对门坡隧道塌方原因分析及处理施工方案探讨

摘 要：处于复杂地质条件下的隧道施工技术难度大，塌方问题是一直以来困扰着工程技术人员的难题。一旦发生塌方事故，不但影响工期，而且对人员安全和财产损失由一定的影响。本文以对门坡隧道塌方处理为例，从塌方原因、处理方案和技术要求方面进行了探讨。

关键词：隧道塌方；原因分析；事故处理；技术要求

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.270

1 前言

随着我国公路建设的蓬勃发展，很多地质条件复杂施工难度大的地区也开始了公路建设。那么这样的地区的公路建设就有可能遇到各种技术问题，隧道塌方就是最危险也最难处理的其中之一。隧道塌方原因很多， 概括起来归为两类：自然因素和人为因素 。自然因素主要有地质状态、受力状态、水的侵害、瓦斯病害等。人为因素则主要指设计不合理 、施工不规范等。本文以对门坡隧道塌方为例来探讨一下隧道塌方的原因及处理方法，希望对设计施工给予一定启示。

2 工程概况

对门坡隧道位于凤凰至大兴（湘黔界）高速公路第5合同段，起讫桩号K19+243-K19+600，全长357m，设计为连拱隧道。此次塌方发生在左洞，该洞K19+351～K19+381段原设计为Ⅲ级围岩，但围岩节理裂隙非常发育，岩溶发育，岩体溶蚀裂隙风化较深，雨水沿基岩裂隙渗入洞内，岩体破碎，倾角较小，围岩自稳能力差。该段支护于2011年3月18日、3月20日、3月24日，分3次现场会议纪要进行了衬砌类型变更，由原设计的Ⅲ型变更为Ⅳ型。

3 塌方原因分析

2011年3月26日，左洞施工到K19+351里程，围岩受断层及渗水影响，于下午6：00发生塌方，塌方里程K19+351～+381，并压垮K19+353～+381段初期支护28m。经现场查勘：（1）该段里程围岩有两条“正”八字形陡倾角断层位于拱顶左右两侧起拱处，拱顶上9米处岩层面风化强烈，3条结构面大致沿隧道走向延伸。断层缝内有湿粘土充填，滴水成线，断层壁风化严重，受裂隙水浸泡影响，岩性较软，夹有泥质灰岩，致断层面平整光滑有光泽。岩体受节理裂隙切割影响，十分破碎。（2）3月份该地区一直为阴雨天气，大量雨水经岩溶裂隙断层渗入洞内，局部滴水成线，基岩裂隙水在渗透过程中带走部分裂隙断层间充填物，造成岩体间的断开和围岩应力分布的改变。（3）连拱隧道左右洞与中导洞重合，左右洞间距较近。同一断面，在开挖爆破过程中将受到来自左中右的多次爆破扰动。掘进方向左侧断层面沿中墙延伸，距右洞开挖线小于1m，部分地段已侵入右洞开挖线；右洞在爆破开挖过程中又将对左洞该段围岩造成一定的扰动。

左洞K19+351～K19+381塌方后，隧道监控量测单位立即对未塌方段：ZK19+381、ZK19+391、ZK19+395、ZK19+405、ZK19+415、ZK19+430、ZK19+450七个断面进行了连续拱顶沉降观测。根据监控量测数据表明，K19+381～K19+391段初期支护沉降值超出规范要求， 381-385段拱顶喷砼出现环向裂纹。左洞K19+351～K19+381段拱顶相对地表埋深32～42m，经现场查勘，对应地表暂无明显裂缝及沉陷。估测塌方量为： 10m（宽）×9m（高）×30m（长）=2700m3。

4 处理方案

4.1 总体施工方案

为确保隧道左洞施工安全，2011年4月1日，业主、监理处、设计代表、监控量测及施工单位现场会勘决定，对K19+351～+381左洞塌方处理方案如下：

（1）为防止塌方面裸露围岩风化和二次掉块伤人，应尽早对塌方面进行挂网喷砼封闭。施工参数：φ25中空注浆锚杆3.5m，梅花形布置，间距100×100cm；挂φ8钢筋网双层，网格尺寸20×20cm；喷C20砼30cm。施工时先对塌方面进行初喷，再进行钻孔，装锚注浆，并安装双层钢筋网，钢筋网层距20cm。

（2）塌方中较大的石块利用液压破碎锤进行破碎，再采用装载机和自卸汽车配合出渣。被压垮变形段的初支砼利用液压破碎锤进行破碎，工字钢利用人工氧割切断。

（3）K19+351～+381段初期支护采用以下参数： 20b工字钢间距40cm，采用20b工字钢做连接筋（环距100cm）；φ25中空注浆锚杆纵距×环距（40×80cm）；φ8钢筋网采用双层，网格尺寸20×20cm；C20喷砼厚26cm；φ42超前小导管长4.5m，环距40cm，拱顶120度范围布置，每环46根（塌空面不用施做）；在塌空面内沿工字钢纵向施工φ108管棚，长18m，环距40cm，拱顶120度范围内，斜插角度30度，搭接长度不小于4m；在拱圈背面喷2m厚C20砼，以快速形成护拱。

（4）K19+351～+381段二次衬砌参照以下参数：C30钢筋砼拱圈55cm（中隔墙部分为45cm厚）、仰拱45cm；C15片石砼仰拱回填。在塌方空洞注浆回填满后，进行施工。

（5）塌方空洞处理：为稳定塌方围岩，降低右洞开挖到此段里程时的二次爆破扰动，使围岩能长效自稳。空洞内横向、竖向采用20b工字钢支撑坍塌面，梅花形布置，间距200cm。支撑工字钢相互焊接，形成整体。塌方空洞内3m高空间内采用预埋φ150泵送钢管，注M7.5水泥砂浆回填。预埋钢管时应在空洞最高处预埋2根φ108无缝钢管做出气孔使用，2根出气钢管应一高一低错开10cm，并做好标记。为减轻回填方的自重，塌方空洞3m以外剩余空间采用轻质材料木材、木屑回填。

（6）K19+381～K19+391段围岩处理：为确保围岩长效自稳，及施工人员处理前段塌方时的安全。对K19+381～K19+391已支护段进行围岩注浆固结，施工采用长4mφ42注浆小导管注水泥浆，梅花形布置，间距100×100cm 。为防止该段围岩在注浆过程中，受注浆压力影响，造成原初期支护变形加大。应先对K19+381～K19+386段5m增设20b工字钢一层，作为保护支撑，间距100cm。该层工字钢在作为永久支护，在二次衬砌拱圈施工时，浇筑到拱圈砼内。

（7）派专人对洞内及地表情况进行值班观察，发现初支开裂变形及地表裂缝或沉陷，应马上撤离人员并及时上报。监控量测人员加强对洞内拱顶的沉降观测及塌方段对应地表的沉降观测，及时分析观测数据，指导施工。

4.2 施工顺序

塌方段的处理应先对压垮变形初支进行拆除，再重新施工初期支护和塌方空洞处理。本着“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，对塌方段采取逐段挖除清理变形初支，再逐段施工变更初支的方案进行，每次施工长度为3m。

（1）先对K19+381～K19+386段5m增设20b工字钢一层，作为保护支撑。再对K19+391～+381段进行注浆固结岩体，使围岩能够自稳，联结成整体。让后续进洞处理塌方段施工人员得到安全保障。

（2）利用开挖台车架，对塌方面进行挂网喷砼支护，防止塌方面裸露围岩风化和二次掉块伤人。让后续进洞施工初期支护的人员得到安全保障。施做φ108管棚。

（3）按照变更要求进行初期支护施工。采用C20喷砼施做2m厚护拱，以快速保护初期支护和分散围岩应力。采用20b工字钢支撑塌方面。对塌方空洞内注砂浆和木材、木屑回填。最终形成围岩自稳。

4.3 技术要求

（1）塌方区的清理采用机械施工，对塌方中较大的石块和被压垮变形段的初支砼利用液压破碎锤进行破碎敲除，严禁使用爆破方式。工字钢利用人工氧割切断。塌方石方和压垮段初支拆除施工应预留核心岩渣，逐段挖除，逐段清理，逐段支护，依次循环推进。

（2）K19+381～K19+386段5m增设20b工字钢一层间距100cm，φ22钢筋纵向连接，作为加固支撑。并与原初支工字钢焊接牢固，拱架拱腰及拱脚处设置φ25锁脚锚杆。工字钢接下台阶拱脚处采用加长钢板。

（3）K19+381～K19+391段注浆采用注纯水泥浆（W/C=1.0），注浆压力0.5～1.0Mpa。设计配合比以试验监理工程师批准为准。注浆时，应对注浆管进行编号，对每个注浆孔的注浆量、注浆时间、注浆压力作出记录，以保证注浆质量。

（4）φ108管棚外插角30度（相对于洞轴线），方向：与路线方向平行。尾部焊接在工字钢拱架上，前端深入围岩4m，采用锚固剂与围岩粘接牢固。隧道纵向同一横断面上的接头数不得大于50%，相邻钢管的接头至少需要错开1.5m。

（5）φ25中空注浆锚杆用注浆泵压注浆液，水灰比为1：1，注浆终压为0.5～1.0MPa，压力稳定时间为1～5min；注浆量达到设计要求或注浆压力达到设计要求并保持10分钟，可以结束注浆；注浆后，浆体强度未达到设计要求前，不得扰动小导管；锚杆尾端必须焊接在钢架上。在安装锚杆垫板时应确保垫板与锚杆垂直，并与初喷混凝土面密贴紧压。

（6）预埋注浆钢管采用φ150泵送钢管，每3m预埋一根，在空洞最高处预埋2根φ108无缝钢管做出气孔使用，2根出气钢管应一高一低错开10cm，并做好标记。

5 结语

隧道施工过程中， 应认真调查不良地质及水文地质条件，根据实际情况做好合理支护，选择安全合理的施工方法 ，落实“先排水、短开挖、弱爆破 、强支护、勤量测”的施工原则 ，加强对围岩的监控量测 ， 发现征兆应高度重视 ，及时采取有力措施。

参考文献：

[1]方宏.规避隧道施工风险的措施探讨[J].交通标准化，2010（18）.

[2]温晓强.公路隧道施工风险评估与安全管理控制[J].山西建筑，2011（34）.

[3]曹文贵，翟友成，张永杰.新奥法隧道施工风险非线性模糊评判方法[J].土木工程学报，2010（07）.

[4]方宏.规避隧道施工风险的措施探讨[J].交通标准化，2010（18）.

作者简介：郭嘉（1983-），男，硕士，讲师，研究方向：交通土建。