灵秀山隧道塌方处理浅析

邱江杰

(泉州市交通工程规划建设管理处，福建 泉州 362000)

1 工程概况

灵秀山隧道为双洞双线隧道，全长约400 m，左右洞呈分离式，具体布置为小净距到过度。隧道施工采用钻爆法；个别洞口段与Ⅴ级围岩地段；则采用双侧壁导坑法进行开挖作业。由于隧道所处的地质水文条件复杂且不同地段采用的开挖方式存在差异，因此，塌方处理工作开展需从清晰水文地质条件入手，分析塌方灾害发生的原因。

地质方面，经对灵秀山隧道所处环境进行勘察进行分析，发现隧道场地属于剥蚀丘陵地貌，地形起伏程度较大地面坡度在20°～30°之间。此外，隧道区域的覆盖层厚度不大，局部基岩存在裸露现象。水文方面，隧道处在侵蚀的基准面上，且山坡破体较陡。因未有横穿隧道区域的地表水与泉水出露，所以，判断隧道塌方区域地表水匮乏。而地下水，则只是基岩风华带裂隙中的孔隙水，总体水量不高。虽受大气降水与风化裂隙水影响，即向山体附近沟谷中排泄，但隧道场地的富水性仍然很差。

2 塌方情况及原因分析

2.1 塌方情况

在对灵秀山隧道右洞向进口方向掘进过程中，当掘至距进口85 m(YK3+070)处，洞身围岩揭露突变，此段地质原设计勘定为Ⅳ类围岩，但实际开挖揭露情况：洞身底部至中部围岩呈碎块状强风化混合岩状，洞顶呈砂土状强风化混合岩状，碎块状强风化部裂隙发育，易掉块，见少量呈水滴状渗出，砂土状强风化矿物成分风化强烈，除石英长石等外其他矿物已风化呈砂土状、土状，遇水易软化崩解，手搓易散，易发生崩塌。施工单位立即采取应急措施：对已开挖的3.0 m长围岩裸露面及时进行喷射混凝土封闭处理，然后采用V类围岩初期支护措施做钢拱架支护进行架立，但在施工过程中，拱顶出现较大坍塌，致使架立的钢支撑在完成喷射混凝土加固前被砸垮，在拱顶偏右部位、设计开挖轮廓线外形成一个约220 m3的空腔体，坍塌纵向深度约4.7 m，环向长度约6 m，坍塌平均高度约7.5 m。

2.2 原因分析

经对整个隧道塌方实际情况进行分析，发现灾害发生是水文地质环境复杂、施工防范运用不当以及施工工艺不到位等综合原因造成。但起主要作用的影响因素是，不良水文地质条件。当围岩风化严重，岩体破碎，结构较为松散，稳定性差，且水量丰富时，极易出现塌方。具体来说，不良水文地质条件对灵秀山隧道工程建设的塌方影响集中在以下几个关键点：

(1)地质原因

①经对处理隧道塌方深度情况进行实地勘察，发现深度高达21 m。究其原因，虽隧道建设为浅埋隧道，但所处地形条件陡峭，且坡面存在危石、滚石，降低了整个坡体结构的稳定性。再加上，地表冲沟发育，需要人工开挖土石方，对场地地形地形造成了较大程度的破坏。

②该桩号在隧道左洞附近开挖掌子面时，发现一条辉绿岩岩脉斜穿而过。由于岩脉延伸到隧道的右洞，因此，影响了围岩。塌方灾害具体发生的部位处在Ⅳ、Ⅴ级围岩交界地带，即碎块状镶嵌结构，因被层状与多组节理分割形成，所以，岩体较为破碎。开挖作业过程围岩受到扰动失稳，造成了塌方事故。

(2)水文原因

虽然隧道场地富水性不高，但开挖施工阶段受连续降雨气候条件影响，地表水增加，经裂隙成功进入岩体，导致顶板淋水量突增。由此，岩体受地下水侵泡、软化与溶解作用下，稳定性下降并出现了塌落现象。此外，软弱滑动面也受到了地下水变化的影响，强度降低，引发了塌方事故。

(3)施工方面原因

经对施工完成情况进行分析，发现在Ⅳ、Ⅴ级围岩分界面上与设计要求不符，即提前30 m。这是因为，隧道施工建设者并未对所处地质环境进行超前探测，所以，无法按照复杂多变的地质条件来优化施工方案与支护处理参数。具体问题集中在开挖进尺较大，初期支护不及时以及临空面过大，均是导致塌方事故发生的原因所在。

3 塌方处理

处理隧道塌方需在正确认识基础上实现，即明确塌方形成原因情况下优选处理方案。一旦方案不具备科学合理性，不仅现有塌方影响无法得到控制，还会造成不可预计的经济损失与人员伤亡。为此，塌方处理人员应对塌体后方进行巩固处理，而后，在控制周边未出现塌方的围岩，以避免损坏程度扩大。换句话说，就是遵循保证后方安全性原则，着手开展向前塌方处理工作。经对以往隧道塌方事故发生情况进行分析，发现塌方会在1～2 d内趋于稳定。这里的稳定是指，形成自然拱，且除了特殊小块外无大阀内坍塌。处理工作开展，首先，要利用喷射混凝土设备对塌方掌子面进行封闭处理，以使塌穴围岩处于基本稳定状态。而后，当围岩强度达到一定强度后，可通过超前注浆小导管与中大管棚来对塌方地段进行贯穿处理。注浆工作开展，主要目的是固结与加固塌方段，并通过形成管梁结构来承担围岩不同方向的荷载影响。再次，当塌方体固结强度达到预期后，就可在超前支护作用下，着手开展开挖与支护处理工作，直到隧道施工穿过塌方体。最后，需对塌方段进行预留注浆孔处理，并采用泵送方式进行塌腔进行混凝土回填处理。

3.1 处理技术

根据以上原则，结合灵秀山隧道塌方的实际情况，处理方案如下：

(1)往洞内塌体表面喷射20 cm厚的C25混凝土，以封闭稳定塌体。在塌方体坡脚开挖临时排水沟，待塌方体不再有水流渗出时，对YK3+070～YK3+075已经按Ⅳ级围岩支护段落，在拱顶120°范围内增设3.5 m径向φ50 mm小导管注浆补强，间距0.8 m×0.8 m梅花型布置，水泥浆强度C30，水灰比0.5∶1，注浆压力0.5～1.0 MPa，并在拱脚打入锁脚锚杆。

(2)在目前已完成初支YK3+070位置后退3 m(YK3+073)，采取Φ89中管棚(12 m)和φ50 mm注浆小导管(6 m)间距2 m，配合超前支护加固塌腔，拱顶120°范围内施做钢花管，中间内插φ50 mm注浆小导管加固围岩，沿洞轴方向外倾角45°，每2排中管棚之间布设2排小导管，环向间距0.5 m，拱架采用22b工字钢，注浆采用C30水泥浆，水泥浆水灰比(0.5∶1～0.8∶1)，中管棚注浆压力要双控(即注浆压力1～1.5 MPa，注浆量超过预设计1倍即可终止注浆)。

(3)在对空腔部位在管棚及型钢拱架支立完成后，往塌腔泵送C30混凝土。这样就能够在塌腔部位形成超出2 m厚度的混凝土保护层。而后，经预留注浆管处理且达到预期强度后，就可进行下一次泵送作业。当预留泵送管道的空腔内部发挥作用时，应保证长度间隔为2 m，以为后续注浆填充提供条件。完成拱顶塌腔回填作业后，水泥强度应超出70%。值得注意的是，为规避二次塌方问题出现，需对洞内塌方体进行清理。

(4)加快隧道二次衬砌的施工，及早成环，进一步分散塌方对初期支护引起的局部剪切应力。针对下一步向前开挖段落YK3+070～YK3+055按照V类围岩的设计形式进行开挖、初期支护，并采用Z5-1二次衬砌复合支护。

3.2 处理效果

通过对地质情况以及塌方围岩分析，合理设计处理方案，精心安排组织施工，经过半个月抢修，顺利处理完成，控制了塌方的进一步发展，未出现次生塌方。后期监控数据显示，塌方段水平收敛与拱顶下沉值仅分别为9 mm和18 mm，围岩情况基本稳定，说明此方案安全可行，效果较好。

4 结 语

(1)隧道塌方将会给施工带来很大困难和经济损失，因此需在施工前综合考虑各种因素，采取必要的预防措施。业主可以将隧道地质超前预报于清单中以总额报价的形式列专项暂定金，根据实际情况委托有资格的科研或设计单位承担此项工作。通过有效的探测，对可能出现异常地质情况的段落及时变更处理，这样将可以大大地减少塌方事故的发生。

(2)浅埋段隧道受地质、水文等因素影响较大，尤其是砂土状强风化花岗岩浅埋段隧道，受水量的影响更大。围岩含水量急剧变化导致稳定性下降，极易引起突发性塌方。因此，业主应在雨季期间督促监理和施工单位，加强日常监测与现场巡视。