于振海

(中铁十二局集团国际工程有限公司,天津 300000)

1 隧道地质情况

大兴乡隧道出口地质情况较差，以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主。洞门段以强风化二云石英片岩为主，岩体结构松散，自稳能力差，遇水易软化、崩解。洞身段围岩以强～中风化二云石英片岩为主，围岩自稳能力一般，地下水较丰富，主要为孔隙水及基岩裂隙水，水量受大气降水影响明显，正常状态下产生呈淋雨状出水，暴雨期可能出现突水情况。

2 隧道原设计支护参数

事件发生段围岩类别为Ⅴ级，衬砌类型为SF5b。原设计支护参数为拱部120°范围内超前支护采用φ42×4 mm注浆小导管，初期支护采用I18工字钢，间距80 cm，网喷25 cm厚C25混凝土，锁脚采用2根长4.5 m、φ42 mm小导管注浆加固。

3 突泥涌水事件发生经过

2018年12月2日凌晨1时35分，大兴乡隧道出口右洞K45+200准备安装上导拱架时(每循环安装1榀拱架)，掌子面出现涌水。水量不大，带有破碎石块掉落，掌子面有异动，工人立即撤离观察，随后发生塌方。累计突泥量约1 500 m3，涌水量约13万m3。

2018年12月2日凌晨1时35分，大兴乡隧道出口右洞K45+200准备安装上导拱架时(每循环安装1榀拱架)，掌子面出现涌水，带有破碎石块掉落，工人立即撤离观察,随后发生塌方。累计突泥量约1 500 m3，涌水量约13万m3。

4 处治方案

4.1 左洞加固措施

上导掌子面挂网喷锚20 cm封闭，初期支护施做临时仰拱，喷锚封闭成环，并在临时仰拱与初期支护连接处施做锁脚小导管。中导掌子面挂网喷锚20 cm封闭，边墙初期支护向前跟进，施做临时仰拱，喷锚封闭成环，并在临时仰拱与初期支护连接处施做锁脚小导管。下导紧跟，及时施做初支仰拱封闭成环，随后立即施工仰拱及填充，直至下导掌子面。二衬随着仰拱向前紧跟。待二衬施工达到最大限度后，进行洞内回填，为超前探孔填筑施做平台。临时仰拱均采用I18工字钢，φ32 mm螺纹钢筋纵向连接。锁脚采用4根长4.5 m、φ42 mm小导管。

4.2 右洞治理措施

首先对拱顶的积水进行快速排放，最大程度释放水压力，为以后管棚、小导管注浆创造有利条件。通过在初期支护上打设排水孔，用φ42 mm小导管将积水尽快排出，直至涌水无明显压力，自然流出。然后在掌子面挂设钢筋网片进行喷锚封闭，并将涌水归集两侧用φ40 cm PVC管集中排放，防止水流进入塌体引起二次滑塌。

右洞塌方治理总体分两段进行，两段具体处治措施如下：

4.2.1 第一段具体处理措施

(1) 塌体封闭，施做临时仰拱。将止浆墙位置的塌体进行大致刷坡，挂网喷锚20 cm封闭，为止浆墙施工提供作业空间。从止浆墙向洞口方向将塌体进行大致整平，施做临时仰拱，喷锚封闭成环，并在临时仰拱与初期支护连接处施做锁脚小导管。

临时仰拱采用I18工字钢，纵向采用φ32 mm螺纹钢筋连接。锁脚采用4根长4.5 m、φ42 mm小导管。

图1 右洞初期支护临时加固图

(2) 初期支护径向小导管加固布置。径向小导管布置范围为已施工二衬端头至止浆墙，里程范围K45+238～K45+215，共23 m。径向小导管按1.5 m×1.5 m梅花形布置。材料为φ42 mm无缝钢管，壁厚4 mm，长4.5 m，管壁上按间距7.5 cm梅花型布置打眼，眼的直径为8 mm。

径向小导管注浆，自下而上进行，在有水部位采取注双液浆，无水部位采取注单液浆。压力为0.5～1 MPa。双液浆的配合比视现场情况及时进行调整。

4.2.2 第二段具体处治措施

(1) 止浆墙位置的确定。K45+200掌子面突泥塌方后，初期支护向洞口方向逐排挤压，造成K45+200～K45+215段初期支全部破坏，严重侵限，洞内被塌体全断面封堵。通过监控量测可知K45+215为初期支护侵限分界里程，因此拟定止浆墙设置在K45+215处，从该里程开始向掌子面方向施做长管棚。

(2) 止浆墙施工。止浆墙的作用：一是在管棚注浆时，可阻止浆液从塌体渗透外流；二是以止浆墙挡住掌子面塌体，在止浆墙后为长管棚施工提供作业面。

由于塌体松散，含水量大，加之稀泥和小块岩石偏多，为防止开挖时出现流塌，先对塌体进行挂网喷锚封闭，后进行小导管注浆加固。开挖时，采取人工风镐开挖，并按50 cm高一层，由上至下分层开挖。每挖一层网喷一层，按1∶0.75放坡，以确保安全。止浆墙基础开挖到位后，放样立模浇注止浆墙混凝土。

(3) 管棚室施工。为了给管棚施工提供足够的操作空间，有效控制管棚外插角角度，需要在洞内施做管棚室。对止浆墙上部向洞口6 m范围内进行换拱，重新施做初期支护，开挖半径较原设计开挖半径加大70 cm。该6 m扩大支护空间段作为管棚工作室。

(4) 长管棚超前支护。因塌体松散成孔困难故采用偏心钻具跟管钻进施工。

管棚纵向长度30 m，钢管环向间距40 cm,布置于隧道拱部120°，范围内，仰角4～50。(考虑了路线纵坡及长管棚下垂挠度)。长管棚用规格为φ108 mm、壁厚6 mm热轧无缝钢管制成，管壁上按间距15cm梅花形布置打眼，眼直径为12 mm。每根长管棚钢管由若干节段长分别为4 m和6 m的短钢管连接组成。2节钢管连接使用1个内丝接头。每个接头长30 cm，每端各有10 cm的内丝。安装钢管时，每相邻2根钢管的接头应错开，保证同一截面内的钢管接头数量不大于50%。

为提高长管棚支护的抗弯刚度及强度，以抵抗巨大的塌体压力，钻入钢管后在钢管内穿入由4根φ22 mm焊接而成的小型钢筋笼。管棚钢管注浆从两侧拱脚开始向拱顶方向进行。在有水部位采用水泥浆+水玻璃双液浆，无水部位采用C30水泥砂浆。注浆压力为0.5～1 MPa。双液浆的配合比视现场情况及时进行调整。

长管棚布置范围、管棚钢管大样、管棚内钢筋笼大样、管棚有效注浆范围如图2所示。

图2 长管棚施工布图

(5) 超前小导管注浆补强。超前小导管具体参数如下：材料采用直径φ42 mm、壁厚4 mm热轧无缝钢管，长4.5 m，管壁上按间距15 cm梅花型布置打眼，眼的直径为8 mm。上仰角5～15°，逐榀施做，循环搭接长度1 m，环向间距40 cm。注浆采用水泥浆+水玻璃双液浆，注浆量根据现场情况确定，以确保开挖安全为目的。

(6) 开挖与初期支护。先分别进行左侧上、下台阶的开挖支护和中隔墙、临时仰拱的施工。左侧超前约5 m以上后，再进行右侧上、下台阶的施工。中隔墙左右两侧开挖均采用台阶法进行，开挖后用22b工字钢拱架喷30 cm厚C25混凝土进行支护。拱架纵向间距50 cm，设置环向间距80 cm的φ22 mm纵向连接钢筋。上台阶底部设临时仰拱以尽早封闭支护结构，提高支护结构的承载能力。临时仰拱采用I18工字钢喷25 cm厚混凝土。为控制仰拱施工时造成拱部及边墙初支下沉，在仰拱开挖前，边墙底部施做4根φ42 mm、壁厚4 mm、长4.5 m锁脚小导管进行边墙脚加固。

(7)二次衬砌。塌方处治第二段(K45+215～K45+185),二次衬砌混凝土和钢筋支护类型由原设计的SF5b变更为SF5c,即二衬厚度由50 cm变更为60 cm，二衬钢筋相应加密，初期支护参数详见CRD法施工。

5 结束语

在隧道施工中若遇到冲水破碎带等不良地质，一旦发生塌方问题处理起来相当困难，简单的采用常规的处理措施，易酿成重大安全事故，本文以大兴乡隧道为实例，详细阐述了事情发生的经过及相应的处理措施，为今后类似工程提供实例经验，以期从根本上防止隧道穿越冲水破碎带地质施工时塌方的发生，为此类隧道的设计及施工提供了工程类比的素材。