中铁十一局集团第四工程有限公司 湖北武汉 430074
摘要：随着经济的不断发展，高速公路和城市道路发展趋向多车道，隧道也由原来的单洞两车道发展至三车道甚至四车道，隧道开挖宽度不断加大。在复杂软弱地质区不可预见的地质情况下，随着隧道跨度的增加出现塌方的几率也相应增大，如何快速安全完成塌方段施工往往成为项目成败的关键所在，。结合梅心岭隧道隧道软弱围岩涌水段的塌方处理，详细阐述了塌方发生过程、塌方原因和塌方处治措施，采用本文措施，最终成功的渡过了坍方段，为该类隧道施工积累了新的技术资料，同时该隧道发生了多次坍方，为软弱围岩涌水段塌方处治提供了可以借鉴的经验。
关键词：隧道软弱围岩；涌水段；塌方处治；施工控制技术
1、工程概况
梅心岭隧道K56+997～K57+569段围岩以云母片岩、变质云母岩为主，节理裂隙发育、岩体破碎，大部分为Ⅴ级围岩，围岩整体差，岩体受挤压强烈，岩质局部较软，层间胶结差，存在破碎带，并且含有地下水，开挖揭示面岩体遇水和空气极易风化变质，自稳性差。隧道出口右洞K56+935～K56+932在进行掌子面初支C25喷混时，左拱部开始掉块，中部受地下水作用层层向掘进方向剥落，随后围岩出现大块剥落，超前小导管全部被压弯，滑落，发生塌方，掌子面涌水量加大，约1500m3/d，拱部涌出黑褐色泥沙，塌腔口被虚碴封堵。通过用9m长小导管超前探测，内全部为虚碴，总共塌出方量约320m3，左侧为斜向上滑塌，初步估计高度在15m以上，纵向长度不小于15m。随后进行坍方处理，塌方处理至K56+915，清理泵送混凝土下方虚碴时，掌子面斜向上开始掉块，逐渐大块岩体滑落，堵住塌方口。
掌子面拱顶涌水量显著增大，约3500m3/d。对K56+933掌子面进行超前钻孔，并辅助TPR地质雷达探测，前方17.6m，围岩为空腔，或极度软弱破碎，估计该构造破碎带段落长度不低于17.6m。随后又进行处理，在K56+934里程初期支护破坏拱架恢复完第二榀后，发现喷砼表面有掉碴，掌子面有小块碎石随水滑落，不久后掌子面突然失稳，大块砂岩滚落，涌出大量泥石，已恢复的拱架被巨石砸断。坍塌初步稳定后，观察塌腔情况，塌腔主要在掌子面左侧，可见塌腔向前延伸约7m，宽度约6m，高度约13m，塌腔内由大块松散强风化变质云母岩嵌锁，暂时稳定，塌腔内有大量涌水流出，水量约3500m3/d。并不时有小碎石滑落。
2、塌方原因分析
该段出现塌方的原因主要是该段围岩受地质构造影响严重，节理裂隙十分发育，围岩极其破碎，可能为断层，加上该段围岩受到构造力的强挤压，形成了破碎带，并夹有泥质软弱层，使得围岩层面间结合性极差，岩体呈散体结构，无自稳能力;涌水使围岩软化，层间结合性变差，该段涌水量约3500m3/d，由于涌水量的增大，导致大量松散泥沙被水带出，造成了围岩失稳坍塌。
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3、塌方处理措施
(1)第一次坍方处理。①对K56+934～K56+938长4m初期支护进行临时加固处理，在原初期支护下面采用I18工字钢拱架加强，间距:100cm/榀，拱架采用Φ22钢筋连接，环向间距:100cm;打设径向450cm长φ42小导管注浆，间距:100cm(环)*100cm(纵)，注浆采用水泥-水玻璃双液浆;喷射混土封堵拱架与原初支之间的空隙。②从洞外拉碴对塌体进行回填反压，特别注意要拉大块未风化砂岩把泥沙挤出，以稳定塌体，同时作为下一步处理措施的施工平台。③采用双层φ42超前小导管进行注浆加固，导管长500cm，环向间距40cm，尽量打密，范围:拱部120°，注浆采用水泥-水玻璃双液浆。拱架采用I18工字钢拱架，间距3榀/m。每侧施作4根450cm长φ42小导管作为锁脚锚杆。系统锚杆环向间距200cm，纵向间距每榀拱架打设。采用短三台阶预留核心土法，进尺为一榀拱架间距，预留沉降量按15cm控制，拱部采用泵送C25混凝土封堵塌腔。
(2)第二次坍方处理。
①将上台阶平台整修好后，从K56+933处向大里程方向增设10榀加强I18工字钢拱架，间距为100cm，环向每节工字钢打设两根锁脚锚杆，确保不再出现反塌。②将破坏的三榀拱架下加设竖向工字钢支撑，未破坏部分环向每一米打设一排锁脚锚杆。③堆码砂袋封堵塌方口掌子面并施左C25砼封闭，泵送混凝土，将大石块锁牢，形成整体墙，防止继续滑塌。泵送混凝土前预埋Φ108mm钢管做为排水通道，有条件时多设置泵送管道，防止封堵。④泵送混凝土后根据裂隙水出水位置判断泵送混凝土效果，然后再在混凝土拱壳内打设双层小导管，压注水泥-水玻璃双液浆。进一步填充混凝土中的空隙。⑤开挖采用三台阶法，进尺为一榀拱架间距。支护采用双层I18工字钢拱架，拱架间距为3榀/m，加密拱架连接筋间距为50cm，加密锁脚锚杆。
(3)第三次坍方处理。①由于岩体极为破碎，研究采用双排Φ76mm超前自进式管棚作为辅助施工措施。第一排管棚长15m，角度根据现场情况适当放大。并且提前扩挖出施工第二排管棚的工作室。第二排管棚施工前要进行超前钻探来确定管棚施工长度为20m，两排管棚搭接长度为5m，管棚锚入基岩不得少于5m，仰角1°～2°，环向间距40cm，范围120°。管棚间采用φ42超前小导管进行补强。②初期支护拱架采用I20a工字钢拱架，间距60cm/榀。拱架拱脚要落在实处，每侧施作4根450cm长φ42小导管作为锁脚锚杆。φ8钢筋网间距:20×20cm，喷砼厚26cm，预留沉降量30cm。从K56+933开始打设径向φ42钢花管进行周边注浆，固结范围不小于3.5m厚。拱部出现空腔，泵送C25混凝土封堵塌腔。③在施工过程中加强涌水的监测和初期支护的监控量测，做到信息化施工，最后顺利地完成了塌方段的施工。
（4）塌方段空腔处置完成后，应及时施工周边泄水孔减少开挖支护风险。
4、塌方处治关键要点
（１）监控量测是判断变形段及塌方掌子面是否安全的必要手段。通过实时监控量测，观察塌方掌子面以及变形段支护变形趋势，分析观测数据绘制变形曲线图，判断塌方段是否趋于稳定，只有变形曲线趋于稳定后方可开始后续施工，否则极易发生次生灾害。
（２）反压回填塌方掌子面是稳定塌方的关键，通过反填土方让已开挖的隧道返回到待开挖前的状态，使得紧邻塌方的变形段初支基本处于受力平衡状态，顶部预留２ｍ左右施工时不需要作业台车，方便后续施工。
（３）塌方影响及变形段加固是后续塌方段开挖的安全保障。只有先将影响段和变形段加固稳定后，处理塌方时才是安全的，否则一旦开挖塌体变形段很有可能出现变形加剧甚至塌方的可能。
（４）塌方顶部空腔泵送砼回填是让塌方后的顶部空腔形成受力拱的关键所在，否则塌体开挖后仅依靠初期支护传递两侧围岩压力将难以自稳，需要使初期支护背后一定范围内形成闭合的受力拱参与受力，才能有效减少初期支护的压力。
5、结语
隧道软弱围岩涌水段极易发生塌方，处理不好会造成多次坍方，给施工造成重大的经济损失。对隧道软弱围岩涌水段塌方处理施工时，应密监视涌水量以及水质的变化情况，始终坚持开展动态设计与信息化施工，加强已完成初期支护地段的监控量测，塌方处理时应根据监控量测情况，及时调整初期支护参数，避免出现多次塌方。
参考文献：
[1]王运金.九岭山隧道塌方治理及塌方治理效果检测[J].现代隧道技术，2008（S6）：82~85.
[2]王彬，高畅.石牙山隧道苍梧端左洞塌方处治技术研究[J].公路交通技术，2007（06）：98~100.
论文作者:陈伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/18
标签：围岩论文; 间距论文; 隧道论文; 导管论文; 工字钢论文; 初期论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;