某隧道塌方分析及处理技术

【摘要】由于地质构造作用和风化作用，隧道施工中经常会遇到全风化或强风化的围岩。隧道施工时围岩重力的重分布是导致隧道塌方的重要原因之一。如遇强降雨天气，这种强风化的软岩很容易由于不能支撑自身重量而发生塌方。浙江省某高速公路在建隧道由于强降雨天气，在进洞口、出洞口和洞内发生大面积塌方。作者基于现场的踏勘和参与处理该塌方，详细分析了该隧道的塌方原因并提出了处理方案。

【关键词】隧道塌方，原因分析，处理技术

1 隧道概况

高速公路某隧道地处浙江省内，起点桩号，用于连接已建成通车的杭新景高速公路某标段终点，并与江西境内已建成的某高速公路相接，路线全长128.5km。本文所分析的隧道，于2012年开工建设，右线全长314m。

2 水文地质状况

隧道所处区域属亚热带季风气候区，温暖湿润，四季分明。降雨量由山区向盆地递减，山区内多年平均1804.92mm，月平均降水量最多的是6月（302.3mm），最少的是12月（51.5mm）。月极端最多是650.0mm，月极端最少0.0mm。全年以二月到七月中旬为雨季，尤以五到六月及七月上旬更集中。八月至十月期间受台风影响，有暴雨。

进洞口坡度约为30～40°，植被茂密，丘陵表部分布残坡积含粉质碎石粘土，褐红色，可塑，厚1～2m，其下伏基岩为奥陶系，青灰色泥岩，中厚层状，劈理发育，岩体被切割成块状、大块状，局部有塌方体发育。

标段隧道顶板最大埋设约35m，穿越中风化泥岩，青灰色，泥质结构，具变质作用，岩质硬脆，节理较发育，[BQ]=340，综合评定该段为IV级围岩，岩层倾向于隧道右侧。

3 塌方情况

塌方是指围岩失稳而造成的突发性坍塌、堆塌、崩塌等破坏性地质灾害，常发生于断层破碎带、膨胀岩（土）第四系松散岩层、不整合接触面、侵入岩接触带及岩体结构面不利组合地段。由于自然地质条件的复杂性和其它各种不确定性因素的影响，使得塌方的发生机理不甚明朗。

该段隧道在进行下台阶开挖和支护施工，并完成下台阶初支喷射混凝土施工。整个施工过程中，项目部及监控量测单位监控拱顶下沉和周边收敛等变形数据较小，未达到预警值（图1）。但是第二天早上5点施工作业工人上班后发现右洞进洞口上边坡出现了边坡垮塌并将隧道右洞整体压塌的情况（图2～3）。

该隧道整体围岩较松散，多段范围埋深较浅，并在施工过程中多次出现了洞内小型塌方和洞顶山体小型塌方的现象，加之今年上半年梅雨季节开始直至坍塌时，天气持续降雨，洞顶山体吸水较多，自重加重，不稳定因素加大。导致本次该段塌方，造成右洞洞顶山体滑坡冲压已施工的初期支护及护拱，该段初支与护拱整体垮塌。

4 塌方原因分析

在塌方的影响因素中，水是不容忽视的一个重要因素，水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落。另外，如果遇到岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在水作用下，软弱面的强度大为降低，将发生滑塌。地下水与塌方之间存在内在联系，施工过程中控制地下水和把握喷射混凝土的质量对控制隧道塌方具有重要意义。对于该隧道，连续的强降雨天气加上围岩风化程度高是导致该隧道发生塌方的根本原因。

5 塌方处理技术

5.1 抢险措施

隧道右洞洞口坍塌后，设计、业主、监理等单位高度重视，立即采取方案进行抢险施工，具体施工方案如下：

（1）右洞洞内坍塌体斜坡表面应采用15cm厚C20网喷混凝土+Φ42×4mm小导管注浆加固（长4m，间距1.2m×1.2m）进行破面防护。

（2）对右洞洞内塌方影响段采用22b工字钢拱架与原设计已架设初支钢拱架成模数安装，间距控制在1m以内。钢拱架间采用Φ22mm纵向钢筋连接，环向间距1.0m，采用Φ42×4mm系统径向注浆小导管加固初期支护，小导管长3.5m，纵横间距同原系统锚杆。

（3）渣体段22b临时钢架加固在现状初期支护表面进行，并随着该影响段台阶下挖而向下跟进落底，二衬前再拆除，必要时在拱部设置型钢扇形或竖向支撑。

（4）边仰坡坡面防护结合现在实际坡面布设，强风化部分采用小导管注浆+锚喷+系统锚杆加固，小导管间距1.5m，系统锚杆间距3.0m，呈梅花形穿插布设；按照1：1.5刷坡坡面采用小导管注浆+锚喷加固，小导管间距1.5m。锚喷厚度为20cm，分两次喷射，每次喷混凝土挂一层Φ42×4mm注浆小导管。

（5）坍塌段宜采用双侧壁导坑，严禁采用三台阶法中间拉槽的施工方案。该段拱顶位移及周边收敛监控量测测点布置间距5m，每天量测3次。

5.2 施工技术

（1） 开挖施工平台

仰坡顶面清表后，沿坡顶向下由挖掘机开挖操作平台，平台宽度不小于1m，用于风机及潜孔钻进行钻孔作业，每次刷坡高度不大于2m，做到边开挖、边防护，如图4所示。

（2） 钻孔施工

钻孔前检查边坡稳定情况，人工手持风钻或用潜孔钻钻孔，钻头尽量与岩层主要结构面垂直，不宜平行岩面；孔径及孔深满足图纸和技术规范要求。Φ42×4mm（长6m）小导管与Φ25精轧螺纹钢（长12m）安装前，对钻孔进行清理，清除孔内积水及岩粉等杂物。操作步骤如下：

1）小导管钻孔施工应在初喷混凝土后进行，以保证有平整的基面。

2）孔位布置：孔位应根据设计要求和围岩情况布孔并标记，偏差不得大于15cm；

3）小导管孔径：小导管的孔径应大于锚杆体直径15mm；

4）孔方向：小导管孔应保持与岩层主要结构面垂直；

5）钻孔深度：小导管孔深应大于设计长度10cm。

（3） 安装小导管及精轧螺纹钢施工

小导管材料采用直径Ф42×4mm无缝钢管，间距为1.5×1.5m呈梅花型布置，精轧螺纹钢直径为25mm，规格为40Si2MnV（540/830级别），间距为3.0×3.0m呈梅花型布置，按设计要求规定的材质、规格备料。小导管及精轧螺纹钢采用切割机加工，小导管长度不小于6m，精轧螺纹钢长度不小于12m，严重锈蚀的材料，严禁使用，少量锈蚀采用机械除锈方法予以清理干净，小导管与精轧螺纹钢安装前，采用高压风、水清除孔内积水和岩粉、碎屑等杂物，小导管与精轧螺纹钢安装须同时进行。

（4） 小导管注浆施工

小导管安装完毕后，立即对已施工的导管进行注浆，浆液扩散半径不小于0.75m，水灰比0.75：1，注浆压力初压0.5Mpa，终压达到1Mpa。

（5） 钢筋网片施工

钢筋网分2次施工，第一层钢筋网在导管及精轧螺纹钢安装完毕后，利用外露小导管头及精轧螺纹钢将钢筋网悬挂于坡面上，网片间点焊连接，再将钢筋网与小导管头焊接成整体，第二层施工应在第一次喷设混凝土初凝后进行，钢筋网规格必须符合设计规范要求。

（6） 喷射混凝土施工

喷射混凝土前用压缩空气或压力水将待喷面吹净，吹除松散杂质或尘埃。混凝土采用强制搅拌机拌和，混凝土的强度为C20，喷射混凝土采用先下后上“S”型喷射方式分层喷射，在喷射混凝土达到初凝后方可喷射下一层。喷射时严格控制风压同时保证喷射速度适当，喷嘴与受喷面距离保持在0.6～1.2m，喷射角度接近90°，正确掌握喷射顺序，不得出现蜂窝，喷射厚度不得小于设计值。

5.3 施工成果

按照处理方案和技术要求，现场施工按照方案要求进行，在洞外边仰坡及塌方体施工过程中监控量测数据较小，初期支护较稳定，下面主要对边仰坡防护及洞内开挖施工节点时间及施工过程予以介绍。

对该隧道右线进洞口边仰坡开始防护施工（如图5所示）。首先用挖机正平地表，架设钢筋笼，打入锚杆，采用高压喷洒混凝土。

隧道右线进洞口边仰坡防护施工基本完成，并进行右线进洞口护拱施工（图6）。接着对护拱及管棚施工完成（图7）。图8为对洞内塌方体及初期支护开始处理施工。图9为隧道右线进洞口初期支护及仰拱已全部完成，塌方段处理顺利完成。

6 结论

本文详细分析了某隧道塌方的原因及处理技术。由于地质构造作用和风化作用，隧道施工中经常会遇到全风化或强风化的围岩。该隧道整体围岩较松散，多段范围埋深较浅，并在施工过程中多次出现了洞内小型塌方和洞顶山体小型塌方的现象，加之今年上半年梅雨季节开始直至坍塌时，天气持续降雨，洞顶山体吸水较多，自重加重，不稳定因素加大。导致本次某段塌方，造成右洞洞顶山体滑坡冲压已施工的初期支护及护拱，初支与护拱整体垮塌。经过抢险和后期加固，该隧道塌方处理顺利，虽然有一定经济损失，但未造成人员伤亡。

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