隧道施工病害处治

李振龙

云南阳光道桥股份有限公司 云南 昆明 650101

随着我省经济快速发展，公路交通量的剧增，隧道也不再像之前设计的少，施工量也少，随着隧道的增多各种问题也随之凸显，这里就以隧道施工隧道塌方在施工塌来研究探讨，讲述我所经历过的坍方及处治办法，由于2018年8月，正值雨季，山体富水,负责管辖的一个隧道发生了塌方，及时组织大家一起现场踏勘，查看坍方具体情况，查找塌方原因，隧道开挖时，导致塌方的原因有多种：一是自然因素，即地质状态、受力状态、地下水变化等；二是人为因素，即不适当的设计，或不适当的施工作业方法等，由于塌方往任会给施工带来很大困难和很大经济损失。因此，需要尽量注意排除会导致塌方的各种因素，尽可能避免塌方的发生，通过现场查看发现该隧道不但洞内产生了塌方，洞外已经导致冒顶，经现分析原因，确定了处治方案。

该隧道工程概况为分离式隧道，右幅起止点桩号为K20+687～ZK21+220，右幅全长533m；隧道最大埋深约为100.800m；左幅起止点桩号为ZK20+687～ZK21+190，左幅全长503m；隧道最大埋深约为103.060m；左右幅隧道单幅累计总长1036m,坍塌段埋深约28m，隧道施工后拱顶埋深约20m；工程区属构造侵蚀、剥蚀高中山地貌区，地形起伏较大，岩体破碎～较破碎，海拔高程介于1620～1735m之间，相对高差约115m。

初支坍塌冒顶段基本概况：初支坍塌冒顶段位于该隧道出口左幅ZK21+133.8～ZK21+136段，坍塌段距离隧道出口54m, 距二衬1.6m，距掌子面53m,围岩等及为Ⅴ级，隧道围岩以中风化页岩为主，节理裂隙发育，岩体破碎，呈层状结构，物探电阻率200Ω.m左右，属相对高阻区;岩体寡水性较弱，开挖后可能存在较小量的滴水现象。隧道开挖方法为钻爆法，开挖方式为3台阶式，隧道支护采用新奥法原理设计和施工；超前支护采用单层Ф42*4mm*45根注浆小导管、设计衬砌类型为SF5a,初期支护Ф25中空注浆锚杆L=300cm,间距100*60cm，C25喷射混凝土厚25cm, Ф8HPB钢筋网15*15cm，I18钢拱架，间距60cm，预留变形量15cm，防水层采用400g/m2土工布及PVC防水板，二次衬砌为厚50cm的C30防水钢筋混凝土村砌，具体采用型号为I18的工字钢作为初期支护的拱架，锁脚锚杆为Ф42*4.5m*16根。该隧道左幅掌子面桩号：ZK21+082.8（完成97.2m），二衬施工桩号：ZK21+137.6（完成52.4m），仰拱施工桩号ZK21+098（完成92m），仰拱距掌子面15.2m，二衬距掌子面54.8m。

隧道塌方现场情况塌方发生在ZK21+133.8～ZK21+136段，属隧道洞口段。2018年8月13日下午左幅ZK21+134.4～ZK21+133.58（V级围岩，衬砌类型sf5a）两榀I18工字钢换拱及支护，于2018年8月14日早上7点52分在换拱ZK21+133.8～ZK21+136段时（V级围岩，衬砌类型SF5a）出现初支垮塌现象，塌方开始时，距开挖掌子面53m处右侧初支钢拱架部分被破坏，拱顶不断有坍塌的土石落入洞内；现场及时疏散人员，人员设备未造成伤亡，塌方20分钟后，在距离开挖掌子面53m处上导2榀初期支护所立工字钢拱架全部损坏，出现一个面积为5m×3m的洞，并有扩大趋势，拱顶上方土石继续向洞内掉落，逐渐在洞内形成一个锥形土体;塌方30分钟后，洞内完全被一个锥形塌体覆盖。此时，塌体基本处于稳定状态，经粗略估算，塌方方量为500m3。

与此同时，由于隧道为冒顶塌方，故地表上方出现了一个11*5*20的漏斗形大坑，且坑体周围边坡不稳定。

塌方主要原因分析：该段地处隧道穿越地层覆盖过薄属浅埋地段（此段图纸埋深28m，洞身开挖后为20m）。坍塌段岩体为强～全风化页岩，属软岩，呈薄层状，节理裂隙发育密集、裂隙间夹软弱层，层间结合较差，山体表层自稳能力差，受季节性降水下渗影响，页岩育水易软化失稳，自身稳定性遭到破坏，岩体内部应力增大，遂对初支结构压力也随之增大。塌方处拱顶地表地处不良地质及水文地质条件隧道穿冲沟的堆积体，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌。在软弱结构面发育，泥质充填物过多，产生了坍塌。因11号～14号降雨量增多，通村道路一根Ф40的圆管涵的水未作引排，直接流入拱顶地表土体。坍塌段于早于确认换拱方案，换拱缓慢，换拱施工严重滞后，在此期间未对换拱段进行临时支撑。从力学角度考虑，由于洞口段的开挖破坏了原有山体或周围围岩的稳定，使隧道上端围岩内部应力重新分布。围岩原有的应力平衡被打破，加之围岩内部存在裂隙水作用，水减少了土石间的摩擦系数，增大了轴向压力，加剧了围岩的变形。几个综合作用，致使隧道上方岩体失稳，造成塌方。

综合处治方案如下：施工现场

为确保安全，塌方段洞外地表采用塑料布临时覆盖，防止雨水及及地表水进入； 修复塌方段通村老路疏通地表水，修复边沟，恢复水系，将涵管改移到线外，保持排水通畅，混凝土硬化老路路面；在洞内稳定时，通过洞内外观察，超前地质预报长、短结合，掌子面超前探孔等综合确定评估后在确定相对安全的情况下，清理完塌方，在掌子面反压回填土，对洞内塌方土体采取挂钢筋网后喷射混凝土防护；洞内操作平台用沙袋进行堆垒； 隧道内塌方段采用超前管棚配合双层小导管注浆，超前管棚采用Φ108*6mm*15m，热轧无缝钢管，间距40cm，打设在拱顶150度角度范围。管内放置由Φ22*4主筋制作的钢筋笼后注浆，注浆压力压力1-1.5MPa；超前小导管采用间距30cmΦ42*4mm*4.5m双层打设，第一层10-15度角打设，第二层35-45度角打设，2榀一个循环施作，浆液均采用水灰比: 1: 1水泥浆，待注浆形成强度再开挖掘进；开挖方法采用3台阶预留核心土法开挖；初期支护采用22b工字钢，间距50cm，锁脚锚杆由设计8根变更为16根，喷射混凝土由27cm变更为30cm，径向锚杆Φ42*3.5mm*4.5m打设； 隧检单位及施工单位加强监控量测，出现异常及时上报进行调整；及时施作二衬，处理段（15m）二衬施作不得低于两次；管棚通过后再浇一模，确定安全后，采用黏土回填地表坑洞封水；通过严格按方案施工洞内外塌方得到了解决。

在今后的施工中应该汲取教训，认真分析该事件，完全是可以避免的，隧道塌方应做好以下预防措施，在掘进到不良地质围岩破碎地段，应采取法。“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工方必须制订出切实可行的施工方案及安全措施。隧道施工过程中，应加强施工技术管理，保证围岩及支护的稳定，并应做好下列工作，防止塌方的发生：全面了解设计提供的地质状况，并及时与现场实际情况对比，明白设计意图。加强超前地质预报工作，发现开挖面前方有异常情况出现时，应及时研究并采取相应对策措施。软弱围岩、特殊岩土和不良地质地段，应采取正确的开抗方法及有效的支护手段。为防止隧道塌方，隧道施工应符合下列要求：应根据喷锚构筑法的基本要求进行开挖，合理选定开挖方法，同时采用光面爆破和预裂爆破技术，减少对围岩的扰动。在开挖过程中，发现任何特殊情况发生时，应暂停施工，待处理后方可继续掘进。初期支护，必须及时施作并保证质量，在特殊情况下，应采取特殊的支护措施。二次衬砌不得严重滞后初期支护，在软弱围岩地段宜紧跟开挖，Ⅲ、Ⅳ级围岩中，应根据量测结果确定最佳施作时间。认真开展监控量测工作，并及时反馈量测资料，指导施工。为防止隧道塌方，施工现场管理应符合下列要求：严格按照设计文件及施工组织设计要求进行施工，未经批准，不得擅自改变开挖方法及支护形式。认真进行支护作业，确保支护参数和质量达到设计要求。

土质类塌方的围岩级别一般为Ⅳ-Ⅵ级，隧道的围岩以土质或风化岩石为主，塌体呈土状，含有大量的黏土、砂质士（≥70%）及少量的石屑和孤石，塌方范围以外的未塌部分呈相对不稳定状态，塌方规模一般较大，主要为大型和特大型塌方。处理时应符合下列规定，土质隧道塌方不宜采用清渣的方式处理。土质隧道塌方可采用注浆加管棚的处理方法，注浆可视塌体中土质（或砂）的颗粒大小分别采用渗透注浆或劈裂注浆。場方地段的衬砌，应视塌方的大小和地质情况，采用钢筋混凝土或钢架混凝土子以加强。衬砌完成后，应及时施作护拱和回填。当塌六较小时，可用浆砌片石或干砌片石将其填满；当塌穴较大时，可先用浆砌片石回填一定厚度，再采取黏土回填封水处理。