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1、淺談隧道施工局部塌方原因分析與處理方案淺談隧道施工局部塌方原因分析與處理方案周先倉（安徽省高等級公路工程監理有限公司，安徽 合肥 230022）摘要:本文著重介紹了績黃高速佛嶺隧道施工洞口仰坡塌方、洞口淺埋段冒頂塌方、洞內拱頂局部塌方的原因分析和處理方案，目的能在以后的隧道施工中有一定的借鑒意義。關鍵詞:隧道塌方；原因分析；處理方案1.佛嶺隧道主要地質特點佛嶺隧道為左右分離式曲線特長隧道，位于黃山市歙縣境內的佛嶺山腳下，是安徽省在建高速公路績(溪）黃（山）高速公路的重、難點工程，是安徽省境內目前最長的公路隧道，隧道全長3904m，隧道起點里程為:ZK24+459,YK24+516，終點里程為：2、ZK28+163,YK28+420.根據地質勘測，佛嶺隧道的地質狀況較差，隧區有五條大斷層穿越，斷層使圍巖級別降低，破碎帶處為級,影響段為級，易產生洞頂坍落、冒頂，成洞條件差；隧道進口段和出口段,節理裂隙及風化裂隙極為發育，巖體呈碎裂狀，局部呈散體狀結構，隧道施工開挖切削原有山坡和山體，破壞其原有平衡,易造成落石、掉塊及坍塌；隧道進出口于山體一側通過，特別是左線出口處發育一小沖溝，地形較陡，隧道右線出口段在此穿越，易由隧道拱肩覆蓋層厚度差異過大而形成偏壓，加上該段本身位于出口淺埋段，隧道施工過程中極易發生冒頂、塌方等事故.2。佛嶺隧道洞口仰坡塌方處理2.1設計仰坡防護情況佛嶺隧道右洞出口仰坡設3、計為4米錨桿(錨桿型號22,間距22米）,外加掛網噴射10cm厚C20砼（8圓鋼,網格間距2020cm）形式，仰坡刷坡坡率為1：0.5。2。2塌方情況及原因分析佛嶺隧道出口端右洞于2008年11月24日開始進洞施工，進洞開挖方式采用環形開挖預留核心土,2008年11月26日凌晨五點半，進洞左側仰坡開始出現裂紋,仰坡外截水溝底部同時開裂,裂縫將近約1厘米，環長約3m，為防止仰坡繼續開裂,及時對仰坡進行噴射砼封閉處理，并派專人對仰坡進行觀察，密切觀察圍巖動態，上午九點半仰坡面繼續失穩,截水溝處裂縫也開始擴張,并延伸至全斷面仰坡范圍,十點十分，進洞左側仰坡面開始塌方，塌方持續至十一點四十分,塌方面積4、約六十平方米，塌方深度最深處超過四米,同時右側套拱向洞外位移約8cm（見圖一、圖二）。分析認為，出現塌方主要是因為仰坡圍巖較差，巖層風化嚴重，有夾泥層，充填物為粉質粘土;仰坡上部松散土層覆蓋較厚，自穩性較差,同時由于施工期間雨水較多，夾泥層進水，加上進洞前后施工（包括中管棚鉆孔)對仰坡土體產生了擾動,而設計邊坡坡率較小，造成洞口仰坡失穩塌方。2.3處理方案（1）對整個仰坡面進行刷坡卸載，坡率按現場實際情況定，盡量保持仰坡面的平順,實際施工坡率成型后為1：1。(2)在原設計中管棚環外0。5m1m范圍內施工二排50注漿小導管對仰坡進行成洞面加固，小導管環向間距40cm，長度5m（后附示意圖），小導5、管注漿壓力不大于2Mpa，對坡面進行加固固結作用;（3)變更仰坡面全范圍重新掛網噴護,鋼筋網采用型號8圓鋼，間距10cm10cm，噴射砼厚度10cm，在坡面注漿小導管范圍外仰坡面采取砂漿錨桿支護,錨桿型號22，長度4m，間距1m1m,梅花型布置。（4)在注漿小導管施工完畢待注漿強度達到設計強度的70%后進行洞內施工,實際施工時注漿三天后恢復洞內施工；(5) 及時重新在仰坡開挖輪廓線外大于5米處施作臨時截水溝，避免雨水對仰坡面的沖刷；(6）加強監控量測頻率，對洞口段仰坡施工產生的位移及洞內拱頂沉降和周邊不均衡收斂及時監測，如有異常將積極調整施工方案，起到參數指導作用。實際施工過程中,洞口段開挖過6、程中，地表沉降量六天累積沉降值為35mm后趨于趨定,洞內拱頂沉降量七天累積沉降值為24mm后，拱頂沉趨于穩定,周邊收斂變形量六天后累積值達到7.8mm后，變形趨于穩定，累積變形量均在設計規定值內。3佛嶺隧道冒頂塌方處理3.1設計初期支護情況設計為級淺埋偏壓襯砌，50注漿超前小導管，環向間距40cm，L=4.5m，搭接長度1。46m;初期支護為25mm中空注漿錨桿，L=4。0m,75100cm，8mm 鋼筋網，2020cm，I20a工字鋼鋼拱架，間距75cm，噴早強混凝土25cm。3.2坍塌情況及原因分析佛嶺隧道出口段右洞于2009年2月2022日進行YK28+292YK28+289施工,巖體形7、態為土夾石，并存在很大的一塊土質夾層。2009年2月22日晚九點左右,進洞鉆爆里程掌子面達到YK28+290.25時,發現右側拱頂（淺埋段）存在局部塌方，渣體為紅褐色粘土，在隨后安排的出渣施工中，發現洞身土層形態存在異常，掉塊嚴重, 2月21日施工的超前小導管出現變形,隧道拱頂出現斷斷續續的小范圍冒頂塌方，并將大部分的超前小導管打彎；待塌穴穩定后，及時對掌子面進行排險初噴封閉；現場量測，塌方穴體呈環向倒置漏斗型結構,坍塌范圍為起拱線上3米至距離隧道中線2米的夾角范圍內(拱架上環向坍塌長度約5米),坍塌物全部為粘土，塌穴周邊為巖層，能形成自穩，坍塌深度較平均,冒頂距離拱頂深度最深處達8米左右,縱8、向坍塌距離3米，里程到達YK28+289，估計塌方體積達到90個立方（見圖三)；分析認為，出現塌方的主要原因是因為洞頂地質條件較差,為一大土質夾層（漏斗狀）,因施工期間持續降雨,地質土含水量飽和，土壓力較大，巖土自穩較差;同時，鉆爆施工時對圍巖產生了一定的擾動，圍巖整體性受到一定破壞。3。3處理施工方案（1）對坍塌處進行二次人工排險，將可能存在的塌方體隱患排除后,初噴35cm厚砼進行封閉；洞頂外沿坍塌面外4米施做臨時截水溝,坍塌面覆蓋彩條布，避免雨水對洞內的反滲，導致坍塌面繼續擴大.(2)洞內重新沿塌穴面掛網錨噴支護建立工作面，確保后續施工安全：首先在初噴后的巖面上按1m1m的間距打設22藥卷9、錨桿，錨桿長度4米，錨桿尾部視巖面情況留出0.51米；最后沿塌穴面掛網(8圓鋼，間距10cm10cm）錨噴，抑制圍巖進一步變形；（見圖五）(3)形成安全作業面后工人站到拱架上沿縱向方向打入1排6米長505mm嵌巖注漿小導管(環向間距30cm），嵌入深度3米左右，尾部與工字鋼焊接。(見圖五)(4）在嵌巖注漿小導管施工完畢后,塌穴空間根據實際情況焊入18的螺紋鋼，端頭與錨桿尾部焊接，同時盡量保證螺紋鋼與小導管焊接成整體，使之與模筑混凝土形成空間鋼混結構。(見圖五）（5)在YK 292YK28+289段將拱架縱向間距由75cm調整為50cm，增強縱向支撐總體剛度，由于塌方體不是很大，拱頂采用回填混凝10、土方式形成洞頂護拱的方式,為減少自重,厚度為60cm，分2次澆筑；隧道內初支噴射砼采取原設計厚度25cm，同時埋設150泵送管，等砼強度上來后，作為模筑砼底模。（6）逐步立架抵至YK28+289掌子面后，采用上述方式處理拱架，根據實際情況再向前進行洞身開挖，繼續開挖前重新按設計要求施工超前支護并焊接在鋼拱架上.（7）待回填砼施工完畢后并達到設計強度70%后，采用碎石土將塌穴填平夯實(8）加強監控量測頻率，對拱頂沉降和周邊不均衡收斂及時監測，如有異常將積極調整施工方案,起到參數指導作用。實際監測數據顯，拱頂沉降量六天累積沉降值為22mm后,拱頂沉趨于穩定，周邊收斂變形量五天后累積值達到9.6mm11、后，變形趨于穩定,累積變形量均在設計規定值內.4佛嶺隧道洞內拱部局部塌方處理4.1設計初期支護情況設計為級淺埋偏壓襯砌，50注漿超前小導管，環向間距40cm，L=4。5m，搭接長度1。46m；初期支護為25mm中空注漿錨桿，L=4。0m，75100cm，8mm 鋼筋網,75100cm，I20a工字鋼鋼拱架，間距75cm，噴早強混凝土25cm。4.2坍塌情況及原因分析佛嶺隧道出口段右洞YK28+284YK28+283段上臺階施工于2009年3月3日晚十一點鐘開始施工，循環進尺50厘米,開挖采用環形開挖預留核心土法施工，3月4日下午三點鐘，本循環初期支護施工結束。本循環施工過程中隧道左側拱項及掌子12、面時有掉塊現象發生，3月4日下午掉塊頻率增加，掉塊體積加大，3月4日下午五點二十分，隧道左側拱頂部份出現較大坍塌，塌方穴體呈環向倒置漏斗型結構,坍塌縱向深度約6米，環向長度約8米，坍塌平均高度約6米，坍塌物渣體為強風化泥巖,紅褐色,坍塌物中有兩塊孤石，每塊孤石體積有50立方米左右（見圖四）。本循環開挖結束時對掌子面和拱頂圍巖進行了初噴砼封閉，施工過程中兩次對掉塊部份圍巖進行補噴砼封閉。根據塌穴的地質情況，分析認為，出現塌方的主要原因是洞頂覆蓋層薄，圍巖為強風化泥巖,遇水易軟化，自穩較差,施工期間持續降雨，地質土含水量飽和，土壓力較大，巖土失穩,從而發生洞坍塌。4。3處理施工方案（1）在確保安全13、的前提下，對可施工塌方洞穴部份進行初噴，初噴完成待洞頂穩定無掉塊現象發生后，清除已經被破壞的初期支護及坍塌渣體和孤石，為確保安全,在進行初噴結束后從洞外運碴至掌子面堆砌平臺，平臺高度與下層孤石底高度水平即可，從而保證在拆除初期支護期間坍塌孤石不再下滑，在處理坍塌孤石時，采取弱爆破的方法分解,孤石分解后拆除被破壞的初期支護.（2）對塌方洞穴面圍巖進行加固處理。對塌方洞穴面進行噴射砼初噴封閉,初噴厚度5cm，初噴結束后沿巖面安裝鋼筋網,鋼筋網環向2020，縱向1020,鋼筋網安裝完成后噴射砼10cm,沿塌方洞穴面安裝22砂漿錨桿，間距1m1m，長度3m，沿噴射砼表面安裝820cm20cm鋼筋網,鋼14、筋網安裝完成噴射砼10 cm，在設計初期支護外1m范圍內塌方洞穴四周安裝兩排505mm注漿小導管,小導管長度6m(可根據實際情況進行調整）,間距40cm40cm.（見圖六）（3)塌方段設計初期支護加強處理。變更設計初期支護I20a工字鋼鋼拱架縱向間距75cm為40cm，變更設計4。5m超前注漿小導管為6m超前注漿小導管隧道左側每榀工字鋼拱架安裝4根22砂漿鎖腳錨桿,右側每榀工字鋼安裝2根22砂漿鎖腳錨桿,長度均為4m,按設計掛網錨噴，塌方段初期支護延伸至塌方洞穴掌子面前方5m，塌方洞穴段初期支護先施工左側臨空面部份，左側初期支護到洞穴掌子面后再開挖右側上臺階，將右側初期支護落底，右側初期支護至15、洞穴掌子面后,按三臺階法進行洞身開挖與初期支護,圍巖轉好可按環形開挖預留核心土法進行洞身開挖與初期支護.（4）對塌方洞穴處理。在設計初期支護外安裝三層2220cm20cm鋼筋網，層間距20cm，層間拉接筋820cm20cm,先模柱C20砼，厚度80cm，待模柱砼達到設計強度后再增加一層C20砼，厚度80cm。在砼施工前按施工要求預留好砼泵送口，同時預埋三根505mm注漿花管，注漿花管頂端到塌穴洞頂。(見圖六)（5）加強監控量測頻率，對拱頂沉降和周邊不均衡收斂及時監測，如有異常將積極加強支護。實際施工過程中,拱頂沉降量七天累積沉降值為44mm后，拱頂沉趨于穩定,周邊收斂變形量五天后累積值達到8。16、2mm后，變形趨于穩定，累積變形量均在設計規定值內。5結束語隧道塌方處理是隧道施工必不可缺少的一項內容，由于塌方情況和原因的不同，各種處理方案不盡相同，但是總的處理思路大同小異.首先是考慮施工人員的安全性，也即可操作性；其次，根據塌方情況加強圍巖本身的穩定性,一般采取錨桿、小導管注漿、管棚注漿、維幕注漿等方法對圍巖本身進行加固和分解圍巖產生的壓力；最后就是對出現塌腔進行回填處理，防止塌腔突然變形產生次生事故，一般采取的方法有漿砌片石回填、低標號砼回填、塌腔較大可用耐腐蝕性物體進行回填，已經冒頂的在洞內形成支護殼體后從洞外利用碎石土回填。當然，塌方處理方案只是一種被動的、不得已的一種隧道施工處理措施，而最好的結果是我們如何進行超前預控，盡可能的避免各種形式的隧道塌方，如根據地質情況提前對圍巖進行超前支護加強、淺埋段施工盡量避開雨季施工、采取合理的隧道開挖及支護施工方案等措施.總之，由于隧道施工穿越山體,隨著埋深的不同，受到各種斷層或溶洞的影響，圍巖情況會不斷發生變化，隧道施工是動態施工管理理念，以地質勘查資料、設計文件為基礎，采取超前地質預報等手段探明前方地質，采取相應防控措施，避免施工塌方.