某浅埋大跨隧道塌方处治方案

杨 际 宇

(中铁一局集团有限公司，陕西 西安　710000)

1　工程概况

某隧道为国高网上的一条短隧道，采用双向六车道、120 km/h的建设标准。隧道左线长495 m，右线长452 m，采用小净距的布设形式。隧道单洞建筑限界净宽×净宽=15.5 m×5 m，考虑经济性及结构受力的特点，隧道主洞采用三心圆、曲边墙形式。隧道主洞采用R480 cm,R880 cm的三心圆净空断面形式，设仰拱净空断面面积为133.7 m2，其建筑净空断面见图1。

2　建设条件

隧道进口段围岩主要为碎石及强风化石英砂岩，碎石结构松散，抗冲刷能力差。强风化石英砂岩节理裂隙发育，岩体破碎，围岩自稳能力差，无支护时拱部易坍塌，侧壁易失稳。集中降雨状态下洞室内呈淋雨状出水。根据地勘报告，隧址区有明显地表水体，地表径流条件一般，需注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用。

本隧道穿越的地层主要为碎石土，碎石土中含水量较大，分布厚度1 m～8 m。下伏基岩上部为石英砂岩，主要为全～强风化岩。隧道进口段采用SⅤ-a型衬砌，其支护参数如下：初期支护采用30 cm厚C25喷射混凝土，22b工字钢间距为50 cm，双层钢筋网；二衬采用60 cm厚C30钢筋混凝土。

3　隧道进口端右线塌方概况

起初隧道进口仰坡、洞顶坡面、拉槽路堑坡面等部位出现不同程度变形开裂情况，半个月后，隧道进口地表裂缝进一步发展，其左线右侧拉槽路堑坡面局部出现裂缝，裂缝主要以纵向和斜向为主。期间施工单位实施了洞内注浆和地表注浆等补救措施，但效果不佳。

至裂缝出现的第28天，隧道右线YK21+265处初期支护变形突然变大，横撑被压失稳、掉落、喷射混凝土裂缝变宽，塌方体进入隧道逐渐填满整个隧道，同时在地表形成塌方漏斗，漏斗最宽处直径约30 m，此时右侧山体也出现多条宽裂缝。右线YK21+265处隧道埋深18 m，左右线之间的净距为22 m。

4　隧道进口端右线塌方原因

进口端从地形上看位于斜坡地带，总体上右线埋深大，左线埋深小，属于偏压地段。地表植被丰富，覆盖层也较厚。施工单位先开挖了左线的路堑边坡和明洞边坡。

1)冒顶处隧道埋深18 m，属浅埋隧道。隧道上覆土层为碎石土，渗透系数大，在雨水渗入后，其物理力学指标降低，自稳能力差，导致隧道拱顶土压力增大，初期支护先开裂，后被压溃，导致塌方冒顶。

2)由于地形偏压的存在，导致左右线进洞桩号不统一，右洞塌方处，由于左线的边坡已开挖，无法为其提供有效的侧限，导致了塌方的加剧。

5　隧道进口端右线塌方处治措施

塌方发生后，各参建方积极响应，制定了一整套处治方案，处治方案分应急措施、洞内处理及地表处理，确保处治方案的可靠性和及时性。

5.1　应急措施

塌方发生后，第一时间处治方案的及时性和有效性关乎整个塌方处治方案的成败。应急措施的时候应及时有效，以防止塌方进一步的发展。塌方发生后，采用的应急措施如下：

1)采用背拱措施。

对变形段处增设拱架加固，可抑制变形的进一步发展。右线隧道加设Ⅰ22b工字钢支撑护拱，间距50 cm，加设范围纵向15 m，拱架共计30榀，具体的处治措施如图2所示。

2)径向注浆。

塌方后初期支护背后的岩土体自稳性差，局部含水量高。对隧道内塌方所受影响段初支采用φ42钢花管，管长3.5 m，垂直岩面打设并注浆加固，具体的处治措施如图2所示。

3)塌方段左右线净距为22 m。

根据监控量测数据显示，右线塌方期间，左线隧道拱顶沉降与内侧的侧壁收敛明显，为减小塌方对左线隧道的影响，左线隧道已开挖的左、右两个侧壁加设临时横撑，以提高初期支护的承载能力。加设范围左右侧壁各10 m，采用Ⅰ20b、纵向间距为1 m的工字钢。

4)由于左右线净距较小，隧道施工影响范围相叠加、塌体区域相贯通，应整体考虑左右线塌方处理方案[1]。本隧道存在一定的偏压，左线已拉槽段(尚未实施明洞衬砌)加剧了偏压对隧道的影响。塌方发生后，及时对左线拉槽路基回填，回填长度60 m，恢复为原地面高度。

5)对坍塌区覆盖彩条布，以防地表水渗入。

5.2　洞内塌方体处理及开挖支护

采用的处治方案如下：塌方发生后，不建议即刻清方后掘进，首先应采用一定的措施防止塌方体的进一步扩大。

1)隧道塌方后，初期支护被压垮，塌方体填满隧道，纵向长约10 m，塌方口的面积约为5 m2。塌方后，若贸然清方，会进一步牵引上方的塌方体下滑，增加塌方体的方量。经过讨论决定，首先对塌方体进行加固处理，加固的方式采用钢花管注水泥浆液。当塌方体含水量大时，注水泥—水玻璃双液浆。同时设置φ42钢花管排除塌方体中的水，要求增加花管打眼的密度，外部裹无纺布，作为排水管。

2)对已变形侵限的拱架逐榀拆除后施作，对塌方口拱架重新施作，施工前需采用长12 m的φ76钢花管作为超前支护，依次开挖，施作拱架，以确保安全。原设计该段超前支护采用单层小导管，现变更为双层小导管。

3)采用双侧壁导坑法开挖坍塌土体，加强洞内及地表的监控量测，确保洞内的施工安全与结构的稳定。

5.3　地表处理

1)采用喷锚支护处理漏斗段[2]:坡面挂设φ8钢筋网后，喷射15 cm厚C25混凝土，然后采用4 m长φ25砂浆锚杆加固坡面。

2)对裂缝采用黏土回填，要尽量提高黏土的压实度。

3)采用塌方漏斗采用碎石土分层回填，逐层压实，要求回填后的地面略高于四周地面。回填完成后在四周设置截水沟集中引排地表水。

4)回填结束后，对漏斗区采用φ50钢花管注浆(钢花管间距1 m×1 m，呈梅花形布置)，平均长度为5 m。

5)为确保整个山体的稳定和隧道的结构安全，在左右线之间设置抗滑桩加固(人工挖孔桩)，抗滑桩横断面2.0 m×3.0 m，桩长25 m～30 m，纵向间距6 m，一共设置了15根抗滑桩。考虑到左线路基边坡已坍塌过，后期对坍塌的边坡采用明洞方案以提高结构的稳定性。

6　结语

塌方发生后，施工单位按上述方案进行了处治，用时3个月，确保了本隧道的按期贯通。现隧道已运营3年有余，表明了处治方案是有效、合理的。

1)塌方的发生往往会有一定的征兆，对于穿越不良地质的大跨段浅埋隧道，塌方的风险很大，施工中应切实加强监控量测，当量测数据超标时，应立即启动预警机制，及时采取应急措施，以避免造成安全事故及更大的经济损失。

2)塌方发生后，应急措施应及时并有效，主要目的是防止塌方的进一步加剧，可采取及时反压回填、初期支护背拱，径向注浆等手段。应急措施采用时，应确保工作人员的安全。

3)洞内处治后换拱和开挖风险最大，需采用强大超前的支护措施，并逐步挖除。换拱前需采用径向注浆加固。

4)塌方发生后，需在塌方漏斗周边设置截水沟，并及时回填漏斗，回填应略高于四周地面以方便地面水的排泄。