隧道塌方处理探讨

    萝卜顶隧道为分离式隧道，长1 468．6 m，是福建与江西高速公路连接的主要工程组成部分。设计净空为10．84 m x 5 m，曲墙复合式衬砌结构。按新奥法施工，采用超前中空注浆锚杆和∮25钢筋格栅拱架支护，上下导坑法进洞。隧道特点： 

    (1)场区为丘陵地貌，山坡坡度约30～40°，植被较发育。中部山脊走向近东西向。未见崩塌、滑坡等地质灾害。 

    (2)隧道岩层走向与隧道轴线小角度相交，间有断裂及向斜构造分布，岩层层理、裂隙发育，易产生坍塌和掉块。 

    (3)右洞桩号YKl00+230～YKl00+302洞室埋深浅，大部分处于埋深小于40 m的浅埋地段。洞室围岩为中～微风化砂岩、粉砂岩、泥岩区，受构造影响，裂隙发育，呈碎石状压碎结构，地下水丰富，侧壁有时失稳，拱部无支护时可产生较大坍塌掉块。 

    (4)隧道地下水主要以下部基岩裂隙水为主，受大气降水补给，水量贫乏，但隧道中部的构造断裂带位于小山谷旁，富水性较好。勘察期间对钻孔进行稳定水位恢复观测，未见涌水等地下水发育迹象，但隧道大部分穿行于粉砂岩、泥岩区，层理裂隙发育，且本隧道发育有多条断裂带，为潜在的良好透水带。 

2 坍方情况 

    萝卜顶右洞隧道全长1 465 m(里程桩号为YKl00+065～YKl01+530)，采用上下导坑法进洞，全隧道施工均采用光面爆破技术。2005年7月18日，萝卜顶隧道开挖到YKl00+277掌子面，正准备立钢拱架时，拱部出现局部掉块，深度约2 m。2005年7月19日，参建四方代表在现场确定采取超前小导管进行预支护处理方案：增加超前小导管进行预支护，稳定围岩，把空洞处理后再开挖掌子面。承包商在打超前小导管过程中(还没注浆)，掌子面又继续塌方，高度发展到7 m，已经打好的超前小导管被压坏，并在2005年7月21日发现YKl00+247～YKl00+276段已施工好初支开始出现6条裂缝，具体位置：YKl00+256右侧，YKl00+262左侧，YKl00+257右侧，YKl00+255左侧，YKl00+247右侧。2005年7月21日原塌方处又开始塌方，经施工单位和监理单位现场勘察并绘制成图(图1)，塌方高达到15 m，塌方范围为YKl00+273～YKl00+281。经过四方察看现场决定对塌方进行变更处理，并根据施工单位和监理单位测绘的塌方图进行塌方处理。 

    事后对塌方的原因进行了调查分析，其原因为： 

 (1)不良地质造成的塌方。微风化砂岩，受构造影响裂缝发育，呈碎石压碎结构，裂缝渗水且水少，时常有裂隙，破碎带宽度为0．1—0．2 m，侧壁比较稳定，拱部会掉块。 

(2)地下水造成的塌方。塌方处地表1条冲沟，7月初连续下10多场大雨，雨水渗入围岩，使软化系数大的岩石强度降低，使结构面的抗剪强度减小，导致塌方。 

(3)施工中对围岩认识不足，没有根据该段围岩实际情况及时变更支护形式。施工工序不紧凑，初期支护过长，二衬没有紧跟。 

3塌方抢险处理 

    2005年7月18日，塌方事故发生后，及时对塌体进行清渣处理，并对塌方壁进行超前小导管注浆预支护加固，稳定围岩：但是由于围岩变形过快，承包商在打超前小导管过程中(还没注浆)，掌子面又继续塌方，2005年7月21日原塌方处又开始塌方。为了勘探塌方空腔的高度和摸清塌方体的情况，作为处理塌方体时选择施工方案的依据，先在桩号为YKl00+269处向塌方体上方打人1根长约20 m泵混凝土导管，勘探结果塌方高达到15 m，塌方范围从YKl00+273～YKl00+281。针对现场塌方的实际情况，塌方处理分2步进行：首先对受塌方影响的初期衬砌裂缝地段进行加固，并及时施作二次衬砌；其次是对塌方体进行抢险处理。 

3．1裂缝段落临时加固处理 

    塌方事故直接影响初期支护拱体长达23 m，拱顶初期支护下沉变形较大，共出现6条大裂缝，最大裂缝为5 cm。为了防止塌方范围继续扩大，以及防止前端的初期衬砌支护下沉变形加大，对初期衬砌裂缝地段采取了如下加固措施： 

    (1)停止左洞进口一切施工作业，以减少对围岩的扰动。 

    (2)对桩号YKl00+247～YKl00+276的初期支护，拱顶90°夹角内增设径向∮50×5 mm小导管，呈梅花型布置，间距为1．0 m×1．0 m(图2)。施工后及时注浆以加固围岩，防止洞室周围围岩塑性区进一步扩展。小导管周壁注浆比较简单，注浆时间短，符合该段处理的实际情况，通过监控量测结果可以看出小导管注浆后围岩变形减少，达到了预期的效果。 

    (3)先对每榀钢格栅拱脚底部每侧各施打向下45°的4根5 m长注浆小导管锁脚，然后用U型钢做临时支撑，工字钢(或槽钢)做底梁。待钢支撑施工完毕后，设水平横向支撑形成环，U型钢用∮25钢筋纵向连接，环向间距为1．0 m。u型钢先按2 m间距安装，加设楔形木垫于喷射混凝土与型钢之间塞缝。全段施工完毕后，按1 m间距进行加密，安装位置应同原钢格栅重叠。 

    (4)未塌方段由于受到塌方体的影响，紧邻塌方体10 m范围的周壁围岩发生较大变形，严重侵占了二次衬砌3～5 cm的空间，最薄处只有30 cm厚。为了对岩体进行开挖，保证二次衬砌满足强度的要求，把原素混凝土二次衬砌改为钢筋混凝土衬砌结构，以增强衬砌强度。 

3．2塌方整治总体方案 

    通过现场地质勘察得知塌方体围岩结构大部分松散，属于Ⅱ类(即V级)围岩，塌方体厚度为10 m，高度为16 m(图1)，塌方空腔较大(高度为15 m不含隧道高度)，塌方体不对称，向右侧偏移。在处理、加固好未塌方段后，在做好隧道地表排导水和保证安全的前提条件下，按照下列方案和工艺过程进行塌方体处理。 

    (1)加强对塌方体的监控量测，对洞周、塌方范围进行定时、定位的观测，随时掌握塌方体动向，并及时反馈进行分析，修正和完善抢险方案，提供补救措施。 

    (2)在塌方体表面喷1层40 cm厚的C20早强混凝土将塌方体封闭，保持塌方体稳定。 

    (3)在塌方体表面打入∮50mm小导管，梅花型布设，间距为1．5 m，导管长为5 m，注30号水泥浆以固结塌方体，对塌方体的导管注浆逐级跟进。 

    (4)沿渣堆顶部初支出露的轮廓线，在桩号为YKl00+269处，∮ mm中管棚的环向间距为40cm、外插角为5°、长度为20 m，在每2根中管棚间打人外插角为25°、长为7 m的∮50 mm的小导管，小导管纵向间距为2．5 m，并压浆固结塌方体和周边围岩，注浆压力为0．5～1．5 MPa。小导管和中管棚布置见图3和图4。 

    (5)待塌方体注浆固结强度达到设计要求后，通过泵混凝土导管对空腔进行泵送C20混凝土，泵送混凝土到离拱顶10 m高度时停止泵送混凝土。此混凝土应分2次泵送，第一次泵送混凝土到离拱顶7 m高度时停止泵送，待混凝土固结后，继续第二次泵送混凝土直至设计高度，泵送混凝土的具体数量应根据现场确定。待泵送混凝土固结后，方可进行下一个工序。 

    (6)采用双侧壁导坑法掘进，逐段清塌方体并开挖到设计轮廓线后，随即喷射4 cm混凝土，架设U25钢支撑(图5)。钢架间距为30 cm，并用注浆导管锁脚。钢支撑架设后应立即复喷到位。 

    (7)初期支护完成后，仰拱紧跟施作，尽快形成初支闭合环，并要求二衬衬砌紧跟，这样才能使塌方体变形小并保证塌方体稳定。侧壁临时支护拆卸前必须对注浆过的围岩钻孔取芯，通过检测注浆效果，若注浆效果达不到要求，须重新补注加固。 

4塌方处理的施工要求 

    (1)项目部一定要由领导带班、技术人员和安全员轮流值班，遇到突发事件，立即采取应急处理措施。 

    (2)及时汇报，先期监控频率按2 h／次，待变形基本控制住后可每班监控1次，及时向业代处和总监办汇报监控结果。 

    (3)在施工过程中，应以安全为重，为了防止作业人员疲劳，宜采用4班工作制，禁止无关人员进入洞内，安全员应随时注意观察围岩变化。若有突变，所有人员必须立即撤离。 

    (4)应加快处理速度，以尽量减少裂缝发展。 

5结论 

    通过萝卜顶隧道塌方的处理得到以下体会： 

    (1)不但自然因素引起隧道塌方，而且人为因素也引起隧道塌方，地质勘测、施工工序与管理对隧道塌方起决定性作用。 

    (2)处理塌方必须分秒必争适时地投入抢险战斗。塌方事故发生后，业主、设计、监理和施工单位应派出相关领导、隧道地质专家、工程技术人员等迅速到塌方点，详细勘察塌穴高度、宽度、纵向长度及塌穴稳定情况；研究工程地质、水文地质、洞顶水的流向和涌水特点、范围；检查塌方对初期支护的损坏情况和影响区域；分析塌方的主要原因和塌方可能继续发展的趋势等。在现场掌握情况的基础上，认真研究处理塌方的对策。 

    (3)塌方处理方案至关重要，直接影响塌方体周围洞室的稳定性、人员生命安全以及国家的财产，所以应该认真制定处理坍方的步骤、方法及预防坍方的施工措施。 

    (4)建立抢险机构，现场下达抢险口头指令，明确任务和要求。这样施工队既能正确理解领导意图，又能明了关键部位的所在和处治措施，使施工安全得以保证。 

    (5)前方封堵，后方加固，对塌方区形成合围，是防止塌方恶化的有效方法。隧道塌方后，不要轻易去清除塌方渣体，应先待塌方体相对稳定后，对塌方体表面进行喷混凝土封闭，防止塌方体滑移，然后再加固未塌方地段，防止塌方范围扩大，最后向塌方体注浆加固为后序开挖做好准备。 

    (6)公路软弱围岩段隧道施工必须早封闭成环及紧跟二次衬砌，使其与初期衬砌共同参与受力。避免初期支护被压垮，出现大塌方。