复杂地质条件下隧道塌方涌水处理技术措施★

代成良 王斌元 程朝博 庞旭卿

(1.华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司，西藏 拉萨 850000； 2.德阳宝莱坞建设工程有限公司，四川 德阳 618000；3.中国水利水电第九工程局有限公司，贵州 贵阳 550081; 4.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

隧道塌方事故在隧道施工过程中较为常见且高发，易造成安全事故、工期延误、经济损失等后果，隧道塌方事故的预防与处治成为隧道施工的关键环节。塌方的处理是工程抢险，需要工程人员快速提出针对性方案，尽可能缩短塌方处理的时间，避免产生二次塌方，保证人员安全[1-7]。本文以某大跨隧道洞口段产生的塌方涌水为例，详细分析了塌方产生的原因，给出了塌方处理方案，达到了预期的目标。

1 工程概况

某公路隧道地质条件复杂，全长2 114 m，埋深约为350 m。洞室左侧岩体发育三组裂隙，裂隙相互切割构成不利组合；洞室右侧裂隙发育，岩体结构呈碎裂状结构完整性差。隧道塌方掌子面为薄～中层状石英片岩，掌子面核部存在一条宽约3.6 m～4 m断层破碎带，围岩自身稳定性非常差。开挖后掌子面中部及右侧渗漏水由点滴状出水发展为线状出水，掌子面左侧拱部忽然出现间歇溜塌并伴有泥浆流出。

2 隧道塌方原因分析

根据现场详细勘查分析，该段围岩稳定性非常差，隧道右侧拱脚出现一条宽约3.6 m～4 m破碎带，自拱脚小角度与轴线相交，向顶拱延伸。开挖至塌方所处掌子面时，破碎带延伸至左侧顶拱，由于破碎带内充填松散土、石屑夹块状碎石，充填物无胶结性，加上连日的持续降雨影响，在地下水渗入作用下造成围岩断层破碎带充填物持续溜渣垮塌，进而引发大的垮塌，造成支护拱架受损，掌子面位置形成较大空腔。此次塌方原因主要是由于不良地质破碎带加上地下水的影响造成的。

在溜渣间歇期间，现场组织完成拱架安装2榀，然后施工了锁脚锚杆。次日凌晨，溜塌持续加大，造成较大塌方，掌子面超前锚杆全部掉落。为防止塌方影响段塌方，现场决定立即对隧道掌子面及塌方影响变形段采取堆渣反压应急处置措施，填渣反压掌子面至隧道拱顶封闭塌口，约束塌方持续塌方。并在现场立即组织召开了隧道塌方处治专题会议，确定了隧道塌方处治方案。隧道塌方影响示意图见图1。

3 塌方处理方案

3.1 塌方影响段加固措施

1)注浆加固破碎岩体。该段右侧边墙(靠山侧)至左侧拱架位置采用注浆小导管φ 42×4 mm(L=4.5 m)进行固结破碎带围岩，注浆小导管沿两榀拱架间垂直岩面设置，间排距1 m×1 m,梅花形布置(见图2)。小导管尾端30 cm不设注浆孔，前端按照纵向10 cm间距设3排直径为φ 8 mm的梅花形注浆孔，注M20水泥浆，限量注浆，单根小导管平均注浆量按照注P.O42.5水泥量250 kg/根控制，水灰比1∶1。注浆施工应自下而上、跳孔进行，注浆压力0.3 MPa～1.0 MPa。现场采取相应措施确保注浆质量。

2)增加锁脚锚杆加固拱架。在钢拱架拱脚及拱腰位置两侧位置分别增加两根自进式锁脚锚杆(φ 25,L=4.5 m)锁固，每榀拱架共计8根。通过锚杆锁固，提高拱架受力，增强与围岩连接，防止变形。

3)喷混凝土补强拱架支护体系。在原拱架支护内侧铺设环向Φ8×纵向Φ8钢筋网(间距20 cm×20 cm)，设置Ф22纵向连接筋，环向间距100 cm，然后喷射C25钢纤维混凝土(厚度10 cm)进行整体补强。

4)排水孔施工。在隧道初期支护加固完成，在破碎带渗水部位按2排间距2 m径向设置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔。

5)临时支撑设置。该段加固施工前，根据现场实际情况在隧道中间部位置采用型钢或钢管设置临时竖向支撑，纵向间距2 m，防止过程中拱架可能会出现的二次变形，确保施工安全。临时支撑底部必须落在坚实基础上，上部和拱架焊接。

3.2 塌方影响未开挖段施工

1)支护参数。该段按Ⅴ级围岩(按Ⅴ9.0型衬砌类型)进行施工，对初期支护参数进行调整，具体如下：

超前支护采用双层小导管，采用不同角度的注浆小导管超前固结加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固结拱圈，厚度不小于200 cm；钢架采用Ⅰ18工字钢，间距调整至50 cm；锁脚锚杆由砂浆锚杆调整至自进式锁脚锚杆(φ 25,L=4.5 m)，并增加4根，即上半洞每榀拱架每侧设置4根，共8根；隧道拱部150°范围外系统锚杆由砂浆锚杆调整为φ 42×4 mm(L=4.5 m)注浆小导管(水泥量250 kg/根控制)。超前支护采用双层小导管，采用不同角度的注浆小导管超前固结加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固结拱圈，厚度不小于200 cm；钢架采用Ⅰ18工字钢，间距100 cm；锁脚锚杆由砂浆锚杆调整至自进式锁脚锚杆(φ 25,L=4.5 m)，并增加4根，即上半洞每榀拱架每侧设置4根，共8根；系统锚杆由砂浆锚杆调整为φ 42×4 mm(L=4.5 m)注浆小导管(水泥量250 kg/根控制)，其中顶拱部位150°范围大角度与围岩相交(注浆水泥量350 kg/根控制)。钢筋网环向Φ8×纵向Φ8，网格间距20 cm×20 cm。型钢拱架间设Φ22纵向连接筋，环形间距1.0 m(内外缘交错布置),喷射C25钢纤维混凝土厚25 cm。

2)开挖施工。开挖采用分台阶上下半洞开挖，高度按3 m～4 m控制。由于该段是塌方过渡段，受塌方影响较大，因此采用短进尺开挖(循环进尺0.5 m～1 m),强支护施工(拱架间距0.5 m，双层超前小导管)。

3)超前支护。小角度注浆小导管：在隧道拱部150°范围内设超前小角度注浆小导管(φ 42×4 mm，L=4.5 m/根)，小导管环向间距40 cm，纵向间距100 cm，超前向上外插角5°～10°(见图3)。小导管周壁梅花形注浆孔，注M20水泥浆，注浆量限量控制，注浆压力0.2 MPa～0.3 MPa(参考注浆压力)，平均每根注浆小导管注P.O42.5水泥量250 kg。

超前大角度注浆小导管：在隧道拱部150°范围内设超前大角度注浆小导管(φ 42×4 mm，L=4.5 m/根)，小导管环向间距100 cm，纵向间距100 cm，超前向上外插角45°。小导管周壁梅花形注浆孔，注M20水泥浆，注浆量限量控制，注浆压力0.5 MPa～1.0 MPa(参考注浆压力)，平均每根小导管注P.O42.5水泥量350 kg。

4)排水孔施工。针对隧道渗水部位设置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔，间排距2.0 m×2.0 m。

3.3 塌方段处理措施

1)空腔回填处理。该段隧道顶拱塌方形成较大空腔，对该段进行回填反压封闭塌口，直接采用泵送C20混凝土回填，混凝土回填厚度不小于2 m,回填采取分层进行施工(厚度1 m)，泵送混凝土紧贴现有塌腔岩体。

2)开挖支护施工。该段采用半洞开挖预留核心土法施工，高度按3 m～4 m控制。由于是塌方体和回填反压段，人工采用风镐进行开挖，开挖一榀支护一榀。每循环开挖前，为确保超前支护注浆质量，对掌子面素喷C25混凝土进行封闭，厚度5 cm～8 cm。

3)超前支护。采用双层超前注浆小导管，不同角度的注浆小导管超前固结加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固结拱圈，厚度不小于200 cm。

4)排水孔施工。在隧道初期支护加固完成二次衬砌前，在破碎带渗部位按2排间距2 m径向设置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔。

4 结语

通过对实际案例的总结，在隧道塌方涌水处理过程中需注意如下几点[8]：

1)事故发生后要建立警戒区，避免无关人员进入，有序开展塌方处理工作；

2)应采取措施控制好地表水对塌方部位的影响，做好塌方及影响段的加固，避免发生二次坍塌；

3)第一时间建立测量监控体系，掌握周边收敛、初支应力等监测数据变化情况，及时反馈相关信息，以指导现场事故处理；

4)根据地质、水文情况及现场塌方情况，制定科学合理处理方案，处理措施应以保障作业人员安全为第一要务。