浅析下沙隧道塌方处理方案

■兰高明

（福建邵光高速公路发展有限公司，邵武 354000）

1 工程概况

下沙隧道为分离式双洞四车道高速公路隧道，隧道限界净空10.25m×5.0m(宽×高) 左线起止桩号ZK1+108～ZK2+907，全长1799m。右线起止桩号YK1+110～YK2-990，全长1880m，隧道最大埋深约220m。

2 地质水文情况

该隧道区属剥蚀丘陵地貌，地表植被发育，地形起伏变化大，下缓上陡，天然山坡坡度15～40°，山脊陡峭。隧道路线区域上位于新华夏系第二复式隆起及南岭东西向复杂构造带的复合部位的闽西北华夏隆起带内，长期的历史演变，强烈的褶皱及岩浆活动，使之历次构造运动相互复合，彼此干扰和迁就，形成区域构造形式多样复杂。

隧道围岩为微风化砂岩、粉砂岩夹碳质粉砂岩和变粒岩相间石英云母片岩，其中微风化炭质粉砂岩为软岩，炭质、泥质含量高，遇水易软化变形呈泥土状或似煤状；微风化石英云母片岩岩层片理极其发育，抗剪强度低，易发生掉块、坍塌失稳。隧道区地下水主要为风化基岩中网状孔隙-裂隙水，以及基岩构造裂隙水。风化基岩中网状孔隙-裂隙水主要赋存于碎块状强风化岩层中，富水性及倒水性较强，基岩构造裂隙水主要受裂隙、节理、断裂破碎带等地质构造的控制，构造带、节理裂隙密集带宽度变化较大，带内岩石多风化蚀变、破碎，透水性较好。

3 塌方情况

该隧道从进、出口分别向里施工。塌方发生在下沙隧道出口右洞，该段处于V 级围岩深埋段，采用Z5型复合支护(Z5 型支护参数：初支厚度为24cm、采用工18b 钢支撑、纵向间距为70cm；二衬厚度为45cm、C25 模筑防水砼、Φ16mm 钢筋、钢筋间距20cm）。当开挖至YK2+185 里程桩号时，于当日凌晨5：20 发生局部塌方。项目部及时下达撤退命令，确保了人员和设备的安全。随后塌方不断发展，先是掌子面右上方松散的土体不断往下冒落，并伴有涌水，形成空腔后，左上方呈大块状的破碎岩体失去支撑自稳而塌陷。巨大的冲击力砸坏了已完成的上台阶数米初期支护，3h 内形成纵向长约11m，高度约6m 的塌腔。现场观察，从左侧拱腰至右侧拱脚大面积坍塌，左侧壁相对稳定，拱顶偏左有明显滑层，塌方体极其松散、破碎，现场已施工的11 榀上导坑钢拱架全部被压塌掩埋。至第二天上午10:30 塌腔高度已达12m 左右，塌方体已经把掌子面基本封住，塌方量约1000m3。

4 塌方发生后的应急处置

(1）塌方发生后，项目部在第一时间撤出人员、机械设备，同时上报业主、总监办、设代处、总承包部等相关部门。

(2）严格落实领导带班制度，派专人指挥，专职人员24h 值守，重视逃生管的加长、前移就位，加强进洞人员登记制度。

(3）塌方处暂时禁止施工，待制定处治方案并审批完成后方可恢复施工。

(4）疏通后方排水沟，清理塌方后方的淤泥积水，使塌方处涌水能迅速排出而不浸泡下分层岩土层。

5 塌方原因分析

通过对下沙隧道塌方处实地查看，施工调查，详细查阅地质地资料及现场踏勘并反复研讨后，各方一致认为发生塌方的主要原因如下：

5.1 工程地质方面原因

(1）塌方处掌子面围岩层理、节理裂隙发育，岩体极破碎，整体性差，岩体呈松散结构,处于吸水饱和状态，大部分手捏可碎,强风化变粒岩中夹带大量黄色淤泥夹层，局部为全风化状态，岩体极破碎，整体性差，围岩本身自稳力不足。

(2)塌方处岩层富含积水，长期浸泡使塌方处的岩土强度降低，开挖后积水伴随弱质岩土突涌而出造成塌方。

5.2 施工方面的原因

(1）施工现场未采用设计工法施工，设计规定此段采用CD 法开挖，而现场采用三台阶上导坑预留核心土法施工。

(2）对径向系统锚杆与超前小导管的施工中注浆压力达不到设计预期效果，未看到岩面注浆浆液露现，效果不佳，未能起到注浆稳固围岩的作用，造成围岩失稳。

(3）施工现场的施工人员和管理人员施工经验不足，未对掌子面前方地质进行有效的预判，没有及时根据地质条件变化，调整施工方案和支护参数，未及时采取更有效的超前支护措施。

6 塌方处理措施

6.1 塌方处理原则

塌方段处理应遵循“加固后方，稳固塌体、填充空洞、谨慎通过、经济适用”的总体处理原则。

（1）加固后方：隧道施工塌方后，在塌方区处理前，应对受塌方影响初支有一定的变形或结构受力发生一定变化的影响区段进行加固处理。

（2）稳固塌体：采用超前管棚、固结注浆等手段和方法对塌方体进行加固固结，增加围岩稳固承载能力。

（3）填充空洞：为保证工程永久安全，一般需对塌腔进行空腔充填固结，做到“一次施工不留后患”的安全质量保证。

（4）谨慎通过：应制定详细的施工技术方案，加强各项施工管理工作，根据现场情况的变化随时做出适当的工作调整，以保证各项施工工作顺利进行。

（5)经济适用：针对性地制定塌方处理方案，不夸大、不缩小，做到技术可行，经济合理，节约成本。

根据以上原则，确定本次下沙隧道塌方处理三段总长度为40m，其中塌方影响段长24m，塌方段长11m、塌方过渡段长5m。对各段分别提出处理方案如下：

6.2 塌方影响区处理

(1)加强塌方影响区（YK2+196～YK2+220）现场监控量测，进行地质雷达扫描，对于塌方体后方的初期支护进行临时加固，加固顺序应由洞口向掌子面方向逐榀进行。

（2）在已施工的每榀钢支撑上用1 根工25b 型钢作为临时竖撑，用工14b 型钢做临时斜撑，加强纵横向竖撑之间的连结，保证临时竖撑的整体受力。详见图1。

（3）临时竖撑基础采用两层枕木（厚×宽×长）（15×25×50）垫底，横向和纵向密切接触，每条纵横向枕木应用老虎钉钉紧，使之成为整体；临时竖撑与原钢支撑、临时斜撑与临时竖撑的连接焊接牢固（周边焊接焊缝厚度不小于8mm），保证整体性和稳定性，以确保塌方处理人员的施工安全。

(4)对（YK2+196～YK2+220）塌方影响区横断面拱顶以下150°范围的初期支护环向布设6m 长Φ50mm径向小导管，间距为100×100cm，注浆压力为0.7～1.5MPa，浆液为0.5:1.0（水灰比）的水泥浆，对既有的初期支护进行注浆补强。注浆采用先上后下、先里后外，即先对塌空区边缘注浆，再逐步退后进行后段注浆，使导管所伸入范围内，通过浆液穿透松散的破碎岩体组成一个固结的灌浆层，使得后方已支护段落与塌方交界处上下一定范围内的岩体得以固结，充分发挥岩体的自承能力，达到控制塌方的扩展，为下一步的施工安全提供强有力的保障。

6.3 塌方段的处理

在处理前采用地质雷达对塌方区进行扫描，准确探明塌方的情况，评估了塌方的影响范围，得出了以下处理方案：

图1 临时加固示意图

(1)在洞内对塌方段落（YK2+185～YK2+196）用洞渣进行反压、回填夯实至洞顶，并在塌方回填体表面喷一层20cm 厚的C25 早强混凝土将塌方体封闭，在塌方体上有水流处位置设置平孔排水，然后在塌方体表面打入长为6mΦ50mm 小导管，梅花形布设，间距为120×120cm，采用注浆液为0.5∶1.0（水灰比）的水泥浆（对塌方体开挖时，每一循环的塌方体开挖均应进行小导管注浆处理，每一循环小导管注浆搭接长度应大于2m，作为止浆墙用），以保证洞内塌方体的稳定。

（2）在塌方区进行探孔，探明塌方体上方空腔大小及位置走向，并在适当位置向塌方空腔打入不少于三根Φ108mm 钢管，管口尽量伸至塌腔顶，分期采用C20 泵送砼对空腔内部逐步进行回填，塌腔回填厚度应大于洞身开挖线以外6m。

（3）超前支护：塌方区初支背后空腔回填砼完成并达到设计强度后，从塌腔边缘后退4m，在横断面拱顶以下150°范围以环向间距为40cm、外插角≤10°、长度为20m 的Φ89mm 中管棚,并在每两根中管棚中间打入外插角为45°、长为6m 的Φ50mm 的小导管，小导管纵向间距为1m，注浆压力为0.7～1.5MPa，浆液为0.5∶1.0（水灰比）的水泥浆固结周边围岩。

(4）开挖掘进必须采用CD 法施工，可采用一侧导坑先开挖到超过塌方段落（初期支护应随挖随支护到设计要求并严格控制超前小导管施工质量），然后视中侧壁稳定情况决定是否对侧壁再进行加固。严格按照“先支护（强支护）、后开挖（短进尺、弱爆破）、快封闭、勤量测”的原则进行，每开挖一榀钢支撑间距应立即按设计要求设置一榀钢支撑并喷锚支护使之形成强度，并加强对初期支护监控量测。

(5)塌方段落支护采用ZDK-2 型复合支护,（ZDK-2 型支护参数：初支厚度为30cm、采用工22b 钢支撑、纵向间距为50cm；二衬厚度为55cm、C30 模筑防水砼、Φ25mm 钢筋、钢筋间距20cm）。二衬施工前应对初支内腔进行测量，以判断初支内轮廓是否侵入二衬，以便及时调整处理措施。

图2 塌方处理段落示意图

6.4 塌方过渡段处理

待塌方区段按上述方法处理完之后，密切注视塌方段的断面变化，加强监控量测。该区域之后5m(YK2+180～YK2+185)范围内，塌方段超前支护的Φ89mm 中管棚和超前小导管伸入此过渡段，进行加固固结，为保证过渡段的施工质量和安全，过渡段也延用了ZDK-2型复合支护。

7 施工中注意事项及要求

（1)施工现场应加强洞内塌方影响区的监控量测和超前地质预报，量测断面每3m 设置一个且不少于3 个。

（2)塌方段开挖初支完成后，应对塌方体围岩加固的情况进行地质雷达扫描检查，洞周6m 范围内不得存在空洞和松散体。

（3) 应加强安全质量管理工作，确保施工安全和工程质量。

8 结束语

本次隧道塌方后，制定了以上处治方案并严格实施，取得了良好的效果，施工过程未发生一起安全事故，保证了施工安全。塌腔回填密实无孔洞，不留后患，保证了永久工程质量。仅用一个月的时间塌方处理全部完成，缩短了预期的工期，节约了工程成本。塌方处理完成后，经过两个月的监控量测反馈的信息分析，整个塌方区结构已趋于稳定。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范.

[2]JTG/T F60-2009,公路隧道施工技术细则.

[3]JTG D70-2004,公路隧道设计规范.

[4]李小青.隧道工程技术,2011.