中铁二十四局集团浙江工程有限公司 杭州 310009
摘要：本文以金华温铁路扩能改造工程梅店隧道坍方施工实例，具体介绍了在隐性节理发育地段隧道坍方的施工技术，本方案在保证施工安全的前提下确保了质量及施工工期及，为今后类似地质复杂地形下的施工提供参考。
关键词：新意法；隧道；坍方；施工技术
1.概述
随着隧道施工的高速发展，坍方事件也在行业内引起很大的重视。特别是近年来在地质较好的硬质围岩处理上很难判断，使得在围岩较好地段发生坍方的事件越来越多。如何进行安全高效的对硬质围岩段坍方进行处理，特别是存在隐性节理、开挖后偶有掉块的硬质围岩地段，目前专家意见各不相同，给坍方处理带来很大的安全隐患和质量隐患。
金温铁路扩能改造工程梅店隧道位于浙江省缙云县境内，进口里程DK70+795，出口里程DK72+652，全长1857m。全隧道位于右偏曲线上，曲线半径为4500m，隧道内设“人”字坡。
2013年10月20日，隧道进口施工至DK71+740里程时，在DK71+715~DK71+725段发生坍方，随后几天内不断扩展，最终坍方里程为DK71+683～DK71+740。坍方段设计为Ⅱ级围岩，坍方深度约12m，方量约9000m3。隧道坍方如图1。
图1 坍方图
2.原因分析
坍方发生在2013年10月20日，至2013年11月2日坍腔基本稳定。第一次坍方段（DK71+715~ +725）的隧道开挖时间为2013年10月16日。
坍方的岩体为侏罗系上统磨石山群西山头组J3x流纹质含角砾晶屑玻屑熔结凝灰岩，弱风化，坍体多以巨块或大块为主。岩石块体虽经坍落碰撞但多保持较完整的棱角，岩质较硬，呈脆性围岩「1」。地下水为基岩裂隙水不发育，局部节理面有湿润现象。
在坍方后的实地勘测中，可以发现在隧道拱部上方发育有两组节理，一组水平节理和另外一组垂直节理，节理结构面光滑，局部夹有软弱夹层，均为不利节理，两组节理切割岩体，易引起拱顶坍塌、掉块。通过现场勘察主要的坍方体均是沿着隐伏构造结构面坍落的。
由于控制坍方的主要节理等结构面在隧道未开挖之前，受到地质构造的影响均是闭合的，采用TSP等超前地质预报手段难以精确反应节理发育程度。同时这些节理发育于洞身开挖范围之外，隧道开挖后在掌子面与洞壁进行地质素描时，开挖掌子面出露的围岩强度较大，节理有局部发育，但不对岩体完整性构成较大的影响，而且地下水也不发育，不能发现节理发育的具体情况。图2为TSP检测节理面。
根据此情况造成坍方的直接原因是：随着隧道的开挖，在隧道一侧形成了临空面，原来闭合的裂隙张开（所谓构造中的释压节理）。而洞室爆破开挖振动进一步促进节理构造面的张开程度。
图2 提取的围岩岩石节理面
3.坍方方案
隧道坍方时，由于进口为Ⅱ级围岩，二次衬砌距离坍方段较远，，坍方位置埋深较深，为180m以上。如图3为坍方段纵断面示意图。
图3 坍方段纵断面示意图
本着“安全第一、不留隐患、保证工期、节约成本、确保运营安全”的原则，采用“巩固后方、锁住口部、坍腔回填、开挖支护、监控量测”的施工方案。
首先进行坍方后方处理将二次衬砌紧跟，后采用临时钢架对坍方影响段进行加强，避免塌方向后方延伸，其次进行坍方的锁口施工，使工人在坍方口段保证安全及避免再次向外坍塌，再次进行止浆墙施工，止浆墙使坍腔段封闭，保证注浆不外漏及坍腔内的坍体滑出造成安全隐患，并在止浆墙上埋入注浆管。后进行坍腔内注浆至注满，再进行管棚施工，最后进行坍腔开挖及衬砌施工。图4为主要施工工艺流程。
图4 主要施工工艺流程
3.1二衬紧跟
由于坍方时二次衬砌距离坍腔较远，为缩短距离，保证安全，从DK71+612~+647段进行二次衬砌的施工，衬砌采用C35纤维混凝土进行加强处理（原设计C30素混凝土）。衬砌厚度为35cm。
3.2临时钢架施工及锚杆施做
1、DK71+612~+647段二次衬砌按照Ⅱ级围岩进行加强，采用C35纤维混凝土进行加强处理，衬砌厚度为35cm。
2、DK71+647~+657段初期支护采用C25喷射混凝土，厚5cm。拱部设置带排气装置的注浆锚杆，长3.5m，梅花形布置，间距1.2m*1.2m（环*纵）。边墙设置φ22砂浆锚杆，长3.5m，梅花形布置，间距1.2m*1.2m（环*纵）。二次衬砌按照Ⅱ级围岩进行加强，采用C35纤维混凝土进行加强处理，衬砌厚度为35cm。
3、DK71+657～DK71+673段采用I20工字钢钢架临时支护，间距1m，共16榀。初期支护采用C25喷射混凝土，厚5cm，拱部设置带排气装置的注浆锚杆，长3.5m，间距1.2m*1.2m（环*纵）。边墙设置φ22砂浆锚杆，长3.5m，间距1.2m*1.2m（环*纵）。二次衬砌拱墙采用C40钢筋混凝土，厚40cm，环向钢筋φ22，间距20cm，纵向钢筋φ14，间距25cm。底板采用C40钢筋混凝土，厚30~39cm，环向钢筋φ16，间距20cm，纵向钢筋φ14，间距20cm。
4、DK71+673～DK71+677段采用I20工字钢钢架临时支护，间距0.5m，共8榀。初期支护采用C25喷射混凝土，厚5cm，拱部设置带排气装置的注浆锚杆，长3.5m，间距1.2m*1.2m（环*纵）。边墙设置φ22砂浆锚杆，长3.5m，间距1.2m*1.2m（环*纵）。二次衬砌拱墙采用C40钢筋混凝土，厚40cm，环向钢筋φ22，间距20cm，纵向钢筋φ14，间距25cm。底板采用C40钢筋混凝土，厚30~39cm，环向钢筋φ16，间距20cm，纵向钢筋φ14，间距20cm。
5、DK71+677～+683段采用I20工字钢钢架临时支护，间距0.5m，共12榀。该段拱部及部分边墙扩挖管棚工作室并施做导向墙，施工过程中逐榀拆除钢架，扩挖和支护，并配合Ⅱ型小导管超前预支护。扩挖部分初期支护采用HW175型钢钢架，间距0.6m，并喷射28cm厚C30网喷纤维混凝土，钢筋网采用φ8钢筋，网格间距20cm*20cm，拱部设置带排气装置的注浆锚杆，长4m，间距1.2m*1.2m（环*纵），边墙设置φ22砂浆锚杆，长4m，间距1.2m*1.2m（环*纵）。剩余边墙初期支护喷射5cm厚C30网喷纤维混凝土，并设置φ22砂浆锚杆，长4m，间距1.2m*1.2m（环*纵）。扩挖部分采用C20混凝土回填，混凝土采用喷混凝土。二次衬砌拱墙采用C40钢筋混凝土，厚40cm，环向钢筋φ22，间距20cm，纵向钢筋φ14，间距25cm。底板采用C40钢筋混凝土，厚30~39cm，环向钢筋φ16，间距20cm，纵向钢筋φ14，间距20cm。图5为临时钢架施工。
图5 临时钢架施工
3.3塌方段（DK71+683~DK71+740）处理方案
1、从DK71+683处开始施作止浆墙，根据现场情况止浆墙采用C20模筑混凝土台阶法浇筑施工，每台阶高度约2.0m，里程宽2.0m，共5个台阶。台阶浇筑混凝土过程中，在混凝土表面设置间距0.5m的I20型临时仰拱。并架设临时钢架，钢架间距0.5m一榀，临时钢架和临时仰拱焊接牢固。临时钢架加固完后进行下一台阶的施工和钢架施工，共施工13榀。止浆墙顶端在里程DK71+688处进行封堵。
2、通过止浆墙向塌体内注轻型发泡混凝土，回填至坍腔填满。
泡沫混凝土密度小（0.5~2.0T/M3）、施工方便、具有轻质、良好的抗压强度（0.5~22.2Mpa）流动性强、整体性能好特点。可固结坍塌渣体，为后续开挖消除滑坍隐患。灌注泡沫混凝土现场泵送，注浆管采用Ф50镀锌钢管通过导向管伸直塌腔内部，
图6 泡沫混凝土施工
根据注浆管插入角度及深度先进行塌腔体两侧及最深处灌注，再进行塌腔体上方及顶部灌注，直至填满塌腔空间。
3、利用DK71+683导向墙施做超前大管棚，管棚采用φ159大管棚，长58m，管棚内套钢筋笼。管棚施做完毕后进行坍塌部位开挖，开挖工法采用三台阶临时仰拱法，开挖以弱爆破配合镐头机进行。超前管棚配打II型小导管。初期支护采用HW175型钢钢架，间距50cm，喷射28cm厚C30网喷纤维混凝土，钢筋网采用φ8钢筋，网格间距20cm*20cm，边墙设置φ22砂浆锚杆，长4m，间距1.2m*1.2m（环*纵）。二次衬砌拱墙采用C40钢筋混凝土，厚60cm，环向钢筋φ25，间距20cm，纵向钢筋φ16，间距25cm。仰拱采用C40钢筋混凝土，厚70cm，环向钢筋φ25，间距20cm，纵向钢筋φ16，间距25cm。
3.4塌方后段（DK71+740~DK71+760）处理方案
DK71+740~DK71+760段超前支护采用Ⅱ型超前小导管。初期支护采用I20a工字钢钢架，间距60cm，喷射28cm厚C30网喷纤维混凝土，钢筋网采用φ6钢筋，网格间距20cm*20cm，边墙设置φ22砂浆锚杆，长4m，间距1.2m*1.2m（环*纵）。二次衬砌拱墙采用C35钢筋混凝土，厚45cm，环向钢筋φ22，间距20cm，纵向钢筋φ12，间距25cm。仰拱采用C35钢筋混凝土，厚55cm，环向钢筋φ22，间距20cm，纵向钢筋φ12，间距25cm。
4.结论
梅店隧道坍方从坍方至处理完成。在坍方处理过程中培养了一批隧道专业人才。同时也对坍方事件总结了几点教训。
1、对坍方的发生要尽量避免，施工过程中难免遇到围岩与设计不符，及时请设计进行地质确认与变更。特别是II、Ⅲ 级围岩，没有钢架，如何避免？在设计不能变更的情况下，认为加设环向钢筋是比较好的方法。
2、坍方发生后如何处理？ ①不能拖时间太长②在确保安全情况下及时锁住口部，避免坍方扩大③根据实际情况及时准确的制定出处理方案。
3、坍方处理必须坚持安全第一的原则，在保证过程安全的情况下，不留质量隐患。
4、坍方处理仍然要坚持利益最大化，但不是偷工减料，而应设计变更的基础上进行，特别是尽量要求增加辅助措施。
参考文献：
[1]张春生，候靖，朱永生，朱焕林.深埋隧洞围岩应力分布与破坏机理《现代隧道技术》第48卷第三期，2011
论文作者:王庆锋
论文发表刊物:《基层建设》2015年12期
论文发表时间:2016/11/14
标签：间距论文; 节理论文; 钢筋论文; 钢架论文; 围岩论文; 混凝土论文; 隧道论文; 《基层建设》2015年12期论文;