松青岗隧道涌水塌方处理技术

翁火斌

（南平高速建设有限公司，福建 南平 353000）

0 引言

隧道涌水塌方事故在隧道施工中较为常见，轻则影响隧道施工进度，严重时将造成人员伤亡，带来无法预估的经济损失。由于涌水塌方具有一定的不可预见性，所以在发生后一方面要立即展开应急处理，撤除影响段的人员及设备，另一方面则要立即针对实际情况，制定合理可行的施工处理方案。鉴于此，本文以松青岗隧道涌水塌方段为例，详细分析了塌方产生的原因，并提出松青岗隧道涌水塌方的处置措施。

1 工程概况

本工程松青岗隧道左洞利用既有旧洞，右洞新建长855m，隧道按分离式布置。设计时速为60km/h，路面横坡为单向坡，设计荷载为公路-Ⅰ级。其中隧道是本合同段的主体控制工程。掌子面开挖至YK2+614，目前开挖揭示的围岩岩性与原设计相差较大，为强风化岩，岩体破碎，遇水易软化，隧道渗水量大。

YK2+600—YK2+630段原设计为Ⅲ级围岩，地质描述为：围岩为微风化石英云母片岩，为片理面，胶结较好，属较硬岩。裂隙不发育，岩体破碎，呈块石状镶嵌结构，地下水较贫乏，开挖多为点滴状，侧壁基本稳定。

2 隧道涌水塌方过程及原因分析

2.1 松青岗隧道涌水塌方发生的过程

松青岗隧道采用台阶法进行施工，2019 年9 月26日19 时，掌子面开挖掘进至YK2+614，掌子面围岩为强风化岩，局部为土质围岩，节理裂隙发育，岩体较破碎，局部掉块；渗水呈点滴状。局部已呈砂土状且有裂缝，掌子面局部处开始涌水。随后19 点10 分，掌子面突然坍塌，发现拱顶左侧2m 处出现涌水并突泥，形成较大塌腔。2019 年9 月27 日6 时，涌泥趋于稳定，但拱顶出水量仍较大，现场出现突泥后，掌子面立即停止施工，人员立刻撤离。2019 年9 月28 日掌子面情况稳定后，为防止塌腔的进一步扩大和影响掌子面稳定，避免涌水进一步软化掌子面土体、浸泡拱脚，项目部开挖临时排水沟引流掌子面涌水，并在拱脚两侧用沙袋土填护。经检测，涌出泥石量约为620m³，涌水量约3 000m³/d。

2.2 松青岗隧道涌水塌方原因分析

（1）松青岗隧道超前地质预报采用地质雷达技术进行了探测。根据超前地质预报，YK2+614—YK2+630地段围岩情况与原设计不符，本次探测范围内围岩主要为强风化石英云母片岩，为较软岩，裂隙很发育，岩体破碎，富水性好，地下水量丰富，该里程变更为Ⅴ级围岩，按ZDK-1支护施工。

（2）从支护类型来看，原设计YK2+600—YK2+630地段为Ⅲ级围岩，按Z3 复合支护，与现有YK2+614 掌子面地质情况不符，支护参数严重不足是导致该段坍塌的重要原因。

（3）从围岩完整性来看，该段隧道岩体呈破碎状，裂隙很发育，围岩完整性差。加上该段地下水丰富，不仅使强风化石英云母岩软化，围岩强度降低，对围岩的稳定性也会产生不利影响。

（4）从地下水发育情况来看，原YK2+600—YK2+614 地段地下水较少，洞身开挖至地下水丰富区域时，当地下水空间被打开后，大量地下水的涌出会直接导致塌方事故的发生。

（5）从力学结构来看，隧道施工开挖打破了原围岩的力学平衡状态，围岩中应力得到释放，加速软岩变形发生，甚至引起塌方。

经初步判断，松青岗隧道围岩强度低是隧道塌方的根本原因。支护结构参数不足，是隧道塌方的重要原因，在周边土体压力及地下水浸泡下，加剧了围岩变形失稳，形成了此次的涌水塌方灾害。

3 涌水塌方施工处理方案

松青岗隧道塌方后，项目部及时迅速处理，洞内涌水基本稳定后，经过业主、设计、监理、施工4方在塌方现场进行踏勘，通过隧道涌水塌方的原因分析，决定采用加强洞内外监测、水平小导管注浆、超前小导管注浆、引排地下水等措施，此次涌水塌方处理施工顺序见图1。

图1 松青岗隧道涌水塌方治理施工流程

3.1 隧道监控量测

隧道塌方后，组织人员加强洞内外监控量测，在YK2+605、YK2+614二处断面布置监测点，监测二处断面拱顶沉降、水平收敛，同时观察地表处是否出现裂缝和沉降，保证每天进行2～3次监控量测，监测结果见图2，若发现异常监测数据及时反馈给业主、设计、监理。

图2 隧道监控量测结果

由断面监测结果可知，YK2+605、YK2+614二处断面的拱顶沉降、水平收敛变化趋势基本相同。其表现趋势为：在塌方处前期变化大，塌方处置结束后累计变形逐渐增加，但变形速率逐渐减小。同时离塌方距离远的，变形速率与累计变形量更小，趋于稳定的时间也越短。塌方处置约10～15d，2处监测断面的变形趋势基本稳定。

3.2 掌子面排水

根据超前地质预报资料，观察掌子面出水速度出水量约2m³/min，需及时将水引排，降低水压对隧道稳定性的影响，避免掌子面出现垮塌，在顶腰施作2ϕ108泄水孔，将水提前引排。

3.3 掌子面回填反压、水平注浆封闭

隧洞右洞掌子面YK2+614 段涌水塌方后，首先需进行抽排水，根据涌水量配备足够的抽排水设备，待掌子面塌方土体稳定后，立即组织对掌子面进行核心土回填及反压（见图3）。掌子面反拍压实后，对塌方体及回填土按1.2m×1.2m 梅花形布置，用L=5.0mϕ50 水平方向小导管注浆固结，搭接长度不小于2.0m，并在其表面喷一层15cm 厚的C20 混凝土使塌方体封闭形成止浆墙（见图4），同时在拱腰二处及拱脚两侧设置排水孔。

图3 掌子面回填反压

图4 掌子面注浆封闭

3.4 塌腔填充处理

该段隧道顶拱塌方形成约620m³空腔，需进行泵浆填充。在掌子面拱顶将泵送钢管插入空腔，对空腔泵送C20 混凝土，泵送分三次进行：①第一次泵送压力略小，在空腔内塌体表面形成50～80cm 厚的塌体保护层；②第二次泵送在第一次完成一周后进行，在第一次泵送基础上形成2.0m 厚的塌体保护层，累计形成总厚2.8m 的塌体保护层；③第二次泵送完成3d 后进行第三次泵送，在前两次泵送的基础上形成2.0m 厚的塌体保护层。三次泵送累计形成总厚4.8m 的塌体保护层。

3.5 超前支护

隧道塌方体注浆固结稳定后沿渣堆顶部初支出露的轮廓线，以环向间距为50cm、外插角为10°,45°，长为5m 的ϕ50mm 小导管交错布置（见图5），纵向搭接长度不小于1m，纵向间距为2.0m。小导管注射水泥浆，水灰比为0.5∶1，注浆压力为0.5～1.0MPa。

图5 超前支护剖面图

3.6 塌方段开挖支护

该塌方段（YK2+614—YK2+630）要求采用上下台阶预留核心土法开挖，开挖过程要求短进尺，及时支护并尽早成环。塌方体进行第一次开挖，严格按照设计图纸要求，初支采用ZDK-1 支护类型施工，初支厚度由原设计24cm 调整为28cm 喷混凝土，采用双层钢筋网挂网，工字钢采用工20b 型钢支撑，间距为0.5m，二衬厚度由原设计30cm调整为55cm防水混凝土。

同时，二次衬砌施工前应加强该塌方段初喷厚度、型钢间距及系统锚杆抗拔力检测，经检测合格后方可进行下一道工序。松青岗隧道塌方段经相关检测，均符合图纸设计要求。

4 塌方治理效果

4.1 隧道涌水塌方治理效果

松青岗隧道右洞YK2+614 涌水塌方段，历经两个多月的不懈努力，在安全、环保、经济的前提下，完成了掌子面涌水塌方灾害处置，有效加固了拱顶塌方的松软破碎岩层。

4.2 综合处置技术总结

（1）应严格按照设计文件及施工组织设计方案要求施工，加强现场施工技术及安全交底，做好掌子面岩块掉落伤人、塌方、涌水、突泥等工程事故的应急处置，提升安全意识。

（2）加强施工地质预报工作，做好监控量测，施工时坚持采取“少扰动、短开挖、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭”的开挖原则掘进；开挖后及时进行初期支护，喷射混凝土封闭岩面，对开挖后揭露的破碎部位进行增打锚杆、挂网等加强支护，施工时应注意防排水。

（3）遇到隧道涌水塌方，应及时迅速处理，组织相关人员现场勘察，根据实际情况制定切实可行的应急处理方案。

5 结语

综上，隧道涌水塌方会严重影响正常施工，并威胁洞内人员及机械设备安全，松青岗隧道右洞涌水塌方发生后，采取了一系列综合处理措施，成功完成涌水塌方地段处置，为后续的隧道施工提供了宝贵的施工经验和可靠的技术保障，也为松青岗隧道节点工程顺利贯通奠定了坚实基础。