特长隧道施工塌方处理技术措施

周金邦

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550003)

1 工程概况

春天门特长隧道为分离式+小净距组合式隧道，总长6 473 m，隧道主洞内轮廓拱半径为5.55 m、曲墙半径为8.50 m，净空面积为65.65 m2；紧急停车带内轮廓为五心圆曲边墙结构；车行横通道建筑限界净宽6.5 m，净高5.0 m，衬砌内轮廓为拱高6.7 m的五心圆曲边墙结构。

围岩为侏罗系中统沙溪庙组、新田沟组、中下统自流井组、下统珍珠冲组、三叠系上统须家河组、中统雷口坡组、下统嘉陵江组、飞仙关组，岩性为灰岩、泥岩、砂岩、页岩等。不良地质为岩溶及岩溶水、瓦斯、断层、腐蚀性地下水、膨胀性围岩等。

2 隧道塌方原因分析

2.1 不良地质及水文地质条件

(1)隧道穿过断层及其破碎带，或在薄层岩体的小曲褶、错动发育地段，一经开挖，潜在应力释放，围岩失稳，就将引起周边围岩塌方。

(2)在裂隙特别发育的地段，挤压破碎带、软弱岩脉穿插带等破碎结构地层中，相互挤压的岩块在开挖后将会失稳。

(3)岩层软弱相间的地层、有软弱夹层的围岩，在地下水作用下使开挖后的岩面强度大大降低，失去自稳能力而引起塌方。

2.2 隧道设计因素

(1)隧道选址时，地质调查不详细，对不良地质认识不到位，以及缺乏详细的地质及水文地质资料，造成施工方案制定失误。

(2)对不良地质条件下施工预先支护、加固方案设计不合理，导致施工过程中因支护强度不足而引发塌方。

2.3 施工方法和措施不当

(1)因地质条件不明或施工方案编制人员缺少相应经验导致所选用施工方法与地质条件不相适应。

(2)在施工过程中遇到地质条件发生变化需要变更支护方案或施工方法时，未及时变更施工方法。

(3)初期支护施工不及时，支撑架立不合要求。初期支护是充分利用围岩自身稳定性、防止隧道塌方的一种技术措施，其施工不当将导致围岩累计变形过大而发生塌方。

(4)隧道开挖后必须及时初喷混凝土，封闭围岩、减少变形，使开挖轮廓线周边围岩变形逐步稳定。开挖后地层暴露过久，引起围岩松动、风化，自稳能力丧失而发生塌方事故。

(5)高速公路山体隧道一般采用钻爆法开挖，爆破用药量过大引起地震效应可能促使已经实施初期支护的位置发生坍塌；

(6)监控量测是隧道新奥法施工中的重要一环，施工过程中未及时量测，或在量测数据变形异常时未采取有效措施，已完成初期支护部分可能因变形过大发生塌方。

(7)围岩开挖后需对侵入开挖轮廓线以内的孤岩和松动的危岩进行处理，处理方法不当将人为的造成塌方。

3 隧道塌方的前兆

(1)水文地质条件变化，如干燥的围岩突然出水、地下水突然增多、水质由清澈变浑浊等；

(2)拱顶不断掉块，甚至较大的喷混凝土块掉落，预示围岩即将发生塌方；

(3)支护变形(拱架接头挤偏或压劈、喷射混凝土出现大量裂纹或剥落等)、敲击发声清脆等；

(4)喷锚支护的水平收敛率大于0.2 mm/d、拱顶下沉量大于 0.1 mm/d并持续增大。

4 隧道塌方预防措施

4.1 先排水

在施工前和施工中都要采取相应的防排水措施，尽可能将隧道外的水截于隧道之外，特别是软弱岩层和岩石破碎地段。

4.2 短开挖

短进尺，各部开挖工序间的距离要尽量缩短，以减少围岩暴露时间。

4.3 弱爆破

破碎岩层尽量用风镐等人工开挖，必须爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制用药量。

4.4 快、强支护

每步开挖后要及时进行初期支护，针对地压情况，确保支护结构有足够的强度。

4.5 快衬砌

衬砌工作须紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成环。

4.6 勤检查、勤量测

加密监控量测频率，发现围岩变形或异状，立即采取有效措施及时处理隐患。

5 隧道塌方处理方法

5.1 做好预报调查

在处理已发生的塌方前，应详细调查塌方范围、形状、塌穴的地质构造，查明其诱发的原因和塌方类型，然后据此再确定塌方处理方案，其目的是初步判断塌方的可发展性。塌方必须等待塌腔稳定之后才可进行处理，否则安全隐患过大。

5.2 防止塌方扩大

(1)对塌方范围内顶部与侧壁的危岩及裂缝，抢先清除或锚固；

(2)加强原有支护，如采取周边注浆加固2～4 m，在支护内径采取工字钢拱架加固措施等；

(3)对塌体表面立即进行喷射混凝土封闭(增加速凝剂掺量)，塌穴内在保证安全的前提下尽量喷射混凝土封闭；

(4)加快衬砌，对塌方两端尽快局部衬砌，以保证塌方不扩大。

5.3 处理塌方

(1)如塌方体积较小，且塌方范围内已进行喷锚或已架设了较为牢固的支撑时，可由两端或一端先上后下逐步清除塌方，清除时注意观察拱顶及周边的围岩有无变化的可能，避免二次塌方。随挖随架设临时支撑，临时支撑必须紧挨塌腔面。如塌体稍大，不能完全保证不出现二次塌方时，不要清除塌体，在塌体上先对拱顶进行临时锚喷支护、钢拱架支撑或进行模筑混凝土作为临时支护，在保证安全的情况下再对拱脚欠挖处理，进行刚性支护。

(2)如塌方体积较大，因塌体堵塞无法进入塌方范围进行支护时，可采用长管棚或注浆加固塌体，待其稳定后，按照“短进尺、弱爆破、早封闭”的原则挖开塌体，并尽早衬砌，有时为了减少塌腔的暴露时间，支护可采取一次性模筑混凝土进行封闭。塌方段围岩整体性较差或富水时，还应对该段围岩进行预注浆加固处理。

(3)如塌方冒顶，在处理塌体前应先支护陷穴口，锚喷封闭洞穴周围岩面，避免洞内二次开挖塌体时，上顶二次坍塌。地质条件较差时，还应该对陷穴口周边地表进行打设锚杆或地表注浆加固措施。地表周围及陷穴口上空要做好防排水措施，避免雨水进入塌腔内软化围岩。如果塌腔顶部地表埋深非常浅而且塌腔比较大时，可视情况将地表挖开进行明处理。

(4)一般塌方段的支护和衬砌需加强处理，模筑衬砌背后与塌腔周壁间必须采取紧密支撑。塌方衬砌背后空洞的处理，当塌方较小时，可采用浆砌片石或干砌片石回填密实。当塌腔较大时，可用浆砌片石回填，厚度宜为2 m，其上空间采用钢支撑等顶住稳定围岩。当塌方冒顶时，要根据上顶回填炉渣及土的荷载确定支护及模筑衬砌的类型，待达到设计强度后再进行冒顶回填(一般采用轻质材料如炉渣)，填至距地表1～2 m后用黏土封层防水，封层要高出原地表50 cm左右，回填及封层要夯填密实，防止塌陷浸水。

(5)处理塌方的同时，应加强防排水工作。塌方往往与地下水活动有关，治塌先治水，防止地表水渗入塌体或地下；引截地下水，防止渗入塌方地段，使塌方扩大。

6 结 论

塌方是隧道施工过程中常见的事故，也经常造成人员伤亡和经济损失，并对后续工作造成非常不利影响。为避免塌方事故，隧道工程在设计阶段应有详细的地勘资料，并对不良地质做足够的加固设计；在施工阶段应采取与地质条件相适应的施工方法，并做好施工监测，在发现变形异常时及时采取有效措施处理或及时撤出人员、设备，将损失降到最低。同时，也应积极研究新理论、推广新技术、新材料、新设备，尽一切可能确保隧道施工安全。