浅埋山岭隧道软岩段塌方原因分析及处理技术

陈文龙

（中交一公局第五工程有限公司， 北京 100020）

0 引言

浅埋山岭隧道工程建设务必要保证软岩段稳定性，现场组织施工如果缺乏稳定性，不仅会延长工期，还有可能会导致后期塌方。所以对于隧道软岩段的施工，应该要提前进行判断，以免发生形变、塌方等事故。如果浅埋山岭隧道软岩段塌方处理不当，不仅会对施工人员人身安全带来极大的危害，还有可能会导致二次危害，所以总结分析软岩段塌方原因是非常必要的。

1 浅埋山岭隧道软岩段塌方处理必要性

隧道塌方在我国隧道工程建设中，属于高发事故。一般浅埋山岭隧道施工多采取矿山爆破法，由于开发环境比较单一，爆破法本身存在有害效应，但这种效应并没有得到足够的重视[1]。爆破安全规范中要求，现场施工采用测震仪等专业设备，隧道经过软岩伴生粉砂黏土类地层之后，产生的隧道变形量、振动速度控制指标等均会异常升高，从而引发掌子面局部冒顶坍塌。围岩压力超过了初期支护抗力后会直接导致塌方。针对隧道进行监控量测了解到软岩段状态，如果发现有塌方可能性便会及时预警，预判二次衬砌的施工时间[2]。但是工程地质处于变化状态，提前制定监控量测方案并不能完全符合现场施工需求。所以，根据浅埋山岭隧道软岩段塌方事故的分析，应该与现场实际情况充分结合，加强塌方事故处理的灵活性。

2 浅埋山岭隧道软岩段塌方原因

监测软岩偏压段，需要针对地表沉降、水平收敛、拱顶沉降、掌子面地质素描进行。为了保证支护体系稳定，重点要监控量测拱顶沉降与水平收敛，一般会采用了徕卡全站仪和反射片，测定之后可以确定土质类型。在得出数据后，可以判断发生大面积塌方事故的可能性。一般塌方之前掌子面开挖结束需要架设拱架，装载车负责拱架运输，在隧道一侧的拱架有可能会因为失稳导致折断，后期一些松散岩体开始冒落，这是导致塌方的根本原因[3]。当发生了塌方事故之后，施工人员马上组织撤离，而且要将机械设备撤离现场，时刻观测是否有后续再次坍塌的可能性。

总结导致塌方的原因，包括地质条件、现场施工、监控量测这3 点，具体分析如下：

（1）地质条件。塌方段围岩等级不高可能出现超前地质预报，然而最终预报结果并不会得到关注，加上施工时可能会受到降雨、地下水等因素的影响，致使强风化岩体出现砂状松散现象，预留保护层受到挤压便增加了拱架承受压力，以致形成塌方。

（2）现场施工。浅埋山岭隧道施工过程中，上台阶单循环、总装药量等经过爆破测震仪检定，整体施工方案欠缺精细度，例如掏槽间距大这一问题，掏槽炸药能量不断转换成爆破振动，或者单循环进尺比较大，导爆管毫秒延时，减震爆破缺乏有效性，致使掩体受损，出现滑移现象。设计规定开挖隧道上台阶，初期支护、围岩中间位置会有预留变形层，在松散岩体发生爆破震动后，拱架承受压应力增加，是引发塌方的关键原因。下台阶推进式爆破次数过多，便会导致原本松散岩体出现二次震动，进而引发塌方。除此之外，软岩段在前期设计环节运用超前小导管（如图1）在隧道中注浆，经过检测与观察发现注浆参数和其余加强围岩段相同，对比松散岩体而言加固能力有待提高，同样会导致塌方[4]。

图1 小导管布设方案

（3）监控量测。结合隧道围岩流变特征，针对施工现场进行监控量测，需要创建西元模型，遵循西元正夫理论。根据监控量测设计要求，得出加强围岩量测断面之间的距离，分析之后判断软岩段围岩变形速率。设计人员确定监控量测频率后可保证监控围岩的整体质量。但软弱围岩段受监控量测频率这一因素的干扰，初期支护频率无法完全达标，当量测频率过高还会导致大量人力资源浪费，无法起到动态预警的效果，这与软岩段监控预警要求不符。

3 浅埋山岭隧道软岩段塌方处理方法

一旦浅埋山岭隧道工程出现塌方这一事故，必须要及时组织专家、监理与施工人员等进行讨论，确定塌方处理的最佳方案。一般要在加强塌体稳定性、填充塌腔、超前注浆这三个方面分别展开有效处理。施工人员在现场开挖地表截水沟，以免降雨雨水渗透到坑陷内部，在洞中注浆起到加固的效果。已经松散的岩体经过凝固处理后，堆积成为拱形，而地表塌陷坑的坑壁则要做好支护施工，这也是加固的有效处理方法，以免出现坑壁松土滑落现象[5]。洞中注浆凝固强度观察与检测发现超过75%时，可开始地表注浆，地表注浆凝固强度若是达到了75%以上时，可以开始初期支护侵限段、塌方段换拱。除此之外，关于软岩段塌方事故的有效处理，还应该按照临时处理、塌方区处理、混凝土回填、软岩段快速掘进施工这四个方面总结有效的处理方案。

3.1 施工现场临时处理方案

为了避免隧道施工现场软岩段塌方影响范围扩大，对于塌方区域周围必须要做好临时处理工作，起到控制塌体范围的效果。结合浅埋山岭隧道工程所在地区，分析当地降水情况，例如降水比较多，便可以在塌方现坑附近5m 范围内开挖截水沟，喷射混凝土支护，可避免雨水向塌陷坑中渗漏。施工时遇到突发降雨可提前准备帆布覆盖。塌腔达到了临时稳定状态时，露出塌方体外侧需要及时喷射混凝土，喷射厚度达到9cm 即可。混凝土终凝时在碴体面准备小导管，间距为30cm、长度4.5m，纵向间距以2m 为宜。从左拱腰到右侧边墙这一区间放置超前小导管，采用整环加固的方式，挑选小导管注浆材料时，水泥浆水灰比调整为1:1，控制注浆压力为0.5～1MPa。在施工现场塌方区前方，必须提前制定应急方案，及时开展二次衬砌施工。建议衬砌单循环的长度以9m 为宜，对于施工现场的支护侵限段，尽管初期支护并没有完全达到失稳状态，但有时也会发生变形。所以这一范围内进行套拱施工，控制间距在50cm 左右，而且还可以运用超前小导管进行注浆加固。检查发现洞内注浆凝固强度达到了75%以上马上组织加固地表。一般地表加固需要用到钢花管，控制间距为1m×1m，而且要布置成为梅花型，注浆范围设定在30m×30m×30m[6]。

3.2 塌方区处理方案

塌方区制定处理方案，一般要从碴石、换拱、闭合仰拱、衬砌这四个方面提出科学有效的处理建议。

（1）施工现场的碴石处理。在注浆浆体固结之后，洞外松散碴体稳定性能得到改善，建议施工人员操作机械设备进行开挖，应用三台阶法，要求循环进尺不能超过0.5m。开挖施工结束开始岩面初喷，注意上方可挂设钢筋网，网格间距以20cm×20cm 为准。岩面初喷这一作业结束后，沿着开挖轮廓面上方可安装钢架，并挂设钢筋网，放置锚杆，该锚杆的长度以5m为宜。注浆、喷射混凝土施工环节，喷射厚度为32cm，混凝土强度大于设计强度80%可开始后面环节的作业。

（2）换拱施工处理。针对施工现场侵限超过5cm 这一部分，务必要及时展开换拱处理，按照测量最终数据可明确需要换拱的部位、更换钢架，将端部锁定导管予以保留，导管长度统一设定为5m，锁定导管、锁脚毛管采用相同的施工方法。现场施工人员应用风镐拆除钢架中间混凝土。按照从下到上的顺序一一拆除，确定开挖已经达到符合规定断面，便可以针对开挖面展开初喷，建议采用气割机，割除钢架中间的连接钢筋，逐一安装钢架。若发现钢头没有放置在指定设计部位，应用帮焊这一形式将钢架连接。当开始架设钢筋网，系统锚杆、锁脚导管、喷射混凝土等环节可随之展开，注意换拱施工循环不能大于一榀，换拱之前必须要将临时支撑拆除。

（3）闭合仰拱施工处理。二次衬砌施工可改善回填塌腔成效，换拱施工结束后，紧接着隧道下台阶开挖、下导拱架作业，搭建闭合支护体系。下导爆破单循环进尺可按照1m 进行，单孔装药量应该结合实际爆破效果调整，既要加强出碴块度规范性，又可以尽可能地减小围岩带来的影响。

（4）衬砌施工处理。隧道工程软岩段侵限、塌方加强一模衬砌，衬砌小里程端部、后续处理位置中间的部分，要预留出2～3m 左右的侵限与塌方段处理空间，当检测发现衬砌混凝土满足一定强度要求，便可以开始下一阶段换工以及二次衬砌。

3.3 混凝土浇灌处理方案

当隧道施工现场的二次衬砌台车经过了塌方段，通过挖掘机可以在塌腔内部填充沙袋，施工人员堆码沙袋的过程中要同时保证准确性、密实度。完成沙袋堆积约4m，便可以在沙袋上浇筑混凝土，使其能够固结成为整体[7]。混凝土浇筑环节，隧道中插入空心管，塌腔内部压力更加平衡，而且混凝土持续性浇筑也提高这一环节的施工效率。

3.4 快速掘进施工处理方案

对于隧道施工塌方事故的处理，以免再次发生塌方且快速经过软岩段，在爆破施工时建议采取减震爆破技术。通过导爆管雷管具备的孔内外延期这一基本功能，控制掏槽起爆时差，要求不超过40ms。附近炮孔孔距和光爆层厚度比以0.8 为宜[8]。除此之外，加强施工现场所有工种协调性，提高施工效率，尽可能地将围岩暴露时间缩短，从而达到封闭成环的效果。

4 结束语

综上所述，针对浅埋山岭隧道工程软岩段塌方这一事故，为了避免塌方发生，结合以往软岩段施工经验，总结塌方的根本原因通常与地质条件、现场施工环境等有直接关系。以此为前提提出塌方处理措施，科学选择塌方处理技术，提高隧道工程整体质量，以免发生塌方之后带来严重的危害。