摘要：隧道作为埋置于地层中的结构物，隧道围岩就成为分析隧道施工、设计的重要因素，所以在设计、施工过程中要准确掌握隧道围岩的地质构造，才能尽可能隧道施工及运营过程中产生灾害。本文介绍某溶岩隧道施工过程中发生的塌方、侵限和地表沉陷等常见隧道病害，并分析其发生的原因和对病害的处理方案，希望能为同类隧道施工对隧道塌方、侵限、地表沉陷的预防同和处理提供参考。
关键词：围岩地质；隧道；塌方；侵限；地表沉陷；处理；换拱 ；CRD法；锚杆；注浆；拱架；成环
本文以山区高速公路某溶岩隧道为例，分析该隧道塌方、地表沉陷和侵限发生的原因，采取的处理方案和措施为例，给同类隧道的设计和施工提供参考及借鉴。
一、工程概况
某隧道左洞开挖到ZK63+704时，掌子面左侧拱肩以下至拱脚部位出现粉砂、粉土构造，隧道右侧岩层为强风化白云质灰岩，裂隙较发育，岩石很破碎。在开挖到ZK63+715时，整个掌子面全部是粉砂粉土，掌子面极易坍塌且有渗水，拱顶的渗水较多。粉砂为松散堆积状，无粘结性，粉土呈不规则团块状夹杂在粉砂中，含水量较大、可手捏成团。
经查明，该隧道左线ZK63+700～ZK63+780段围岩受Fs1和Fs2断层交错影响，主要构造为碎裂岩，以断层砂为主，局部夹黏性土，呈密实砂土状，未固结，岩体呈散体状。地下水以裂隙水为主，围岩为中等透水，洞顶有滴水。
二、塌方、地表沉陷、侵限情况
某隧道左洞开挖至ZK+738时掌子面开始出现塌方，掌子面和塌方体均为粉砂、粉土，塌方数量大约100m3；随后掌子面出现大塌方，掌子面被塌方体掩盖，塌方体从掌子面后延约15m的斜坡体，塌方体亦为粉砂、粉土，塌方数量大约900m3。粉砂呈松散堆积状，无粘结性，粉土层团块状夹杂在粉砂中，含水量较大，可手握成团，延展性较差。塌方破坏了接近掌子面的3榀钢拱架，附近的喷射混凝土开裂。当是对塌方采取如下的处理措施：
（1）对塌方的掌子面进行挂钢筋网、喷射混凝土封闭；
（2）在拱部1200范围内采用15m长的大管棚，并在大管棚之间增加注浆锚杆；
（3）加大、加密初期支护的钢拱架，加长、加密注浆钢花管；
（4）开挖时采用CRD法进行开挖；
（5）对于拱脚软弱范围用注浆小导管进行注浆加固处理；
（6）加厚该段的二衬混凝土厚度，加强二衬的配筋。
三、塌方、侵限、地表沉陷的原因分析
该段隧道围岩受Fs1与Fs2断层的交错影响，断层内主要为粉砂、粉土，局部夹杂黏性土，围岩的稳定性交错。加上塌方的时间正遇雨季，降雨量较大，围岩受地表水下渗影响，围岩被弱化。第二次塌方的掌子面位于第一次塌方的末端，侵限段位于第一次塌方段的正下方，受第一次塌方影响，附近的围岩被扰动而弱化。综合以上因素，导致该段隧道出现地表沉陷、侵限和二次塌方。
四、塌方、侵限、地表沉陷的处理措施
1、侵限段处理
该隧道的侵限段为左洞ZK63+736～ZK63+748段，是由于第一次塌方对对该围岩地层的扰动引起和第二次塌方的影响，导致该段已施工的钢拱架下沉20～50cm,处理措施就是对该段进行换拱，具体方案如下所示：
（1）第一步：架设临时I22b工字钢支撑，临时钢支撑的纵向间距为0.5m,每榀临时钢支撑之间用钢筋连接成骨架。
（2）第二步：在拱部1500范围内采用φ51×6mm自进式注浆锚杆超前支护，自进式注浆锚杆的环向间距为0.3m，纵向排距为2.0m，角度为100～150。注浆的浆液采用水泥-水玻璃双液浆；注浆压力要达到0.5～2.0MPa。
（3）第三步：在超前注浆的强度完全达到要求时按设计尺寸适当扩挖，同时拆除拱部原有结构。
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（4）第四步：在拆除原有结构后，立即在拱部1200范围内打设φ51×6mm自进式注浆锚杆，锚杆长9.0m，纵距0.5m，环距1.0m，梅花状布置，径向及仰角450间隔打设（即径向打设一排，仰角450打设一排）；侧墙部位部位打设与仰拱部位相同，锚杆长度调整为6m；注浆参数与超前支护相同。
（5）第五步：第一次初期支护
铺设第一层15×15cm钢筋网片，架设I22b工字钢拱架，钢拱架纵向间距为0.5m，钢拱架之间用φ22的钢筋连接，纵向连接钢筋的环向间距为0.5m，钢拱架的锁脚锚杆采用φ51×6mm自进式注浆锚杆，长6.0m，每处锁脚4根，2根与水平方向呈150，另外2根与水平方向呈750，注浆参数与超前支护的注浆相同；喷射第一层30cm厚的C25早强混凝土，钢拱架封闭成环。第一次初期支护与第二次初期支护之间预留25cm的沉降变形量。
（6）第六步：第二次初期支护
铺设第二层15×15cm钢筋网片，架设I18b工字钢拱架，钢拱架纵距为0.8m，钢拱架之间用φ22的钢筋连接，纵向连接钢筋的环向间距为1.0m，喷射第一层24cm厚的C25早强混凝土，钢拱架封闭成环。第二次初期支护落后第一次初期支护之间的循环间步距为1.0m，第二次初期支护与二衬之间预留10cm的沉降变形量。
（7）第七步：仰拱部位地基加固处理
由于该隧道左洞ZK63+736～ZK63+748侵限段的仰拱部位的地质构造为粉砂、粉土，为消除仰拱沉降对结构安全的影响，必须对该部位进行加固处理，加固措施为：
①对该段仰拱进行注浆加固处理，注浆管梅花状布置，沿隧道纵向排距0.5m,中部注浆孔环向间距1.0m，垂直打设，左右两侧拱脚部位注浆孔环向间距为0.5m,斜角打设，注浆孔直径110mm，注浆管长度6.0m。
②在左右两侧拱脚部位3排采用水泥-水玻璃双液浆注浆，先施作形成帷幕，以防止串浆，然后再对仰拱中部注浆采用水泥浆。
（8）第八步：待初期支护的沉降稳定后，进行二衬施工；该段的二衬采用厚0.6m的C30混凝土，双层环向主筋为φ25@15cm，全环封闭。
2、塌方影响段处理措施
具体措施如下：
（1）开挖先行导坑上部I，然后施作初期支护及的临时支护①部分；
（2）开挖先行导坑下部II，然后施作初期支护及临时支护②部分；
（3）施作左侧导坑二层初期支护②＇；
（4）开挖后行导坑上部III，然后施作初期支护及的临时支护③部分；
（5）开挖后行导坑下部IV，然后施作初期支护及临时支护④部分；
（6）施作左侧导坑二层初期支护④＇；
（7）浇筑仰拱⑤，带强度达到要求后进行仰拱回填⑥；
（8）整体模筑二次衬砌⑦。
五、结论与体会
经过对该隧道塌方、侵限和地表沉陷的治理，体会到隧道病害的预防比较重要，特别对于复杂地质的隧道，不能简单用经验类比，要及时准确掌握隧道的地质、水文变化。对于遇到复杂的地质情况，要增加超前预报手段，如钻孔超前探测、超声波、地质雷达等手段，尽量准确隧道围岩的地质情况和水文情况，并增加对隧道围岩断层预报和隧道底部的地质预报。施工要以地质预报和监控量测为指导，尽可能掌握隧道围岩的工程性质，根据不同情况制定合理的施工方案，
参考文献：
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[4]夏永旭，王永东.隧道结构设计与分析[M].北京.人民交通出版社.2004.
[5]李治国.隧道岩溶处理技术[J].北京.铁道工程学报.2002.
论文作者:陈俊霖
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/15
标签：隧道论文; 围岩论文; 注浆论文; 初期论文; 地表论文; 导坑论文; 地质论文; 《基层建设》2017年5期论文;