隧道穿越复杂地层的塌方处理施工技术

■蔡少影 ■安徽省公路桥梁工程有限公司，安徽 合肥 230031

隧道是指在既有建筑或者土石结构中挖掘出来的通道，根据功能的不同，可以分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道等。在公路交通运输行业迅猛发展的带动下，隧道工程的数量也在不断增加，其所面临的施工条件日益复杂。受各种因素的影响，隧道在穿越复杂地层时，塌方问题时有发生，威胁着施工人员生命安全，因此，做好隧道塌方的有效处理，是需要重点研究的课题。

1 工程概况

扬绩高速周湾隧道位于皖赣铁路与省道S215中间，其中左线长592m，右线长591m。周湾隧道左侧100m处，为省道隧道，右侧100m处为铁路隧道。隧道最大埋深60m，最小埋深8m。进口端山体地形较为陡峻，自然坡度＞40°，洞身至出口端山体地形略有起伏，至洞门处趋缓，自然坡脚约30°，洞身中后段分布一小型断裂构造，构造带内岩体破碎，带内充填断层泥。

2 塌方情况分析

施工过程中发现周湾隧道右洞K32+940-K32+994，左洞ZK32+910-ZK32+980已施工完成的衬砌拱表面出现多道纵向和环向裂缝，洞身出现明显变形和整体沉降，仰拱填充产生错位裂缝、中心部位凸起。部分段落衬砌挤压变形严重，顶部砼脱落，衬砌钢筋严重扭曲变形和折断。已经完成的初期支护变形严重，型钢拱架发生扭曲，喷射砼脱落，仰拱填充有不规则裂缝，初支已经浸入二衬净空，需进行二衬破除及换拱处理。

通过现场地质勘察以及相关资料记录，隧道塌方的主要原因是2013年7、8月份该地出现了历史罕见的干旱，造成山体变形，9月份又出现连续阴雨天气，这种特殊复杂的气候条件对本已脆弱的山体影响较大，根据测量数据及测量日期反应了一个问题，在每次下雨之后，洞内洞外以及桥梁的变形都比较大，而且，左右洞变形的位置均在同样桩号一条水平线上，这主要跟山体的围岩有关系，这类围岩比较松散，遇水急剧软化并饱和，围岩之间没有自稳力，完全形成一个块状物沉压下来，并且周湾隧道出口的位置坡度很陡，左洞主线的两侧为一道冲沟，再从二衬沉降缝开裂的角度来看，在山体形成一个自重的同时产生的荷载不是均布荷载，在纵向位置形成了一拉力。

3 塌方处理技术

3．1 塌方处理对策

在隧道出现塌方问题后，施工人员立即对隧道进行封闭，然后通知技术人员和监理工程师进行实地查看，对塌方段的围岩以及水文地质情况进行查明，了解塌方的位置、长度、塌方量等，绘制相应的塌方示意图。其次，及时与承建方进行沟通，并通知设计方以及工程地质勘察方的相关技术人员到现场进行查看，进一步明确塌方的相关情况。然后，在查明塌方情况和塌方原因后，施工单位以及监理工程师应该从实际情况出发，提出相应的处理方案，经承建方和设计方共同审核确定后，进行相应的设计变更工作。最后，在没有得到明确的塌方处理方案前，无论是由于何种原因造成的塌方，都应该暂时封闭隧道，避免盲目出渣的情况。在经监理工程师和技术人员检查，确认不存在安全问题滞后，才能进行处理和继续施工，而一旦出现违规施工行为，影响隧道安全，应该立即停止施工，组织人员撤离到安全区域。

3．2 塌方处理技术

对于施工单位而言，无论塌方规模大小，首先应该利用腔围岩暂稳的间歇时间，采取合理有效的措施，使用适当强度等级的混凝土对周围的掌子面和围岩壁进行封闭处理，以防止塌方的进一步扩大，之后针对不同的塌方情况，采用不同的处理技术。在该隧道工程中，塌方处理施工技术包括以下几种:

(1)护拱法。对于塌方较小，塌腔最高处小于3～5m，而且隧道轮廓线以外一侧部位或者局部范围较小的塌方，可以采用护拱法进行处理。首先，在塌方后，应该于第一时间进行人员的疏散，然后对隧道周围围岩壁进行喷砼封闭，抓住塌腔围岩暂稳时间段，进行超前支护施工，支护可以采用φ 42小导管，或者108mm管棚等。其次，设置相应的钢拱架，并在其上悬挂钢筋网，采用φ 22mm钢筋以及φ 42mm钢管进行接顶处理，将其尾端焊连在钢拱架上，结合喷砼模，构筑相应的护拱。如果受施工条件的影响，无法进行超前支护，则可以直接在工字钢拱架初支上模筑砼护拱，对混凝土灌注孔道以及排水管进行预埋处理。然后，在保证护拱安全的前提下，进行注浆小导管和锚杆的施工，通过注浆的方式，对围岩进行加固。在注浆操作中，应该尽量保证塌腔灌满，同时回填缓冲层。最后，对于塌空高度相对较小的位置，可以直接喷砼接顶，确保塌空完全灌满。

(2)护拱法+拱上拱法。这种方法主要是针对塌腔高度在5m以上的塌方的处理，其基本步骤包括:其一，选择强度等级C20的混凝土，通过喷灌的方式，对掌子面和塌腔周围岩壁进行封闭;其二，在隧道断面轮廓线以外，可以采用间距在0．25m的密排108mm管棚，将管棚的尾端设置在工字钢拱架上，牢固焊接，前端则设置在掌子面塌腔壁上，并尽可能深入岩层内;其三，在管棚下，对工字钢拱架进行延伸，将间距控制在0．5m，确保管棚与钢拱架的紧密连接，喷砼作护拱，然后在护拱上，按照其弧度，安装相应的工字钢拱梁，确保拱梁的梁段能够深入岩体0．3m以上。然后继续喷射混凝土，将护拱厚度增加到0．8～1m;其四，在护拱上，设立钢格栅拱架，钢筋钢管接顶，挂设钢筋网，然后喷砼，将钢格栅拱架与围堰紧密连接，形成拱上拱;其五，设置注浆小导管和锚杆，通过注浆的方式，对围岩进行加固。

(3)护拱法+密排Ⅰ18工字钢拱架。如果塌腔较大，暂稳性差，无法进行拱上拱的施工，则从施工安全考虑，可以采用108mm管棚与工字钢拱架密排，即护拱法+密排Ⅰ18工字钢拱架的处理技术。在该工程中，某段塌方由于围岩松散，自身稳定性较差，采用一般的护拱法并不能阻挡塌体的继续下落，分析原因，主要还是支护强度不足，而且也没有能够及时增加护拱的厚度。对此，采用108mm管棚密排配合Ⅰ18工字钢拱架密排的方式进行处理。首先，在封闭掌子面和塌腔之后，利用108mm管棚密排，穿过塌腔，并在其前端进行喷砼加固，在尾端焊接加固。其次，采用Ⅰ18工字钢拱架双榀合焊架立，并将其与管棚相互连接。然后，铺挂双层钢筋网，预埋排水管道和灌注砼孔道，喷砼支护。最后，在隧道两侧，设置小导管，注浆加固。

针对州湾隧道出现的问题，由于发现及时，没有形成大的塌腔，在裂缝出现初期就立即进行处理。对隧道左右洞出现变形裂缝的初支和衬砌采用沙袋进行反压回填支撑，中间只预留施工通道，沙袋支撑宽带10m，间隔15m左右设置一道。隧道变形段进行全断面注浆处理，采用φ50小导管，纵、环向间距1m，注浆范围为开挖轮廓线以外不小于5m，浆液中可加入速凝剂，注浆施工前对未采用沙袋堆码的段落用钢拱架进行临时支撑，对于隧道变形严重的二衬及初支段进行换拱，换拱后初支采用I22的工字钢，间距60cm，喷射砼厚道28cm，左、右洞衬砌砼厚道调整为60cm。周湾隧道左洞出口边仰坡坡度调整为1∶1，右洞坡度调整为1∶0．75，边坡采取φ50小导管注浆加固，挂网锚喷。边坡采用锚索框架处理。出口的套拱管棚重新施工。

4 结语

综上所述，在隧道工程施工中，当穿越复杂地层时，受各种因素的影响，可能会出现塌方问题，影响施工安全和施工进度。对此，施工过程中，施工技术人员和现场监理人员应加大检查频率及检查范围，及时发现存在的风险诱因，第一时间采取有效措施进行处理，将塌方控制在萌芽状态，减少损失，确保施工的顺利进行。

［1］许来宝，许灿，唐雨春．关于隧道穿越复杂地层塌方处理的对策与方法［J］．公路工程，2012，37(2):118-122．

［2］张海平．特殊地层隧道塌方处理技术分析［J］．西部探矿工程，2008(4):149-151．

［3］匡树均，涂洁．浅谈隧道塌方处理措施［J］．山西建筑，2012，37(6):132-133．