隧道大塌方处理方案的探讨

张义民

摘 要：塌方是隧道施工中经常遭遇的安全隐患，具有不可预见性和破坏性，处理塌方的方法也很多，没有统一的标准，应根据具体情况，围岩级别，岩层走向，稳定情况等综合因素，制定具体施工方案。文章从技术方案情况，讨论隧道大塌方处理方法。

关键词：塌方；原因分析；重要性

1 工程基本情况

哈布特盖隧道是新建伊敏至伊尔施铁路中长度最大的隧道，位于内蒙古呼伦贝尔市境内，穿越呼伦贝尔草原，全长185公里。

隧道全长3.4公里，大部分围岩较好，部分地段围岩破损，节理较发育，地下水丰富，施工难度较大。

2 塌方经过

隧道进口施工至里程DK130+135时（埋深48m），左侧出现倾向于线路方向的节理面，倾角45°～60°，围岩为全风化花岗岩，掌子面和左侧拱墙开始出现坍塌，现场立即喷射混凝土进行封闭，但围岩持续坍塌，不能达到封闭效果。

经驻现场查看、评估决定立即对未塌方段进行加固，即对DK130+125～DK130+122段按照50cm间距支立钢架，喷射混凝土进行锁口，控制塌方范围进一步扩大。另外继续观察塌方区发展情况，待塌方基本稳定后再进行处理，隧道塌方持续至第二天上午8点将整个洞口堵死，塌方体堆积至DK130+120，预计塌方3000方以上，详见图1。

3 塌方原因分析

3.1 开挖完成后发现围岩从DK130+132开始由弱风化花岗岩（Ⅲ级）突变为全风化花岗岩，属于花岗岩不均匀球状风化带，无自稳能力。

3.2 围岩节理面的突变：洞室左侧围岩有两组节理面，一组节理面倾向于线路，倾角45～60°（顺层），另一组节理面垂于线路，造成岩体破碎，应力释放后突然失稳。

3.3 岩体内地下水含量增大，虽无地下水渗漏，但节理面处填充物已接近饱和。

3.4 随着塌方规模的不断扩大，造成洞室左右两侧及前后强风化岩或弱风化岩体相继失稳。

4 塌方处理方案

4.1 方案介绍

经现场技术、经济分析，考虑了三个处理方案，分别为：（1）小导管注浆方案。（2）超前管棚方案。（3）地表注浆结合洞内注浆方案。

4.1.1 小导管注浆方案

（1）首先对塌空区后方进行加固处理：在DK130+125～DK130+122段架立刚架，喷射混凝土加强支护；根据塌方情况分析，桩号DK130+115～DK130+125段轮廓外围岩已经扰动或坍塌，对此段处理措施为：沿隧道径向采用Ф42小导管注浆，长度3.5m，小导管间距50×50cm，梅花型布置。

（2）将塌方堆积体表面喷射混凝土10cm进行封闭，防止对塌方体注浆时跑浆；然后对塌方体进行注浆固结，注浆采用Ф42小导管进行循环注浆，每循环注浆长度不小于5m，分4次完成，间距50～80cm梅花型布置，沿隧道轮廓周边小导管间距30cm，长度不小于3m，并且外插角尽量大（兼作第一循环超前小导管）。浆液采用水泥、水玻璃双液浆。

（3）浆液达到一定强度后重新开挖，按Ⅴ级岩开挖，先施工超前支护，注浆采用Ф42双排超前小导管注浆，小导管长度3m，间距30cm，小导管搭接长度不小于1m，开挖采用人工配合机械进行短台阶开挖，开挖后立即进行喷锚支护，并安设钢架。钢架采用150×150H型钢，间距50cm，钢架之间采用Ф22的钢筋纵向连接，连接筋间距50cm。开挖支护完成一段后立即沿隧道径向注浆，径向小导管长度3.5m，间距50×50cm梅花型布置。

（4）隧道开挖至桩号DK130+135后，往大里程方向加固长度通过超前地质钻孔确定。为确保下一步施工安全，防止隧道二次塌方，减轻对结构的压力，待隧道安全穿过塌方段后，在拱顶钻孔对塌空区回填轻型泡沫材料，回填必须密实。

（5）塌方段处理结束后，仍按Ⅴ级围岩施工，并尽快进行地质预报，探明地质变化范围，直至围岩变为Ⅲ级为止。

（6）塌方处理结束后，尽快施做二次衬砌，二次衬砌采用钢筋混凝土结构，参考图号“两伊施隧（参1）-32”。

4.1.2 超前大管棚方案

（1）从塌方区后方即未受塌方影响，围岩稳定性较好的地方对隧道断面扩挖，长10m，高0.8m形成管棚工作室，并且进行锚喷混凝土加固。主要作用是保证施工超前大管棚时，管棚不能侵限。

（2）管棚沿隧道轮廓线以外35cm布设，管棚中心间距40cm，管棚长度40m，共布设约50根，总长2000m。管棚采用Ф108无缝钢管，管棚分节长度3m，两节管棚之间设联接管，扣丝联接。管棚施工采用地质钢套管机，安装完成后灌注M30水泥砂浆。

（3）浆液达到一定强度后进行开挖，开挖采用短进尺台阶开挖，开挖后立即进行喷锚支护，并安设钢架，钢架采用150×150H型钢，间距50cm，钢架之间采用Ф22的钢筋纵向连接，连接筋间距50cm。

（4）待隧道安全穿过塌方段后，在拱顶钻孔对塌空区回填轻型材料，回填必须密实。

4.1.3 地表注浆结合洞内注浆方案

（1）地表注浆范围DK130+115～DK130+145，注浆宽度隧道中线两侧各20m。钻孔深度线路轮廓以外要钻至隧底部位，轮廓线以内钻至轮廓线30cm以外。隧顶塌方段正好位于山顶部位，埋深约48m。因此平均钻孔深度约50多米。

（2）钻孔钻机采用地质钻机，注浆孔采用1m×1m梅花型布置，注浆采用Ф78钢管灌注M30水泥浆。

（3）注浆达到一定强度后进行开挖，开挖采用台阶法开挖短进尺，开挖后立即进行喷锚支护，并安设钢架，钢架采用150×150H型钢，间距50cm，钢架之间采用Ф22的钢筋纵向连接，连接筋间距50cm。

4.2 方案比较

综合以上，经专家论证，小导管注浆所需材料、机具均能满足要求，现场操作工人熟悉工艺，容易保证施工质量，且施工速度快，资金投入小，较能保证施工安全。因此决定采用小导管注浆方案。

4.3 施工关键技术及安全保障措施

4.3.1 注浆压力控制：注浆压力以孔口压力表显示的值为准。通过注浆泵控制调节。当管路阻力≤0.2MPa时，可略去阻力损失，而由泵压来监控。根据泵压与油压的关系设定油压值，确保注浆过程安全方便。

4.3.2 注浆结束标准：在正常情况下，采用定压注浆。当注浆压力达到或接近设计终压值时，结束注浆。而当注浆压力接近或达到设计终压的80%，如出现圈套的漏浆，经间歇注浆后，也可结束注浆。

4.3.3 注浆检测：（1）注浆终凝后，进行二次注浆，检查吸浆率，如果没有明显吸浆，证明注浆已经密实。（2）取芯检测凝结情况及凝结强度。

4.4 对于浆液材料的选用说明

选用水泥、水玻璃双液浆可以为处理塌方赢得时间；同时双液浆的良好的渗透性，能提高塌方松散体结石率，降低处理难度及风险。

因处理及时、方案科学可行，该坍方区域很快处理完毕，确保了施工安全，保证了工期，经现场检测，处理结果满足质量和安全要求。