“滇中红层”隧道施工常见问题解决措施

孙乐富

摘 要：“滇中红层”隧道施工存在风化剥落、顺层滑塌、塌方、冒顶等风险，结合广大铁路的隧道施工，介绍了各类事故的处理措施，为类似工程提供借鉴。

关键词：隧道施工；塌方；风化剥落；处理措施

中图分类号：U451.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.153

1 “滇中红层”隧道施工常见问题

广大铁路站前二标工程位于云南省楚雄至大理段著名的“滇中红层”区段，其岩体原生结构特征有以下两点：①红层多为泥岩、泥岩砂岩互层，层与层之间的层面结合力差。当岩体解除约束力、出现临空面时，极易顺层面解体滑落，这是红层成岩过程中形成的薄弱环节。②红层软岩岩体具有亲水性强、透水性弱，在水的作用下易软化、塑变，吸水后岩体膨胀，失水后岩体收缩，易崩解，抗风化能力弱，抗压抗剪强度低等特性。

“滇中红层”隧道施工常见问题主要有风化剥落、顺层滑塌、塌方、冒顶。风化剥落、顺层滑塌问题如图1和图2所示。

2 解决措施

“滇中红层”特殊地质隧道施工过程中围岩风化剥落现象普遍存在，岩体互层、软弱、自稳能力极差，围岩暴露后，很快就会出现层间剥落掉块现象，导致小范围顺层滑塌。面对这种情况，广大铁路项目部在施工过程中，要以“二十四字”工艺为指导原则，即“管超前、浆严注、小区域、弱爆破、短开挖、快支护、少暴露、早封闭”，有效解决了“滇中红层”隧道风化剥落、顺层滑塌的难题。

“管超前”就是小导管超前打设，4 mΦ42无缝钢管每2.4 m

打设一个循环，小导管间搭接1.6 m，有效形成棚架效应，与已经做好的钢支撑形成悬挑支撑棚架，支撑软弱围岩在裸露后不至于剥落、滑塌；“浆严注”就是将每循环超前小导管严格注浆与周围岩体共同形成壳体结构，形成整体组合梁效应，共同受力，保证围岩稳定；“小区域、弱爆破”就是将开挖轮廓内的软弱围岩分成若干小区域进行弱爆破，爆破后的小区域自然形成比较稳定的受力漏斗，在爆破小区域内不至于出现滑塌现象，然后将小区内喷混封闭；“短开挖、快支护、少暴露、早封闭”就是缩小掌子面破碎围岩的开挖进尺，减小破碎围岩的临空面积，减小围岩内应力和自身重力作用，缩短围岩的裸露风化时间，快速完成初期支护，减小围岩暴露时间，充分发挥围岩的自稳能力，及早全环封闭，有效防止围岩的风化剥落和顺层滑塌。

3 “滇中红层”隧道塌方的解决措施

3.1 隧道的塌方处理

施工中，采取塌体注浆固结的方法来处理隧道塌方问题，先用回填式注浆的方式加固塌方处的初期支护拱背；再支撑顶塌体，避免塌体继续坍落；然后钻孔进行超前小导管注浆施工，将塌体固结成应力承载环，保证施工人员的作业安全；最后边挖边护，将I18工字钢钢拱架加密至30 cm一榀，逐步渡过塌方段。

3.1.1 塌体注浆

将6 m长的注浆管沿环向间距80 cm左右打入靠近塌体己施作的初期支护上，然后采用注浆泵注水泥砂浆，顺序是由两侧拱脚向拱顶方向进行，用木塞对不注浆的孔口进行封堵，以免浆液从不注浆孔冒出来。

3.1.2 施作小导管

施工流程：钻孔→插入钢管→注入水泥浆。

用风钻紧靠初期支护，沿环向四周钻孔，钻孔深应达到未坍落的岩体内1.0 m 以上。钻孔完毕后，按环向间距20 cm打入ф42小导管，导管靠近洞口一端与已完成的钢拱架焊接在一起。小导管钢管插好后，再向管内注入浆液并达到一定压力后停止。

3.1.3 分段挖除坍体，随即进行支护

坍体拱顶支撑结构形成后，采取机械配合人工的方式挖掉已坍塌的土方，采用环形预留核心土开挖坍落体，每循环进行0.3 m，开挖一环之后就要立刻初喷混凝土，并稳固土体，之后搭设型钢拱架和钢筋网片，紧接着复喷至设计厚度，喷射混凝土完成后补打系统锚杆。为保证坍体支护的强度，钢拱架加密至0.3 m一榀。

3.2 隧道施工坍塌防范及处理措施

3.2.1 超前地质预报管理

超前地质预报管理中需要注意的问题有以下几点：①隧道施工中，应将超前地质预报工作纳入现场施工组织统一管理，并采取安保措施。②施工技术人员要掌握掌子面围岩的详细情况，完成掌子面地质素描图，并对地质情况作出准确预判。③对不良地质和特殊地质的隧道施工，应综合采用红外探水、TSP、地质素描、地质雷达等方法预报地质，必要时，采用超前水平钻探的方法来进行围岩工程地质和水文地质条件的预报工作。④对于地质描述与超前预报成果，应该采取日常检验批验收与专题报告相结合的资料收集模式进行管理。⑤参与超前地质预报的人员应掌握安全操作技术和安全生产的基本知识，并接受过隧道施工安全教育培训。

3.2.2 隧道监控量测管理

隧道监控量测管理中需要注意的问题有以下几点：①隧道监控量测工作需以初期支护按设计文件做到位和光面爆破满足验标要求为前提。②各作业队伍必须配备专业人员，将监控量测纳入施工工序，并指定监控量测工作负责人，同时制订详细方案，并根据施工情况及时调整。③隧道开挖前必须结合工程规模、地形情况、支护方法和施工工艺等进行监控量测设计。设计应包括量测的对象、量测使用的仪器、检测点的布置位置和人员组成等内容。④量测人员应按照设计要求严格布置测点进行量测。⑤如果量测数据被发现存在突变，技术人员必须立即向负责人汇报，并迅速组织作业人员离开施工现场，保证施工人员的安全。

3.2.3 隧道坍塌预防措施

3.2.3.1 发生坍塌的原因

发生坍塌的原因主要有：①地质因素。当隧道开挖通过各种堆积体时，由于其结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后容易引起坍塌；掌子面前方围岩破碎、节理发育、岩石走向垂直、岩石间有渗透水、岩层间有泥夹层、前方出现断层带等，这些不良地质极易引发塌方事故；工程地质灾害所引发的事故也非常多；岩体在地下水、渗透水的浸泡、软化、冲蚀、溶解等作用容易造成失稳坍塌。②施工方法选择不当或工序间距安排不合理，各工序间距拉得过长，地层暴露时间过久，引起围岩松动、风化，导致坍塌。③支护材料用料不足、施工缺乏规范引起支护强度降低造成的隧道塌方。④施工中不遵循施工原则也会引起塌方事故。⑤其他原因，比如不及时衬砌、围岩暴露过久、片帮与掉块、坑壁无支护等。

3.2.3.2 坍塌前兆

坍塌前兆主要有：①监控量测信息所反映的围岩变形速度或数值超过允许值。②喷射混凝土产生纵横裂纹和龟裂。③隧道顶部或侧壁不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑。④岩层层理、节理缝隙变大、张开。⑤支撑拱架变形，支撑发出破裂声。⑥隧道内渗水、滴水突然加剧或变浑。

3.2.3.3 预防坍塌的施工措施

预防坍塌的施工措施主要有：①先排水。在施工前和施工中均应采取相应的防排水措施，尽可能将隧道外之水截于隧道之外。②短开挖。要尽量缩短各部开挖工序间的距离，以减少围岩暴露时间。③弱爆破。在爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制用药量和用微差毫秒雷管爆破。④强支护。针对地压情况，加强支护，确保支护结构有足够的强度。⑤快衬砌。仰拱、二衬必须紧跟开挖工作面进行。⑥勤检查，勤量测。对于已经变形或异状的围岩，要立即采取有效措施及时处理。

4 “滇中红层”隧道冒顶的解决措施

在“滇中红层”隧道施工中，在埋深较浅的地段容易发生隧道冒顶。由于云南滇中雨季时节降雨比较集中，围岩土体内由于地下水的增多，减小了土体的内摩擦角，土体抗剪强度急剧下降，当隧道开挖至埋深较浅的地段，可能会发生大规模塌方，直至冒顶。对于隧道冒顶，应该按照以下步骤进行处理：①立即停止掌子面的施工，在有效范围内反压回填洞渣，阻止冒顶土体进一步滑塌至洞内，并给冒顶上方土体提供足够的承载力，防止冒顶过程的加剧。②圈定警戒范围，禁止不相关人员靠近冒顶范围，防止发生次生灾害。③在冒顶山体附近埋设沉降观测点，对山体进行动态实时监测，一旦发现异常，马上组织人员撤离。④在隧道冒顶范围以外凿截水沟，将地表水引出冒顶范围，防止地表水浸泡松散的滑塌土体，进而对隧道内支护造成更大压力。⑤待冒顶稳定后，对冒顶松散土体进行钢花管注浆处理，冒顶处土体上方安装钢筋网片、劲性钢骨架，并浇筑2 m厚的混凝土形成固化壳体。⑥对隧道内掌子面进行封闭形成止浆墙，在封闭面打设小导管并进行注浆稳固，对冒顶塌方后未影响地段初支面进行环向注浆加固，防止在施工处理前方塌体时影响后方已完成段的衬砌。⑦在掌子面处施做管棚工作室，在管棚工作室内施做超前大管棚支护，并对大管棚进行充分注浆，更换已经侵限的初支逐榀，处理逐渐将冒顶塌方段，并及时施做钢支撑作为初期支护。⑧及时施做仰拱、二衬，待冒顶段二衬施工过后，且二衬强度达到100%设计强度后，回填隧道上方冒顶空腔，夯实并填筑土体高出原地面50 cm以上。在填筑土体上方施做黏土隔水层，防止地表水侵入。

5 结束语

在广大铁路项目隧道施工中，通过对“滇中红层”地质特点的系统研究，解决了该地质条件下风化剥落、顺层滑塌、塌方、冒顶等常见问题，既保证了隧道的施工安全和质量，也节约了工程成本，对以后“滇中红层”隧道施工提供了有益的技术参考。

参考文献

[1]郭永春，谢强，文江泉.我国红层分布特征及主要工程地质问题[J].水文地质工程地质，2007（6）.

[2]覃仁辉，王成.隧道工程——土木工程专业本科系列教材[M].第三版.重庆：重庆大学出版社有限公司，2011.

〔编辑：王霞〕