大断面千枚岩隧道塌方处治施工技术研究

李长林

(中国路桥集团西安实业发展有限公司，陕西 西安 710075)

0 前 言

隧道塌方的预测和处理技术研究一直是隧道工程的一项较难的科研课题,但目前国内外针对大断面千枚岩隧道塌方处理的研究却较少，没有成型的大断面千枚岩隧道塌方处理技术可以参考和借鉴。塌方是隧道施工过程中常见的工程地质灾害之一，一旦发生往往造成重大经济损失和人员伤亡。如果在塌方段施工技术选择应用不当，会导致塌方范围和经济损失进一步扩大，同时会导致工期出现延误，而且会大幅提高塌方处理的工程费用。查阅国内外相关文献，葛正辉等[1]、徐自享等[2]、张强[3]、曹海明等[4]人介绍千枚岩隧道塌方原因，同时邓嘉伟[5]、张东星[6]、陈人豪等[7]人对千枚岩隧道塌方预防和处理施工技术进行介绍。

在隧道塌方处理过程中，针对围岩主要为强风化千枚岩，岩体极易破碎，围岩自稳能力较差，无支护时拱部易坍塌。千枚岩的特性为遇水后软化为粉末状或泥化呈淤泥状，导致围岩稳定性特别差，容易引发隧道塌方等工程病害。

1 技术原理

针对隧道塌方地段采用土方回填进行稳定，在上部空洞部位打设钢管进行加固，同时注入轻质混凝土，减少后期围岩压力，提高整体稳定性。对地表下沉裂缝范围外侧布置截水沟，对上部设置防水雨布进行覆盖。在塌方处置过程中设置定型型钢对塌方附近进行加固，同时采用专用仰拱施工机具加快仰拱施工速度。对塌方附近20 m范围内进行注浆加固。开挖过程中采用双层小导管进行注浆加固。洞内二衬加快施工进度，同时加大塌方地段二衬结构强度。洞内二衬施工强度达到标准后，对地面进行回填，同时采用注浆加固对土体进行加固处理。在塌方处理过程中，采用监测手段对塌方地段进行监测，通过监测数据情况对塌方处理方案进行调整。浅埋强风化千枚岩隧道塌方存在一定季节性规律，雨季和雨季后因围岩含水量变化导致围岩变化，易引发塌方；强风化千枚岩隧道施工时导洞与主洞掌子面距离不宜过大，应控制在10 m以内为宜，以争取及落底施做仰拱早成环，保证合理受力；塌腔处理时应尽量采用轻质混凝土将塌腔充填密实，在减少顶部荷载的同时避免塌腔扩大引发次生塌方。

2 工艺流程与操作要点

2.1 工艺流程(见图1)

图1 施工工艺流程图

2.2 操作要点

2.2.1 施工准备

1)认真审核相关地勘资料，在特殊情况下可以针对前方地质情况进行探测，通过超前地质预报，可以及时预报掌子面前方不良地质情况，以便提前采取有效措施，减少直至避免地质灾害的发生，确保隧道施工的安全。

2)做好材料储备工作，为塌方处理提供材料支持，防止因为材料原因造成塌方处理施工中断，影响塌方体的整体稳定性，造成塌方处理范围扩大。

2.2.2 塌方体封闭

采用喷射混凝土对塌方体进行封闭，同时防止掌子面塌方涌出松散体。

2.2.3 回填土方反压

在洞内采用土方回填进行稳定塌方体，用洞碴堆填反压形成塌方处理施工平台。

2.2.4 塌方体地面处理

对地表下沉裂缝范围外侧布置截水沟，对上部设置防水雨布进行覆盖。

2.2.5 洞内增设临时支撑

在塌方处置过程中设置定型化型钢对塌方部位附近的初期支护结构进行支撑加固，提高塌方体附近的支护结构的支护强度，减少二次灾害的发生。

2.2.6 空洞处理

在塌方体内顶进长度2～9 m的Φ108×6 mm钢管，环向间距设置为50 cm，并在钢管上设置注浆孔方便注浆。采用Φ50×5 mm小导管进行加固处理，环向间距为100 cm、纵向间距为50 cm，与管棚一起依长短分批次间隔注浆加固；在施做管棚与小导管时在顶部塌腔内埋设2～9 m不等的钢管，用作泵送混凝土，泵送混凝土采用轻质混凝土以减少顶部压力。

2.2.7 初支加强处理

从塌方段面向洞口方向范围内，对塌方体附近的初期支护结构设置临时钢支撑进行加固处理，防止结构变形进一步扩大。加固方式：在原初支结构内部设置I20b工字钢60 cm间距与原初支错开布置进行支撑加固。

洞内开挖时，每隔一榀拱架，左右侧拱腰处各增设5根注浆锚管(即每榀增设10根小导管)、间距100 cm,梅花形布置于拱架两侧，小导管规格为Φ50×5 mm钢管，钢管安装过程中要与钢架焊接牢固，导管安装完成后，要及时进行注浆，提高塌方体整体稳定性，导管内注浆应饱满、密实。

2.2.8 二衬加强处理

二衬混凝土强度由C25变更为C30，衬砌钢筋主筋由Φ22 mm变为Φ25 mm；即采用V塌方复合式衬砌形式(见图2)。

图2 加固型衬砌结构图

2.2.9 地面处理

对地表下沉裂缝范围外侧布置截水沟，下陷部位进行回填。在隧道塌方地表范围按隧道线路向两端各延长5 m，左右开挖断面范围各延长3 m范围内注浆，采用FL100型潜孔电动钻机(Φ70钻头)钻孔，孔位布置按200 cm×200 cm梅花型布置，孔深从地表至洞顶范围内，从地面打孔安装注浆管，导管加工时前端部分做成尖锥形以方便打入。

在地表采用2TGZ-120/105型双液调速高压注浆泵从周边裂缝至中间注浆，先边缘孔再中间孔，注浆采用间隔、间隙式注浆，注浆量按空隙比及注浆压力双控(水灰比为1∶1，水泥采用P.042.5R)：中部区域(地表塌陷范围外2～5 m)内单孔延米注浆量不大于1.696 m3，注浆率5%；中部至区域(隧道范围外4～6 m)范围内单孔注浆量不大于0.42 m3，注浆率20%；当注浆压力达到2.5 MPa时停止注浆。

塌方体处理完成后需要采用雷达对填充效果进行检测，如发现塌方体中出现空洞现象须增加注浆孔进行注浆处理，确保塌腔密实，杜绝后患。

2.2.10 监控量测

隧道塌方处治过程中，要注意周边天气降水情况，针对千枚岩隧道受雨季地表水影响大，围岩稳定性变差的特点，同时由于隧道围岩对变形、沉降的要求较高，监控量测的过程和数据及时处理极为重要，因此，必须安排专人对现场地质情况和支护状态的安全稳定情况进行观察并及时反馈，做好地表沉降量测工作，及时掌握在塌方处理过程中支护结构的稳定状态，并做安全预警。根据施工过程中所得到的现场监控量测资料，对围岩稳定性和处理方案进行分析，确定合适的施工方法进行塌方处理，必要时改进施工方案，以确保塌方处理的安全进行。

进行监控量测数据分析时，如出现数据不正常或突变，当洞内初期支护表面或地面出现裂缝时，均应视为坍塌的危险信号，现场人员必须立即撤离施工现场，经现场处理完成达到可以安全作业后才可以进入现场继续施工。在塌方处理过程中，采用监测手段对塌方地段进行监测，通过监测数据情况对塌方处理方案进行调整，提高塌方处理过程的安全性。

3 结 论

本技术应用于国家高速公路G85渝昆高速公路昭通至会泽段改扩建工程第8标段等多个工程项目，取得了良好的经济技术效益。

1)隧道塌方地段采用土方回填进行稳定，在上部空洞部位打设钢管进行加固，注入轻质混凝土，减少围岩压力，提高整体稳定性，提高施工效率15%。

2)塌方处置过程中设置定型型钢对塌方附近进行加固，同时采用专用仰拱施工机具加快仰拱施工速度，节约工时20%。

3)塌方处理过程中，采用监测手段对塌方地段进行监测，通过监测数据情况对塌方处理方案进行调整，与传统施工方法相比综合节约成本13%左右。

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