高速公路隧道局部的塌方处理技术

摘要：文章以延京隧道施工过程中的坍塌事故为例，分析了塌方原因，并提出了塌方施工处理方案，按照此方案达到预期效果，为类似塌方段的处治提供了经验。

关键词：公路隧道；塌方；处理方案；监控量测

1、工程概况

延京隧道为泉三高速公路三明段公路的双向四车道隧道。进口桩号为K157+630，出口桩号为K157+980，隧道全长350米。

该隧道出口段地层岩不良地质主要为掉块与坍塌，地下水主要为坡积层孔隙水和强风化中粒花岗岩孔隙水，以及弱风化裂隙水。根据场址区地形地貌和岩土层特征，隧道围岩以Ⅲ～Ⅳ级为主。

2、塌方情况：

2.1 塌方经过

隧道出口开挖至K157+835里程时，掌子面围岩由正在施工的Ⅳ级微风化花岗岩，突然变化为强风化花岗岩夹全风化花岗岩。施工单位在准备及时支护时，拱部右侧突然出现大块岩体坍塌，同时地下水开始从坍塌部位涌出，随后坍塌岩体数量逐渐增大，坍塌范围逐渐向后延伸，涌水量也不断加大。坍塌持续了数天才停止，坍塌里程K157+835～K157+870，塌方量约1500立方米，而K157+861～K157+870段，原已施工的套拱未损坏。

2.2 塌方原因分析

通过各方在现场进行查看和分析后，确定造成本次大规模塌方的原因有以下几条：

（1）该段有一条较大规模的断裂层通过，断层走向与线路里程基本垂直，在地下水作用下形成了强风化花岗岩夹全风化花岗岩。从塌方体表面观察大约70%已完全风化成砂粘土，其余为孤石，最大直径1m左右，松散结构，其结合力主要依靠砂粒之间的摩擦力，整体稳定性差。

（2）该断层处地下水较丰富。因隧道施工穿越该断层而使该处地下水释放，加上该处是风化的花岗岩，这样的松散结构遇水后，其自稳时间几乎为零，从而形成塌方。

3、塌方处理方案

（1）加强现场观测，发现异常情况及时反馈，并作好记录和紧急施救工作。

（2）做好地表引排水工作，防止地表水渗入洞内，给隧道造成危害。经常性检查洞顶及四周地表有无深陷、裂缝及渗水情况，以确保万无一失。对于地表的裂缝，应立即进行喷射混凝土封闭。若发现地表有沉陷的征兆且对洞内稳定形成影响时，应考虑进行地表注浆加固，地表注浆范围以稳定塌体区域为原则。

（3）为保证安全，对K157+861～K157+870段原套拱进行落底处理。

（4）对已塌方的塌腔和隧道洞室采用吹砂回填处理方案，端部采用4米厚砂袋堵头，表层设20cm的喷射砼止浆墙。对回填的腔内松散体采用小导管注浆加固。

（5）塌方段二次掘进采用CRD法分步开挖，并采用1长2短组合注浆超前预支护方案，要求短进尺、强支护，掘进过程要加强现场观测和量测监控，及时反馈现场施工信息。

（6）为确保隧道施工和运营期间的安全，要求对塌方段两端各延伸10米加强支护，即处理范围为K157+825～K157+880。

（7）对于隧道掘进端若发现地质变化，应及时反馈，以便及时采取相应处理措施。塌方处理方法见图1。

4、塌方具体施工步骤

4.1 塌陷区地表处理措施

（1）沿塌陷区洞顶5m以外设永久性截水沟，将地表水和雨水引至安全地段。

（2）经检查发现地表出现裂缝，综合现场实际情况，地表虽有沉陷的征兆，经分析认为是塌方区松散体受雨水和地下水侵入加之自重下沉密实造成，对洞内稳定不形成较大影响，因此未进行地表注浆加固。

4．2 塌方前段加固

根据现场的实际情况，K157+861～K157+870段原套拱未损坏，为确保隧道安全和稳定，对原套拱进行落底处理。

4.3 塌腔回填和加固

（1）对已塌方的塌腔和隧道洞室采用吹砂回填处理。

（2）第一次吹砂回填塌腔和隧道洞室并检查回填情况。

（3）K157+861～K157+870段套拱顶部采用分层泵送C25砼回填。

（4）第二次吹砂回填塌腔和隧道洞室并检查回填情况，要求对塌腔和隧道洞室全部填满、密实。

（5）当塌腔和原隧道洞室回填完成后，对隧道开挖轮廓线以内的回填松散体进行注浆固结。

4.4 施作洞内施工辅助措施

对塌方段掘进开挖前，先采用1长+2短组合注浆施工辅助措施方案。该方案适用于K157+825～K157+861段。同时在该段的隧道开挖轮廓线以外，拱部设置径向小导管注浆加固拱顶回填的松散体。

4.5 塌方区开挖支护

（1）K157+825～K157+880的开挖严格按照单侧壁导坑施工工序图进行施工，最大掘进长度控制在1.5倍的钢支撑纵向间距，施工时严格按此进度，切实做到“短进尺，强支护，勤测量”。

（2）开挖顺序如下图：

（3）中侧壁临时支护采用：喷射C25砼（厚度h=20cm）+I16型工字钢支撑；临时仰拱采用：现浇C20砼（厚度h=20cm）+I16型工字钢支撑。

（4）初期支护采用复合支护：初喷混凝土5cm、架立I22a型格栅钢拱架、施工锚杆、挂网、复喷混凝土。

（5）每两榀钢支撑之间采用φ22HRB335纵向联接钢筋交错连接（环向间距为100cm），临时支撑与主洞永久支撑之间采用焊接连接。

（6）施工时，在主洞初期支护分部完成并达到强度后才能拆除临时中侧壁和临时仰拱；中隔壁拆除时间，根据围岩量测收敛情况确定，以拱顶下沉增量7天在2mm以内为准。同时还要计算中隔壁拆除后的正常增量，根据拱顶下沉的增量作为预留沉降量调整依据。

4.6 施工过程中的监测

为了判断围岩在处理后的稳定性，在塌方处理过程中实施监控量测。在对塌方段进行处理后，及时布点，对围岩的变形状态和受力特征进行监控量测，确保围岩稳定，同时指导施工。

监控量测项目包括：洞内观察；水平相对净空变化值的量测；拱顶下沉量测；地表下沉量测。每5米布设1个量测断面，每天至少要量测1次以上。量测数据的处理与反馈：及时将现场量测数据绘制成时间曲线和空间关系曲线，当位移-时间曲线趋于平缓时，说明该塌方断面经处理后围岩和初期支护已经稳定。当位移-时间关系曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时增加量测频率、密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。

根据监测结果，处理后隧道围岩的拱顶下沉和周边收敛均较少，累积拱顶沉降最大值为11.2mm，累积周边收敛最大值为15.610mm。拱顶沉降量及周边收敛变化曲线呈“抛物线”型，总体上经历了快速增长一缓慢增长一趋稳的过程。

5 、结语

经过2个多月的紧张施工，延京隧道K157+835～K157+870塌方段处理结束。通过对塌方段的治理，笔者有几点体会：

（1）由于技术手段受限，隧道工程地质勘察不能做到像其他工程那样缜密，因此施工过程中现场地质编录工作与隧道地质超前预报是不可缺少的工作，是保证隧道施工安全的重要手段。[3]隧道工程师和地质工程师要有丰富的施工经验，经常深入一线向开挖工人详细了解在开挖和钻进过程中的围岩变化、水量变化，及早发现地质突变并采取有效辅助支护手段。

（2）塌方一旦发生，应立即启动应急预案，在确保人员设备安全的前提下对未塌区域先进行加固，采取措施稳定塌体，尽量阻止塌方进一步扩大。确定塌方形式，并根据不同的塌方形式采取有效措施。其技术要求和作业应以“短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。坍塌体同样对周围岩壁有稳定支撑作用，因此坍塌体基本稳定后应挂网喷射砼稳定，必要时施打锚杆或注浆小导管，切忌随意开挖。

（3）本次塌方处理过程总体上较为顺利，在延京隧道发生类似情况采取此法处理得当，。因此笔者认为以后同类型的坍塌在确保安全的情况下，可通过加强塌落体表面的封闭以及加强拱顶和洞周的支护措施，适当减少洞内的小导管布设，以利塌方段的施工进度。

参考文献

[1]JTJ042-94，公路隧道施工技术规范[S].

[2]公路隧道施工[M].北京：人民交通交通出版社，2001.

[3]铁道部第二工程局 编制 隧道

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。