,距村道700m，出口位于ZK6+352（K6+365）江口县闵孝镇闵家场村。总长度左线362m，右线467m；双向4车道单向行车，设计速度80km/h，单洞行车道宽度为2m×3.75m，隧道建筑限界净宽为10.25m，建筑限界净高为5.0m。左洞Ⅳ级围岩98m，Ⅴ级围岩264m；右洞Ⅳ级围岩有104m，Ⅴ级围岩有363.5m，于2018年11月30日开挖至K6+312处隧道右洞掌子面出现大面积塌方，从拱顶上方往掌子面处塌落泥加石，石块呈大粒径孤石。根据塌方体外涌的方量推测该处空腔大约为500m3，该处隧道埋深为40m，地表处植被较丰富。

2 塌方原因

2.1 地质复杂

舟寨隧道右洞起讫桩号为K5+898～K6+365，原设计K6+200～K6+365段为Ⅴ级围岩，隧道洞身主要为强、中风化白云岩，岩体破碎，节理裂隙发育，岩体完整性较差，开挖时，多以面状滴水为主。经地质专家和隧道专家到现场查看，分析该处为溶洞向深部溶蚀的演化历史，在岩溶沟槽向深部溶蚀切割进程中，降低了区内最低侵蚀基准面，岩溶水在补给、径流过程中受最低侵蚀基准面进一步向深部改道下切，致使曾经的溶洞暗河出口逐渐干枯形成干溶洞或半干溶洞。在长期的地质变化中，溶洞顶塌陷导致溶腔底部成为塌陷石块堆积体。在该段施工过程中，由于岩层缝隙太大，注浆无法达到效果，小导管无法承受来自拱部的石块压力，且岩层呈不规则形状，开挖过程中掉块严重，导致塌方。

2.2 施工原因

（1）在开挖前施工方未对超前地质预报进行细致查看，未能提前对前方地质作出准确的判断。（2）洞内的监控量测点破坏严重，未能准确地对初支附近围岩的变形情况进行分析。（3）由于为堆积体岩质，常规的超前小导管支护注浆效果差，岩体在开挖过程中失稳导致塌陷，形成溶腔。

3 溶洞处理方案

3.1 稳定掌子面

先对掌子面进行喷射砼封闭，避免掌子面继续垮塌，同时对预留核心土体进行注浆，保证掌子面的稳定性；预埋110mm的钢管至拱顶空腔，以便于吹砂、泵送混凝土和排水（端部采用土工布包裹），长度、数量根据现场探测实际情况确定，并加密环向排水管，间距为3m；对局部较大空腔采取分次泵送C20砼填充；超前地质预报尽量探明掌子面前方及地表以下地质情况，加强过程中监控量测（洞内和地表），并及时反馈结果。

3.2 地表注浆

对地表K6+307～K6+322段进行注浆，以便山顶地表进行封水处理，注浆范围为洞顶左右各15m，深度为3m，孔间距为1.5m×1.5m梅花形布置；采用无缝钢花管打孔注浆，浆液材料初步拟定为水泥浆，水灰比W/C=0.5～1.0，注浆压力一般控制在0.5～1.0MPa，在孔口设止浆塞，并及时对地表进行沉降观测。

3.3 管棚施作

由于隧道在掘进施工中，堆积体岩层自稳能力差，属于易塌方地质，需采用较强的超前支护形式进行施作，保证施工安全。由于该地质岩层中存在裂隙较多，岩溶极其发育，采用常规的管棚施做成孔较困难，属于易塌孔地质，故采用跟管技术进行管棚施工。当地质状况复杂，遇有砂卵石、岩堆、漂石或破碎带不易成孔时，采用跟管钻进工艺，即将套管及钻杆同时钻入，成孔后取出钻杆，顶入管棚，拔出外套管。跟管钻进是钢管前方设置一个管靴，通过钻头顶进管靴，钻头采用合金钢制成，管靴带动钢管逐节往前进，单节管长度为1.5m并两端设置套丝，两节管采用套管连接，套管长度为20cm，在K6+312处施作套拱钢支撑，将钢管端部焊接在I20b工字钢上。套拱内埋设3榀I20b工字钢，采用装载机进行吊装，型钢与管棚钢管通过Φ20钢筋环向间距1m连接成整体，钢筋与型钢焊接牢固。从K6+312处往出口方向施作9m长超前Φ108×6mm管棚，搭接长度不小于2m，环向间距40cm，外插角7～15°，并注浆浆液材料初步拟定为水泥浆，水灰比W/C=0.5～1.0，注浆压力一般控制在0.5～1.0MPa，在孔口设止浆塞，在注浆完成之后可采取钻孔验证注浆效果。

3.4 超前小导管

为了确保开挖施工的安全，在开挖前可采取加密超前超小导管配合长管棚的形式共同对掌子面进行支护，控制Ф42×4mm超前小导管的仰角10～15°外插角打入围岩，钢管环向间距控制为30cm，纵向排距加密为120cm，并按要求进行注浆。在一榀拱架开挖及初期支护完毕后进行下一次钻孔，并施作超前小导管。小导管钻孔时采用手风钻进行钻孔，使用孔眼较管径大20mm以上。按设计控制钻杆仰角，孔钻好后，进行清孔处理，后再将钻杆换钎尾，将导管贯入孔中，外露20cm，安装止浆阀，并将小导管周围空隙封堵严实。小导管顶端为锥形，管壁周围钻设φ8梅花形孔眼，孔眼间距15cm，交错布置；为了防止漏浆，保证注浆效果，小导管管尾100cm范围内不钻设花眼，并应在管端做好止浆阀。小导管注浆浆液材料初步拟定为水泥浆，水灰比W/C=0.5～1.0，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，在孔口设止浆塞，在注浆完成之后可采取钻孔验证注浆效果。

3.5 塌方体开挖

管棚和小导管注浆完毕，待压浆强度达到70%，加强监控量测工作，对洞内和地表进行观测，同时将二衬跟进至K6+271处方可掘进。在开挖过程中严格按预留核心土工艺工法进行施作，进行开挖作业，开挖采用机械破碎结合人工，禁止采用爆破开挖，每循环开挖不超过1榀钢拱架。围岩岩性软弱，破碎程度严重，自稳能力差，主要采用机械配合人工开挖。为减少核心土开挖与掌子面开挖施工之间的相互影响，每个掌子面错开10m。开挖过程中及时支护，并设置沉降观测点，发现异常及时停止，待加强支护后继续开挖。

3.6 衬砌加强

本段原设计围岩为V级围岩，衬砌支护参数为Va，为了保证该段的施工安全，对衬砌支护参数进行加强处理，将Va支护类型变更为Vd的形式，在开挖前确保二衬安全步距达到最小值，V以下为Va和Vd的支护参数如表1所示。

表1 隧道衬砌支护参数表

3.7 监控量测

由于在K6+312处地表埋深为40m，监控量测选用地表观测和洞内观测两种方式进行。

地表沉降量测采用水准测量，与洞内拱顶下沉量测、周边位移量测设在同一横断面内，进行横断面方向地表沉降量测时，同一断面取7～11个测点，测点间距取2～5m。地表下沉量测在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。地表观测在洞浅埋段，观察内容包括地表开裂、地标沉陷。应特别关注地表贯通性裂缝的排查；边坡及仰坡稳定状态；地表积水、渗透以及排水情况。

洞内观测。拱顶下沉量测采用水准测量法进行，后视点可设在稳定衬砌上，用水准仪进行观测，为了加强观测拱顶下沉按5m设置一个断面，当隧道水平收敛速率小于0.15mm/d或拱顶下沉速率小于0.1mm/d时维持该速率至少7d以上认为基本稳定，可以施作二次衬砌。

4 注意事项

（1）隧道溶洞处理时，一定要做好洞内和地表的监控量测工作，及时根据量测数据处理的结果，对围岩的变形趋势作出准确的分析判断，以便指导施工。（2）Ⅴ级围岩环状开挖留核心土，台阶长3～5m，仰拱至掌子面40m，二衬至掌子面70m。（3）施工过程中严格按照工艺工法进行施工，严守“管超前，预注浆。短进尺，弱爆破。强支护，快封闭。勤量测，紧衬砌。”的原则。（4）及时做好隧道的监控量测和超前地质预报工作，及时掌握隧道前方的地质情况和洞内的围岩变化情况。（5）在隧道出现塌方后对掌子面应立即停止施工，撤出人员和机械，待拱顶稳定后，视情况确定具体施工方案。（6）采用跟管管棚施工，要确保管靴的质量，为了保证顺利钻进，在套丝连接的基础上补充焊接。

5 结束语

目前隧道在严格遵守技术方案施工的前提下，已经安全贯通，通过本隧道溶洞塌方体的处理，也为后续相同地质的隧道施工提供了借鉴，出现隧道塌方，应做好地质条件的分析和方案的论证工作。