浅埋偏压段隧道塌方综合处理技术

何成滔，王小林，肖鹏飞

(1.西安科技大学，西安 710054;2.中交第二公路工程局有限公司，西安 710065)

隧道塌方指在隧道施工中洞顶及两侧部分岩石在重力作用下崩塌。隧道塌方原因很多，概括起来归为两类:自然因素和人为因素。自然因素主要有地质状态、受力状态、水的侵害、瓦斯病害等[1]。偏压浅埋段围岩软弱、破碎、自稳时间极短，如果施工方法和支护方式不妥当，则极易发生冒顶塌方或地表有害下沉[2]。分析隧道塌方冒顶的原因，全面详尽了解隧道区的基本地质情况，充分认识围岩特性、不利因素间的联系及其可能诱发的地质灾害，就能在设计和施工阶段，对出现的塌方采取合理的开挖和支护方法，针对隧道塌方情况，提出相应处理措施，有效地处理隧道塌方。

1 工程概况

某隧道进口位于三门镇双江村，隧道洞口段埋深为1.5～23.0 m，植被发育，均为坡积碎石土，未见基岩出露。该隧道为单洞双线隧道，起讫里程为DK352+189—DK356+188，隧道全长3 999 m，隧道围岩级别以Ⅳ、Ⅴ级为主。隧道断面面积为 142 m2，上拱半径7.24 m。进口左侧埋深厚度均大于右侧埋深厚度，处于地形偏压和构造偏压状态，且均在浅埋或超浅埋地段。

隧道围岩大部分位于震旦系及上板溪群地层中，以砂岩、页岩、板岩、变质砂岩为主，厚薄不等，软硬不均;洞身岩体节理、劈理及裂隙发育，围岩完整性较差。地下水发育，砂岩储水性较好，裂隙发育，含水带范围广阔，尤其向斜核部富水性强，隧道开挖有较大的涌水量。

2 隧道坍塌情况及原因分析

2.1 坍塌情况

1)地表情况。坍塌冒顶位置为里程 DK352+238.0—DK325+245.3段线路偏右侧，地表出现一个近似圆形塌陷坑。塌陷坑周围地表呈现多处纵横向裂隙，裂缝宽度达1～3 cm，冒顶处埋深为13.5 m。隧道掌子面已全被坍塌土体填满，将已开挖的洞身堵塞近10 m。

2)洞内情况。近掌子面的3榀钢支撑范围内的初期支护受到影响，洞内两侧边墙处产生纵向裂隙，裂隙宽度10 mm，DK352+221.0左侧、DK352+223.5与DK352+229.0右侧，由于山体严重偏压产生环向裂缝共3条，裂隙宽度约5～15 mm，裂隙环向长度达4 m。

2.2 坍塌原因

1)降雨或多次连续降雨，渗入隧道内的裂隙水和地表水流量增大是导致此次坍塌的诱因。

2)在隧道内部不排水条件下，长期暴雨对隧道及其支护系统影响很大[3]。受外界震动和洞内渗水量增大的影响，松散岩层与相邻岩层摩擦力减小，受重力作用发生下滑，是导致掘进掌子面前方未开挖段及已成形的初期支护段拱顶土体坍塌的直接原因。

3)洞顶上方岩体呈陡倾构造、裂隙发育，坍塌受产状陡倾的构造裂隙(裂隙上附着润滑层)控制。呈陡倾状附着润滑层构造裂隙的存在，是导致坍方的重要原因。

4)根据地理环境，出现坍塌处在进口端 DK352+243处，因为隧道进口紧靠山体外侧，隧道右侧始终处于偏压状态，偏压也是引发此次坍塌的另一个重要因素。

3 坍塌处理措施

为了防止塌方的进一步扩大，保证施工进度，根据隧道塌方后隧洞现场实际情况，在处理方案上分为洞内、洞外分别处治2条线，总体方案为:先治水，再稳定洞内。治理过程为:地表排水处理—洞内清淤—固结渣体—工作面预注浆—小导管注浆加强—开挖与支护—陷坑回填。

3.1 地表排水处理

采用塑料棚布对裂隙进行全方位覆盖，边缘部位用土压实，并沿四周开挖截水沟将地表水引排至隧道洞顶截水天沟。所有洞顶及附近裂缝全部用水泥砂浆进行封闭处理。沿塌陷坑周边开挖截水沟，用砂浆抹面;同时，为防止雨水直接进入坍穴，采用钢管搭设支架，上覆彩条布遮雨，并对坍穴四壁进行刷坡和初喷混凝土。

3.2 地表注浆与坍穴加固

初喷完后沿塌陷坑四周打入长3 m、φ42 mm钢花管(间距1 m，梅花形布设)进行注浆(M20单水泥浆)，以加固坍穴井壁强度。然后沿洞顶地表塌陷口周边5 m范围内同样打入φ42 mm钢花管注浆，(6～8)m/根，间距1 m，梅花形布设，注M20单水泥浆。见图1。

图1 地表注浆加固示意

3.3 固结渣体

沿塌腔内松散渣体表面打入φ42 mm钢花管，长度4 m，间隔1.2 m×1.2 m，梅花形布置，注水泥—水玻璃双液浆，以固结渣体。同时沿渣体顶部铺设一层φ8 mm@200 mm×200 mm钢筋网成倒扣锅底状，并将网片与周边小导管连接，喷射厚20 cm的C25混凝土，后挂设一层钢筋网，再喷射厚20 cm混凝土，连续施作三次，喷混凝土共厚60 cm。后用彩条布将塌腔顶封闭，以防雨天地表水进入塌腔内。

3.4 初支及洞身段加强处理

1)洞内施作临时支撑，采用2根I20b工字钢焊接，每隔两榀对已完成的初期支护钢拱架设置对撑及扇形支撑，扇形支撑交叉点及横向支撑下面用20 cm×20 cm大方木铺垫结实，确保已完成的初期支护不再发生更大位移和沉降变形。如图2。

2)对已完成初期支护部分的洞身段，沿环向布置φ42 mm钢花管，钢花管长度为4 m，环向间距120 cm，纵向间距100 cm，梅花形布置，注单液水泥浆。如图3。

3.5 超前小导管注浆施工

3.5.1 小导管参数[4]

图2 初支加固示意(单位:cm)

图3 洞身加固示意(单位:cm)

钢管规格:小导管采用φ42 mm、壁厚3.5 mm无缝钢管制成，沿管体每15 cm钻φ6 mm孔，四周梅花状布设浆孔。小导管单根长度为3.5 m，环向间距为40 cm，纵向间距为2.4 m，外插角5°～10°，梅花形布置。

3.5.2 注浆参数

小导管注浆采用1∶0.55水泥净浆，注浆口最高压力严格控制在0.5～1.0 MPa，以防压裂工作面。控制进浆速度，一般每根导管浆液总进量控制在30 L/min以内。

3.6 开挖与支护

采用交叉中隔壁开挖法(CRD法)开挖 。初期支护采用钢拱架+小导管+钢精网+喷射C25混凝土的联合支护体系，掌子面采用双层φ42 mm超前注浆小导管(长度3.0 m，环向间距40 cm，层距30 cm，两层之间按梅花形布设)做超前预支护。超前小导管压注1∶1的水泥—水玻璃浆液，有效固结松散岩体。安设超前小导管时，先立一榀全断面I20b钢拱架，在钢拱架腹部打孔，拱架孔内打设超前小导管。为确保支护体系及时封闭成环，对隧洞上台阶已施工初期支护部分，钢架应及时落底接长，并尽早施作仰拱衬砌与仰拱回填混凝土，使支护结构尽快封闭成环，改善洞室结构的受力条件。见图4。

在仰拱施工完后，将衬砌台车跳过塌方体出口端的拱架支撑加固段，移至仰拱施工完毕的塌方处理段进行二次衬砌施工。待塌方段二次衬砌施工完再拆除加固段拱架，进行加固段二次衬砌施工。

图4 隧道CRD开挖工序

3.7 地表陷坑处理

二次衬砌通过坍塌段以后，立即对塌腔进行回填:采用轻质粉煤灰将塌腔回填至距地面1 m的位置，同时进行适当夯实，后采用地表原状土将塌腔回填略高于原地面30～40 cm。

图5 拱顶下沉累计值曲线

图6 水平收敛累计值曲线

4 塌方洞穴加固处理效果

塌方治理后，在现场选取 DK352+232和 DK352+218断面进行拱顶下沉和净空收敛监测。图5、图6分别为拱顶下沉与净空收敛曲线。可见塌方处理效果明显，切实可行。

5 结语

1)塌方施工方案和治理原则可简单概括为”管超前，预注浆，多循环，短开挖，强支护，勤量测，早封闭”。

2)初期支护对于隧道的稳定起决定性作用，支护的目的就是提高围岩的自稳能力，延长其自稳时间，以保证在施作二次衬砌前不发生坍方，因此，必须确保初期支护的参数和质量达到设计要求。

3)二次衬砌不得严重滞后初期支护，软弱围岩地段应紧跟开挖，Ⅲ、Ⅳ级围岩需根据量测结果确定最佳施作时间。

[1] 刘巨海，王建章，牛国松.阳坡隧道塌方原因分析及处理方案探讨［J］.中外公路，2007，10(5):96-98.

[2] 刘会.偏压浅埋隧道洞口施工技术［J］.现代隧道技术，2008(4):44-47.

[3] 陈伟，阮怀宁，张辉降.雨入渗对浅埋偏压隧道及其支护系统的影响［J］.现代隧道技术，2008(1):30-34.

[4] 中华人民共和国铁道部.TB 10204—2002 铁路隧道施工规范［S］.北京:中国铁道出版社，2002.