隧道塌方原因與處理方案分析

劉軍波 袁 楠

(中鐵大橋局五公司，江西九江 332000)

0 引言

隨著高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展和向山區(qū)的延伸，隧道工程數(shù)量越來越多。某隧道是一座鐵路長大隧道，隧道全長3 585 m。該隧道屬尋烏—瑞金深斷裂，地形起伏較大，植被發(fā)育，地貌有山間沖積小盆地、山脊以及山間沖溝等。隧道出口施工至DK133+565時，發(fā)生了坍塌，本文著重對本次塌方的原因和相應(yīng)處理方案進行探討和分析。

1 塌方基本情況

隧道在施工至DK133+565處時，正好處于Ⅳ級、Ⅲ級圍巖的交界帶(該處埋深約70 m)，掘進后出現(xiàn)一較大滑層，出現(xiàn)較大范圍的塌方，如圖1所示。2012年10月20日，在出渣完成準(zhǔn)備立設(shè)拱架時突然塌方，塌方量約300 m3，塌腔高6 m～10 m，縱向長度約8 m，寬8 m～11 m，塌體完全堵住洞身，后方已支護好的3榀鋼拱架局部扭曲變形。

2 塌方原因分析

隧道區(qū)域構(gòu)造主要受尋烏—瑞金深斷裂影響，由一系列斜沖斷層作為側(cè)幕狀排列組成。DK133+538～DK133+583處巖性接觸帶為(∈［2－3］)變質(zhì)砂巖夾板巖與(D(d)［2－3］)千枚狀頁巖的巖性接觸帶，二者呈不整合接觸關(guān)系。受其影響，隧道區(qū)千枚狀頁巖揉皺強烈，裂隙、節(jié)理、板理發(fā)育，巖體較破碎。因此，其塌方原因主要是:

1)工程地質(zhì)原因:塌方部位處在Ⅳ級、Ⅲ級圍巖的交界帶，被層狀和多組節(jié)理分割而形成碎塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體較破碎，節(jié)理多為張開節(jié)理，節(jié)理裂隙間層面光滑。因雙線鐵路隧道開挖跨度大，在開挖掘進的擾動下，造成圍巖失穩(wěn)導(dǎo)致塌方。

2)地下(表)水原因:施工期連續(xù)降雨，地表水豐富，通過裂隙進入巖體，拱頂淋水量增大。該段地下水較發(fā)育，最大涌水量為2 896 m3/d，強富水。在地下水的軟化下加劇了巖體失穩(wěn)和塌落，軟弱滑動面在地下水的作用下，強度大為降低，因而發(fā)生滑塌。水在塌方中起到一個“催化”和“惡化”的作用。

3)施工方面原因:該處Ⅳ級、Ⅲ級圍巖分界面較設(shè)計文件稍提前，施工時未及時根據(jù)地質(zhì)條件變化調(diào)整施工方案和支護參數(shù)，未采取更為有效的超前支護措施，開挖進尺過大，從而造成臨空面過大也是造成塌方的重要原因。

圖1 塌方示意圖（單位：m）

3 塌方處理方案和方法

根據(jù)塌方的情況和隧道所通過的層位，認(rèn)為本次屬層間移動性的塌方，這種地質(zhì)的塌方難以穩(wěn)定，會引起連鎖反應(yīng)，積累和發(fā)展將擴展到已支護好的洞身段。因此，采用加固后方圍巖，強支護通過坍塌段，適當(dāng)加強支護過渡段方法處理此次塌方，分段處理的長度為20 m(后方加固段4 m，塌方段8 m，過渡段8 m)。

3.1 后方圍巖的加固

首先在塌方位置退后4 m的位置處，采用長4.0 m的小導(dǎo)管對塌方后段進行徑向注漿。小導(dǎo)管間距為1.2 m，梅花形布置。小導(dǎo)管端部與鋼拱架焊接成整體，以保證后方圍巖穩(wěn)定。注漿采用先上后下，先里后外，即先對塌空區(qū)邊緣注漿，再逐步退后。通過注漿固結(jié)松散破碎巖體，提高了后方圍巖整體承載強度，并與初期支護共同在2 m～3 m范圍內(nèi)形成一個強大的支撐拱，為下一步施工的安全性提供了保障(見圖2)。

3.2 塌空區(qū)段的處理

首先采用素噴厚20 cm的C25混凝土封堵掌子面及塌落面，對塌空區(qū)段后方未破壞的原初期支護采用Ⅰ18鋼拱架進行加固，鋼拱架與原初期支護鋼拱架緊貼并排焊接，形成護拱。之后采用雙層Ⅰ18鋼拱架通過塌空區(qū)，榀間距0.5 m，鋼拱架采用Φ22鋼筋連接，形成鋼格棚架。對輪廓線外塌腔壁的大塊巖石采用φ89鋼管支撐，并焊在鋼拱架上。噴射C25混凝土與鋼拱架齊平，形成鋼筋混凝土殼體初期支護。并在初支中預(yù)埋φ108混凝土泵送管，待鋼筋混凝土殼體強度達(dá)到要求后，分期泵送混凝土填充塌腔，以保證巖面與初期支護之間密實(見圖2，圖3)。

3.3 塌方過渡段的處理

圖2 塌方段處理縱斷面圖

圖3 塌方段處理橫斷面圖

待塌空區(qū)段順利通過后，對掌子面前方8 m采用強支護開挖。具體支護參數(shù)為:φ42注漿小導(dǎo)管進行超前支護，環(huán)向間距為0.4 cm，縱向每3.0 插打一環(huán)，每環(huán)35 根，單根長度5.0 m;初支鋼拱架采用Ⅰ18鋼架，縱向間距0.8 m;系統(tǒng)錨桿采用4 m φ22組合錨桿，環(huán)向間距1.5 m，縱向間距1.2 cm，梅花形布置，端部與鋼拱架焊接成整體。

3.4 監(jiān)控量測

施工過程中，應(yīng)加強施工監(jiān)控量測，重點量測塌方段拱頂下沉和水平收斂。在該段塌方處理完畢后，在拱頂布設(shè)了一個測點，并在左、右拱腰分別布設(shè)了兩個測點，通過監(jiān)控量測，拱頂最大下沉量為22.1 mm，日最大下沉量為2 mm，并在9 d后圍巖趨于穩(wěn)定，表明所采取的措施得當(dāng)，取得了應(yīng)有的效果。

4 結(jié)語

隧道坍塌處理作業(yè)危險，容易造成施工安全事故。因此，只有方案正確、處理及時、方法恰當(dāng)、組織嚴(yán)密、措施得力，才能順利完成。

1)處理隧道塌方必須分秒必爭，及時制定處理方案。處理隧道塌方是一種緊急搶險，如同打仗一樣，有利時機稍縱即逝。詳細(xì)察看塌方情況，檢查塌方初期支護的損壞程度和影響區(qū)域，分析塌方原因和可能的發(fā)展趨勢等。在掌握情況的基礎(chǔ)上現(xiàn)場確定應(yīng)急預(yù)案，下達(dá)搶險指令，明確任務(wù)和要求，為塌方的處理爭取有利時機。

2)前方封堵，后方加固，對塌方區(qū)形成合圍，是防止塌方惡化的有效方法。根據(jù)實際情況，采取前方封堵，即噴射C25混凝土封堵掌子面及塌落面，穩(wěn)住圍巖，防止空頂加大，并對下一步塌體注漿創(chuàng)造條件，保證注漿效果，同時還為下一步施工提供安全保障;后方加固，即對塌穴后方4 m處未損壞的初期支護段架設(shè)型鋼拱架加固初支，對初支頂部低應(yīng)力圍巖注漿，以增加其強度和自穩(wěn)力。這種前方封堵和后方加固處理方法，有效地防止了塌方惡化，使塌方處理出現(xiàn)了良好的局面，這是處理隧道塌方的一條重要成功經(jīng)驗。

3)塌方的處理必須遵循“短進尺、嚴(yán)注漿、少擾動、強支護、快封閉、勤量測”的原則。對塌體一般不宜直接進行清理，盡量減少對圍巖的擾動，避免塌腔擴大。塌方的處理應(yīng)一次到位、不留后患，加大超前支護和加強初期支護，必要時對二襯混凝土進行配筋和加厚，隧道輪廓外的塌腔宜盡量回填密實。

［1］某隧道施工設(shè)計圖［Z］.

［2］TZ204-2008，鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］.

［3］TB 10417-2003，鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］吳煥通，崔永軍.隧道施工及組織管理指南［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［5］林作雷.長距淺埋大跨不良地質(zhì)CRD工法施工技術(shù)［M］.福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社，2010.