隧道塌方原因与处理方案分析

刘军波 袁 楠

(中铁大桥局五公司，江西九江 332000)

0 引言

随着高速铁路建设的不断发展和向山区的延伸，隧道工程数量越来越多。某隧道是一座铁路长大隧道，隧道全长3 585 m。该隧道属寻乌—瑞金深断裂，地形起伏较大，植被发育，地貌有山间冲积小盆地、山脊以及山间冲沟等。隧道出口施工至DK133+565时，发生了坍塌，本文着重对本次塌方的原因和相应处理方案进行探讨和分析。

1 塌方基本情况

隧道在施工至DK133+565处时，正好处于Ⅳ级、Ⅲ级围岩的交界带(该处埋深约70 m)，掘进后出现一较大滑层，出现较大范围的塌方，如图1所示。2012年10月20日，在出渣完成准备立设拱架时突然塌方，塌方量约300 m3，塌腔高6 m～10 m，纵向长度约8 m，宽8 m～11 m，塌体完全堵住洞身，后方已支护好的3榀钢拱架局部扭曲变形。

2 塌方原因分析

隧道区域构造主要受寻乌—瑞金深断裂影响，由一系列斜冲断层作为侧幕状排列组成。DK133+538～DK133+583处岩性接触带为(∈［2－3］)变质砂岩夹板岩与(D(d)［2－3］)千枚状页岩的岩性接触带，二者呈不整合接触关系。受其影响，隧道区千枚状页岩揉皱强烈，裂隙、节理、板理发育，岩体较破碎。因此，其塌方原因主要是:

1)工程地质原因:塌方部位处在Ⅳ级、Ⅲ级围岩的交界带，被层状和多组节理分割而形成碎块状镶嵌结构，岩体较破碎，节理多为张开节理，节理裂隙间层面光滑。因双线铁路隧道开挖跨度大，在开挖掘进的扰动下，造成围岩失稳导致塌方。

2)地下(表)水原因:施工期连续降雨，地表水丰富，通过裂隙进入岩体，拱顶淋水量增大。该段地下水较发育，最大涌水量为2 896 m3/d，强富水。在地下水的软化下加剧了岩体失稳和塌落，软弱滑动面在地下水的作用下，强度大为降低，因而发生滑塌。水在塌方中起到一个“催化”和“恶化”的作用。

3)施工方面原因:该处Ⅳ级、Ⅲ级围岩分界面较设计文件稍提前，施工时未及时根据地质条件变化调整施工方案和支护参数，未采取更为有效的超前支护措施，开挖进尺过大，从而造成临空面过大也是造成塌方的重要原因。

图1 塌方示意图（单位：m）

3 塌方处理方案和方法

根据塌方的情况和隧道所通过的层位，认为本次属层间移动性的塌方，这种地质的塌方难以稳定，会引起连锁反应，积累和发展将扩展到已支护好的洞身段。因此，采用加固后方围岩，强支护通过坍塌段，适当加强支护过渡段方法处理此次塌方，分段处理的长度为20 m(后方加固段4 m，塌方段8 m，过渡段8 m)。

3.1 后方围岩的加固

首先在塌方位置退后4 m的位置处，采用长4.0 m的小导管对塌方后段进行径向注浆。小导管间距为1.2 m，梅花形布置。小导管端部与钢拱架焊接成整体，以保证后方围岩稳定。注浆采用先上后下，先里后外，即先对塌空区边缘注浆，再逐步退后。通过注浆固结松散破碎岩体，提高了后方围岩整体承载强度，并与初期支护共同在2 m～3 m范围内形成一个强大的支撑拱，为下一步施工的安全性提供了保障(见图2)。

3.2 塌空区段的处理

首先采用素喷厚20 cm的C25混凝土封堵掌子面及塌落面，对塌空区段后方未破坏的原初期支护采用Ⅰ18钢拱架进行加固，钢拱架与原初期支护钢拱架紧贴并排焊接，形成护拱。之后采用双层Ⅰ18钢拱架通过塌空区，榀间距0.5 m，钢拱架采用Φ22钢筋连接，形成钢格棚架。对轮廓线外塌腔壁的大块岩石采用φ89钢管支撑，并焊在钢拱架上。喷射C25混凝土与钢拱架齐平，形成钢筋混凝土壳体初期支护。并在初支中预埋φ108混凝土泵送管，待钢筋混凝土壳体强度达到要求后，分期泵送混凝土填充塌腔，以保证岩面与初期支护之间密实(见图2，图3)。

3.3 塌方过渡段的处理

图2 塌方段处理纵断面图

图3 塌方段处理横断面图

待塌空区段顺利通过后，对掌子面前方8 m采用强支护开挖。具体支护参数为:φ42注浆小导管进行超前支护，环向间距为0.4 cm，纵向每3.0 插打一环，每环35 根，单根长度5.0 m;初支钢拱架采用Ⅰ18钢架，纵向间距0.8 m;系统锚杆采用4 m φ22组合锚杆，环向间距1.5 m，纵向间距1.2 cm，梅花形布置，端部与钢拱架焊接成整体。

3.4 监控量测

施工过程中，应加强施工监控量测，重点量测塌方段拱顶下沉和水平收敛。在该段塌方处理完毕后，在拱顶布设了一个测点，并在左、右拱腰分别布设了两个测点，通过监控量测，拱顶最大下沉量为22.1 mm，日最大下沉量为2 mm，并在9 d后围岩趋于稳定，表明所采取的措施得当，取得了应有的效果。

4 结语

隧道坍塌处理作业危险，容易造成施工安全事故。因此，只有方案正确、处理及时、方法恰当、组织严密、措施得力，才能顺利完成。

1)处理隧道塌方必须分秒必争，及时制定处理方案。处理隧道塌方是一种紧急抢险，如同打仗一样，有利时机稍纵即逝。详细察看塌方情况，检查塌方初期支护的损坏程度和影响区域，分析塌方原因和可能的发展趋势等。在掌握情况的基础上现场确定应急预案，下达抢险指令，明确任务和要求，为塌方的处理争取有利时机。

2)前方封堵，后方加固，对塌方区形成合围，是防止塌方恶化的有效方法。根据实际情况，采取前方封堵，即喷射C25混凝土封堵掌子面及塌落面，稳住围岩，防止空顶加大，并对下一步塌体注浆创造条件，保证注浆效果，同时还为下一步施工提供安全保障;后方加固，即对塌穴后方4 m处未损坏的初期支护段架设型钢拱架加固初支，对初支顶部低应力围岩注浆，以增加其强度和自稳力。这种前方封堵和后方加固处理方法，有效地防止了塌方恶化，使塌方处理出现了良好的局面，这是处理隧道塌方的一条重要成功经验。

3)塌方的处理必须遵循“短进尺、严注浆、少扰动、强支护、快封闭、勤量测”的原则。对塌体一般不宜直接进行清理，尽量减少对围岩的扰动，避免塌腔扩大。塌方的处理应一次到位、不留后患，加大超前支护和加强初期支护，必要时对二衬混凝土进行配筋和加厚，隧道轮廓外的塌腔宜尽量回填密实。

［1］某隧道施工设计图［Z］.

［2］TZ204-2008，铁路隧道工程施工技术指南［S］.

［3］TB 10417-2003，铁路隧道工程施工质量验收标准［S］.

［4］吴焕通，崔永军.隧道施工及组织管理指南［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［5］林作雷.长距浅埋大跨不良地质CRD工法施工技术［M］.福州:福建科学技术出版社，2010.