龙池山隧道出口塌方处理方案

【摘要】 铁路建设中隧道工程越来越多，隧道安全风险也极大，隧道施工中地质条件不好常常会遇到塌方。如处理不好既耽误工期不说，还影响以后的运营，下面结合我本人所参建的隧道谈一下隧道塌方处理的要做好的一些体会。

【关 键 词】 隧道 塌方 原因分析 处理措施

一、工程概况

龙池山隧道出口位于陕西宁强县金山寺金溪河水流方向的右侧，隧道全长为11259米。出口塌方范围为DK466+321～+330，塌落体已顶住塌腔口，塌方体约2000m?。龙池山隧道出口掌子面围岩揭示地层为砂质千枚岩夹泥质千枚岩，掌子面岩体线路右侧较完整。左侧起拱线位置以泥质千枚岩为主，岩面潮湿，节理较发育，岩体较破碎，自稳性较差。

二、塌方原因分析

塌方发生后，建设、设计、施工、监理和其它相关单位多次到现场勘查和研究，确认其塌方原因有：

1、安全步距严重超标

龙池山隧道出口贯通前掌子面里程DK466+317，仰拱里程DK466+389，仰拱超标37米。

2、追求进度，不吸取塌方教训

龙池山隧道出口DK466+313右侧拱腰处前次就发生塌方，方数量约200立方米。这次塌方未能引起施工、监理的高度重视。出现塌方后没有采取针对性、有效的加固处理措施，而是采取了跳过塌方段，到掌子面另一端继续开挖。该塌方段位于贯通面，当隧道贯通后，临空面进一步扩大，拱部不稳定岩体变形加速释放。

3、未落实监控量测措施

现场检查监控量测的测点埋设不符合要求，监控量测记录没有反应实际情况，未见信息反馈和预警报告，该隧道Ⅲ级围岩较多，围岩收敛、沉降值较小，导致现场管理、技术人员对监控量测工作不重视，当出现Ⅳ级围岩变形较大时，没有引起施工管理、测量人员的警觉，延误了加固处理时机，失去了量测工作预报预警的作用。

4、开挖支护安全质量措施落实不到位

钢架间距设计为100cm/1榀，实测9榀钢架间距分别为：107cm、114cm、113cm、103cm.107cm、113cm、113cm 、113cm、148cm。有6榀钢架间距超标。Ⅳ级围岩边墙每循环开挖支护进尺不得大于2榀钢架，实际情况是拱部一次开挖多榀钢架。喷混凝土厚度不足，钢架外露，系统锚杆未完全按设计要求施作，违规违章施工现象突出。

三、塌方处理措施

1、反压回填

为稳定围岩，便于塌方处理，要求现场立即组织进行反压回填，反压回填至拱顶里程为DK466+297～+321、DK466+330～+337段，防止塌方进一步扩大，并利于下一步采取措施。

2、大管棚施工

2.1、对塌方段DK466+297～+337段打管棚支护，在DK466+337处开挖管棚工作室，工作室使用I20b工字钢支护后施做自进式管棚，管棚规格为Φ76mm×9.5mm 热轧无缝钢管，环向间距40cm，长度40m，仰角为3°。利用大管棚对前方塌方段进行探测，探测到空腔松散体应采用水泥注浆固结。施工程序为：施作管棚工作室施工钻孔平台钻机定位自进式管棚机钻孔注浆。

2.1施作管棚工作室

在DK466+337处开挖管棚工作室，工作室使用I20b工字钢支护。孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用全站仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。

图3-1孔位布置图

2.3施工钻孔平台

对洞身进行回填至距拱顶3米位置，并设置斜坡供履带式钻机行进，平台要压实稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。

2.4钻机定位

钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

2.5自进式管棚机钻孔

自进式管棚，管棚规格为Φ76mm×9.5mm 热轧无缝钢管，环向间距40cm，长度40m，仰角为3°，钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，从而指导洞身开挖。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻管棚接头至少错开1m。

2.2注浆

对孔内注浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。注浆材料为M20水泥浆

采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，注浆压力0.5MPa，持压15min后停止注浆。注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。

3、对塌方段DK466+321～+330采取如下措施：

3.1上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为3米，宽度为隧道开挖宽度的1/2，开挖时对已变形拱架进行逐榀拆除。开挖循环进尺0.5米，开挖后立即初喷5cm砼。开挖前拱部打设Φ42单层超前小导管（注浆），长度3.5m，环向间距0.4m，纵向间距2m；喷射C25混凝土，拱墙厚度27cm；采用I20b型钢钢架支护，间距0.5m/榀，纵向连接采用Φ22钢筋，环向间距1.0m；锁脚采用Φ42小导管注浆，长4.0m，每榀钢架16根；拱墙设Φ8钢筋网，间距20cm×20cm。

探明塌腔后，初期支护施作同时预留输送泵孔和吹砂孔，采用混凝土输送泵压入C20混凝土填充塌腔至拱顶以上3m，3m以上采用吹砂填充，形成缓冲层。

做好钻孔、注浆纪录，为分析注浆效果提供依据。注浆结束后，要彻底的清洗泵体和管路，以保证下次注浆安全顺利进行。注浆施工过程中如发现掌子面漏浆，及时用麻布进行封堵。

3.2左右侧阶开挖：开挖进尺为0.5m，开挖高度一般为3m，左右侧台阶错开2m，开挖时对已变形拱架进行逐榀拆除，之后立即初喷5cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。

3.3左右侧下台阶开挖：开挖进尺应0.5-1.0m，开挖高度一般为3m，左右侧台阶错开2m，开挖时对已变形拱架进行逐榀拆除，开挖后立即初喷5cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。

3.4上中下台阶预留核心土：各台阶开挖分别开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧道开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4m。

3.5仰拱开挖：每循环开挖进尺长度宜为4m，开挖后及时施作仰拱初期支护，采用I20b型钢钢架支护，间距0.5m/榀，纵向连接采用Φ22钢筋，环向间距1.0m，喷射C25混凝土，仰拱厚度25cm；支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4m。

3.6二次衬砌全环采用C35钢筋混凝土，拱墙厚45cm，仰拱厚50cm。

其施工工艺流程见下图3-2：

图3-2 三台阶七步法开挖流程图

4、对DK466+297～+321段采取如下处理措施：

4.1、对此段按照三台阶七步法逐段开挖，初支拱墙径向注P.O42.5单液浆，采用φ42小导管，长4.0m，梅花形布置，间距1.2×1.2m（环×纵），采用I20b型钢支护，间距1m/榀，喷射C25混凝土，拱墙厚度27cm。对DK466+312～+321段已支护拱架提前安排测量核查，根据初期支护断面测量结果，确定已进行初期支护钢拱架超欠挖，对存在欠挖的拱架进行换拱处理，对不侵线的拱架不进行换拱处理。

4.2、初支换拱施工流程如下：

四、预防隧道变形及坍塌应对措施

1、隧道施工中坚持的原则：隧道开挖过程中要坚持“管超前，短开挖，少扰动，早喷锚，严控水，强支护，勤量测，早封闭”的原则。对这种情况首先要先排水、短开挖（各工序间距离尽量缩短、减少围岩暴露时间）。弱爆破（也就是打浅眼、密眼），强支护就是对有钢架的就要缩短钢架间距或者增大钢架的强度和刚度。只有稳打稳扎、步步为营，根据地质施工坍塌才会被控制或者减少。进度才有保障。现场千万不要盲目的强调施工进度，否则，适得其反，造成拱部坍塌。但是造成坍塌的原因很多，如方法选择不当，各工序间距离安排不合理，工序间距拉得较长，地层暴露时间过长，引起围岩松动风化，招致坍方的发生；围岩有显著的不对称荷载也就是地质偏压，或有滑动可能的倾斜岩层都可能造成坍塌。喷混凝土不及时或喷混凝土质量厚度不符合要求；爆破作业不当用药量过多；处理危石措施不当引起危石坠落，牵动岩体坍塌。

2、注重控制工序施工质量：一是控制好超前支护注浆效果，确实起到围岩加固作用；二是加工、安装拱架时控制好钢架连接处的焊接、板栓连接质量；三是采用台阶法施工必须确保上台阶断面支护钢架底角稳固；四是隧道内有水必须排水顺畅，避免因水浸泡底角造成下沉；五是依据软岩隧道围岩变形机理分析，做好初期支护与岩面间的排水系统，将围岩裂隙水及时排出，避免因浸泡岩面造成岩性改变而产生变形坍塌；六是根据围岩应力释放规律及初喷混凝土对围岩的“契型效应”原理，要特别重视初喷混凝土的及时性，提高围岩的自承载能力；七是要控制喷射混凝土的质量，钢架背后的超挖部位必须回填密实，喷射混凝土同时要着重控制上、下断面间钢架及下断面与仰拱间钢架混凝土的连接质量。

3、软岩隧道围岩自承载能力弱，早期应力释放快，变形大，在工序安排上要做到快速封闭结构，提早施做二衬，使初期支护与二次衬砌共同承受围岩压力，且拆模时混凝土强度应达到设计强度的100。掌子面、仰拱、二衬之间的安全步距应符合规范的相关规定。

4、加强地表观测检查，加强雨季施工时地表巡查与预防措施，防止地表水的渗漏、浸泡。

5、加强洞内照明，随时对初期支护开裂状况进行检查、记录，并形成汇报制度。

6、坚决消除人为因素的影响，避免由于施工人员为了赶进度，对突然出现的围岩变化估计不足，准备不充分，人为造成塌方。为此在隧道施工过程中，要求各施工队对可能出现的各种不良地质情况思想上要高度重视，而且对可能出现的变形坍塌要有详细的应对技术措施。尤其对已发生的变形地段要及时采取相应的临时支护措施，抑制围岩的进一步变形加剧，防止隧道坍塌的发生。

参考文献：

[1] 交通部. 公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）.北京.人民交通出版社. 2007年

[2] 陈小雄. 现代隧道工程理论与隧道施工.西南交大出版社，2006年

[3] 范智杰. 隧道施工与检测技术.人民出版社，2006年