大断面黄土隧道塌方处理

摘要 通过认真分析某大断面黄土隧道塌方的原因及塌方过程，根据围岩黄土工程的性质和塌方情况，针对不同段落采取不同的方法进行处理，同时在施工过程中做好监控，安全顺利地通过了塌方段，保证了工期及施工质量，可为类似工程提供一定的经验和依据。

关键词 黄土隧道；塌方处理；施工监控；施工质量

中图分类号：U458.3

文献标志码：B

文章编号：1000—033X（2012）07—0074—03

0 引言

某已竣工隧道是具有大断面的纯黄土隧道。该隧道设计为分离式双向六车道，隧道左线起点桩号为LK25+720，终点桩号为LK27+048，全长1328m；右线起点桩号为K25+705，终点桩号为K27+120，全长1415m。

隧道内衬砌轮廓线宽15.02m、高8.30m，按新奥法设计施工，采用复合式衬砌结构，设计时速80km·h—1，建筑限界净宽14.25m，净高5.2m。

该隧道地处毛乌素沙漠和黄土高原过渡地带，地貌以黄土梁峁—沟壑区为主。所处地段地形变化复杂，地质灾害发育，主要穿越V级黄土围岩，特殊岩土主要为湿陷性黄土，属于全线控制性工程之一。采用单侧壁、双侧壁、台阶法进行施工，进、出口同时开挖。

1 塌方情况

2011年9月21日12：10时，该隧道出口端开挖区坍塌。时隔2h，初衬钢拱架自拱腰连接板处折断，拱顶土体继续坍塌。现场采取临时措施，用弃碴回填塌腔，封堵掌子面。施作长管棚穿越塌方区，管棚采用φ75×12mm中空注浆自进式锚杆，长度21m，环向间距30～40cm，施作范围为拱腰以上部位，此方案历时20d完毕，之后静置20d恢复开挖。

开挖沿袭双侧壁导洞法，随着掌子面向前推进。左侧导洞内初期支护的喷射混凝土开始出现裂缝，管棚尾部明显下沉。现场随即停止掘进，同时在左侧导洞已施作初期支护的变形严重地段敷设临时支撑，加强沉降观测，待沉降速率变小并趋于稳定后重新掘进。

重新掘进10d后，作业人员发现塌方段左侧导洞新施作的初期支护喷射混凝土出现裂缝，伴有崩裂声响，超前锚杆尾部与拱架连接处喷射混凝土出现较大范围环向裂缝；左侧边墙处拱架与喷射混凝土之间出现竖向裂缝，喷射混凝土开始掉皮、剥落；长管棚悬壁部分向下弯曲，观测显示：左侧导洞拱顶、拱腰、拱脚和中隔壁支撑下沉速度最大时达到18mm·h—1，初次衬砌侵入二次衬砌净空最大值达45cm，对应地表出现的陷穴深度达到3m。此处隧道埋深86m。塌方地段现状描述如图1所示。

2 塌方的原因

现场分析认为，导致坍塌的因素是地下水。塌方位于进出口开挖贯通面附近，入口端已经将衬砌施工到贯通面。贯通面前后各50m地段均出现微量地下水，随着开挖的不断推进，初期支护及二衬不断封闭，改变了地下水原来的流通渠道，使其在开挖面露头。尽管黄土质围岩内地下水流量甚微，但随着水量的聚集，水不断浸润掌子面前后的黄土质围岩，使其朔化，丧失自稳能力。该过程一方面使已经施作初次衬砌的地段初衬承受的应力增大，另一方面使掌子面围岩松软、坍塌。坍塌段前后各约30m地段在拱腰部位均有连片的地下水侵蚀痕迹，局部有滴水现象。

3 处理方案

经过对现场塌方情况综合分析后，现场拟定了以下处理方案。

（1）未受影响的地段自两端继续推进二次衬砌，最大限度地缩短出入口二衬之间的距离，调整每模的浇注长度。

（2）逐榀更换已经变形、侵限的钢拱架，更换前对相邻既有拱架进行加固，增加锚杆。自两个二衬端面开始逐榀、依次进行，更换范围满足施作一模二衬时停止更换，施作二衬，逐步向塌方中心区推进。

（3）针对塌方的不同程度，采用不同施工方案。LK26+449～LK26+463段长14m，其中LK26+499～LK26+452段无侵蚀，左侧导坑只施工了拱部支撑。LK26+452～LK26+454段受原坍塌影响使初衬左侧在拱腰处侵限。LK26+454—LK26+461段左侧导坑钢架全部侵限，如图2所示。LK26+463～LK26+466.5（长度3.5m）段右侧拱腰及下部拱架侵限。LK26+457.5～LK26+463（长度5.5m）段右侧导坑拱架全部侵限。

针对所述状况，确定处理措施如下。

LK26+444～LK26+452段右侧无侵限，但考虑其在塌方影响范围内，为保证后期换拱安全，防止相邻地段处理塌方对其产生影响，所以该地段主要考虑加强支护（拱腰部位增设径向锚杆），同时加强观测，及时施作二次衬砌。

LK26+449～LK26+452段（左侧）未完成开挖剩余部分，沿袭双侧壁导坑方法开挖，每次掘进1榀拱架的距离，掘进前施作长度2m的超前小导管。导管环向间距30cm，共布置10根。每掘进安装2榀拱架，施作一环超前小导管、拱部拱架安装完毕，加强观测，确认收敛和沉降变型稳定后。开始落底，安边墙拱架，边墙拱架安装完成后，静置1～2d，观测变形，若变化速率变小，稳定后开挖仰拱，安装仰拱拱架，浇注仰拱混凝土及填充。施工中，仰拱一次开挖长度不大于2.0m。

换拱，逐榀测量侵限位置，人工凿除侵限部位的喷射混凝土，切除侵限段拱架，更换新拱架。切除侵限拱架前，在相邻拱架旁敷设长度2m的径向锚管，锚管端部与拱架焊边，此步作业跳槽进行。仰拱封闭施工如图3所示。

隧道顶部边墙处理完毕且稳定后，采用分步开挖方法闭合仰拱。闭合顺序依次为：开挖图中Ia、Ib、Ic、Id范围土体，安装Ib部位仰拱拱架：施作Ic部分仰拱和Id部分仰拱填充（图中Ia部分为维持通行的回填土），施作Ic部分时，将仰拱内环向钢筋临时向上弯起，在预留土体与Ic、Id部分混凝土之间用彩条布或其他材料隔离（以上步骤中施工长度均不超过2.5m）；挖除预留土柱，拆除临时支撑的中隔壁钢拱架；施作剩余部分仰拱填充，仰拱闭合长度达到4～5m；二衬立即跟上，直到二衬连通。

4 过程监控

为了及时准确地掌握塌方处理情况，确保施工安全，塌方处理过程中进行全方位监控，及时反馈信息，以便能够及时处理突发事件。

（1）成立塌方处理领导小组，负责现场监控、施工及施工方案的制定和完善，随时处理各种突发事件。

（2）加强照明、通风，使作业面保持稳定的视觉系统，既方便观察险情，又便于施工作业。确保施工安全。

（3）在塌方区附近增设拱顶下沉观测点10个，周边收敛点8个，地表沉降观测点5个，在开挖、支护、填充各工序前后进行量测并做好记录，对测量结果及时统计分析并反馈信息，以指导下一步施工。

5 整治效果

采用上述方案处理本次塌方耗时两个月，处理过程中未诱发更大范围的坍塌，安全有保障。从二衬施工完毕的收敛和沉降观测看出，二衬无沉降和收敛现象，无漏水，达到了预想的效果。

6 结语

通过处理本次塌方，总结出以下几点。

（1）隧道施工中要严格按照设计进行施工，不能心存侥幸，对于没有水的地段，也要认真进行分析。根据开挖情况和超前预报。及时判断掌子面前方出水情况，采取措施，减少出水对隧道施工的影响。

（2）要对塌方情况进行认真分析，确定塌方原因后再制定塌方处理方案。要让业主、监理，施工单位及现场作业人员都掌握方案的实施方法、步骤以及实施过程中可能出现的问题，便于相互协调合作。同时，要根据塌方处理过程中存在的问题及地质情况、监控量测数据，随时对施工方案进行完善和调整。

（3）及时监控量测，随时掌握地质变化，指导现场施工。尤其对大断面黄土隧道，在施工过程中，要制定严格的监控量测方案，对拱顶下沉、周边收敛、地表沉降等进行详细观测，超过预警值时及时启动应急预案。

（4）塌方处理过程中，要制定切实可行的应急预案，做好人员、物资设备等方面的准备，以便在紧急情况下及时处理一些意外情况。

（5）处理黄土隧道塌方时慎用注浆措施。实践证明，黄土质隧道塌方处理时，注浆的效果非常微小，甚至在一定程度上会起到相反的作用。