趙付升

（中鐵十四局集團 二公司，山東 泰安 271000）

西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施為我國西部地區(qū)的發(fā)展和改革開放帶來新的機遇，隨著國家對基礎建設投資的不斷增加，我國高速公路建設得到了迅猛發(fā)展，公路隧道的建設量也越來越大。在我國西南部地區(qū)，片巖是隧道施工中遇到的主要圍巖類型，塌方也是隧道施工中最常見的事故，因此，對片巖地區(qū)隧道塌方原因分析及處理的研究是很有必要的。

1 工程概況

青峰隧道為一座高速公路分離式長隧道，該隧道進口位于十堰市房縣青峰鎮(zhèn)棗樹埡村境內，出口位于十堰市房縣青峰鎮(zhèn)八里匾村境內，隧道軸線方向約270°，呈東西向展布。左幅里程樁號為ZK75+280～ZK77+222，全長1942m，最大埋深約164.2m；右幅里程樁號為YK75+280～YK77+223，全長 1943m，最大埋深約 164.7m。

該隧道地處著名地質學家李四光命名的青峰活動斷裂帶，隧道洞身穿越3條斷層及破碎帶，總延長米達655m。活動性斷層及破碎帶主要分布有中風化絹云母片巖，有明顯構造軟弱夾層，圍巖破碎，巖體完整性差，開挖自穩(wěn)能力差。地下水主要為基巖裂隙水，洞室有滲水或滴水現(xiàn)象。隧道頂部開挖易坍塌，側壁易變形。斷層走向297°近直立。

隧道洞身受青峰斷裂破碎帶的影響，巖體中構造和小褶曲發(fā)育,施工過程中洞身開始大量出現(xiàn)片巖地質及部分零散段落。絹云母片巖巖體的抗剪強度低且對振動影響很敏感，巖體扭曲、揉皺現(xiàn)象明顯，節(jié)理發(fā)育，巖體節(jié)理面光滑亮澤，往往夾雜有石英巖脈侵入體，并伴有地下水滲流。施工過程中出現(xiàn)了不同程度的初期支護變形、侵限、拆換和危及施工安全現(xiàn)象。

2 隧道塌方的基本情況

2.1 坍方情況介紹

2011年8月30日青峰隧道進口右幅掌子面施工至YK75+476，YK75+450-YK75+468段初支施工完成后，通過監(jiān)控量測顯示，初支沉降及收斂量大，并逐步侵限，隨即停止掌子面施工，于掌子面向后施做臨時扇形支護處理。在YK75+461-YK75+462段換拱過程中，圍巖出現(xiàn)大面積滲水現(xiàn)象，于2011年9月7日6時30分YK75+461處發(fā)生坍塌，塌體將隧道掌子面全部掩埋。塌方體大部分為粉狀強風化料，中間夾雜少量石塊。經(jīng)初步測算，塌方量約為500方。見圖1、圖2。

圖1 坍塌現(xiàn)場照片

圖2 塌方示意圖

2.2 塌方原因分析

塌方段圍巖屬Ⅴ級圍巖，巖層為云母片巖，云母、石英含量較高，節(jié)理發(fā)育，片理面光滑如鏡無黏著力，巖層產(chǎn)狀平緩，受青峰斷裂破碎帶影響揉皺現(xiàn)象較明顯，隧道初支侵限段層狀片巖具有一組隧道順層結構面，該結構面的結合程度較差，云母含量較重，結構面遇水軟化，降低了力學指標，致使圍巖整體性降低，圍巖發(fā)生層間錯動而導致隧道塌方。

3 處理方案

3.1 處理指導思想

坍塌段圍巖為娟云母片巖，片層節(jié)理蠕滑，自穩(wěn)能力差,如不及時對坍塌面進行支護約束，坍情極易擴大。處理時先對塌體后方初支加固(YK75+450-YK75+460段)，使坍情得到控制，后封閉坍塌面，封閉時由于YK75+462-YK75+476段已被塌體覆蓋情況不明,為確保施工安全先不進行處理,坍體加固處理完后將侵限段進行換拱處理，在進行掌子面施工。

3.2 具體處理方案

3.2.1 坍方處理順序

坍體后方加固→YK75+458-YK75+462段坍體處理→YK75+450-YK75+462變形段處理→坍方段結構加強處理→施工掌子面。

3.2.2 坍體后方加固

1）對YK75+455-YK75+460段初支段進行加固，根據(jù)塌方前初支情況全環(huán)架設I18工字鋼，縱向間距60cm，榀榀跟進，架立一榀噴砼一榀，護拱拱腳不得落于虛碴堆上，可在拱腳位置小范圍清理平整，為防止拱腳下沉，在拱腳下墊方木。噴射砼時將方木包裹，做成擴大基礎，防止拱架沉降。

2）架立I18工字鋼護拱處，環(huán)向搭設徑向系統(tǒng)φ42注漿導管，并注漿加固，已穩(wěn)固初支作業(yè)面。

3）對YK75+457-YK75+460段初支面，護拱架設完成后，打設扇形支撐，并設橫向支撐，支撐采用φ150鋼管。

3.2.3 YK75+458-YK75+462段處理方案

當大跨度公路隧道處于斷層破碎帶時，因地質條件復雜、圍巖整體穩(wěn)定性差，使得當前和后續(xù)施工的質量和安全保證難度更大、要求更高，所以，在確定施工方案尤其坍塌處理技術方案時，必須本著“確保當前，兼顧后續(xù)”的原則。技術方案以“逐步揭露、逐段穩(wěn)固，各種支護結構協(xié)同作用”為主旨、“自穩(wěn)塌體，填實腔體，固結巖體”為步序，在實現(xiàn)順利穿越坍塌的同時，加強超前支護保障后續(xù)施工。

1）隧道坍塌后，不要急于擾動巖體及塌方體，因為該段隧道處于斷層破碎帶，各種擾動對巖體穩(wěn)定性有很大影響，大規(guī)模塌方過后隨時可能出現(xiàn)小的坍塌體。所以，要任溶穴自由坍塌一段時間直至達到自然穩(wěn)定方可進行下步處理。

2）待塌體穩(wěn)定后，對塌體進行全方面封閉，由內到外，由下而上，逐段分層噴射砼,采用C20噴射砼，每層厚5厘米左右，噴砼厚度10厘米左右。

3）為保持掌子面巖體穩(wěn)定，防止繼續(xù)大規(guī)模坍塌，同時作為塌方處理的作業(yè)平臺和后續(xù)洞身臺階法施工的臺階，先用左洞的石碴在掌子面堆填8～10m左右長度的平臺，平臺頂面距離設計開挖輪廓拱頂5.5m，并在平臺范圍外做出斜坡道供機械等上下。

4）為保證后序施工安全進行超前管棚支護，同時保證目前塌方的溶腔范圍內進行各種施工的安全，并作為鋼拱架施作時的支撐管架，塌體封閉后，在拱部范圍打設一環(huán)鋼管。鋼管采用φ108鋼管，環(huán)向間距40cm；長度6m、后方在已經(jīng)施作完成的初期支護內1m左右；為保證有足夠支承力，在鋼管外端端頭施作一榀支撐鋼拱架。支撐鋼管施作示意圖見圖3所示。

圖3 鋼管棚架端頭工字鋼示意圖

為保證鋼管棚架有足夠剛度，打設完成后其內壓入水泥漿，漿液水灰比為1∶1，注漿壓力初壓0.5-1.0MPa、終壓2.0MPa。

5）管棚施工注漿結束后，開挖渣體，每循環(huán)60cm，開挖采用人工配以風鎬開挖，人工裝運，小推車運送，每循環(huán)開挖完后及時出噴C20噴射砼封閉周邊及前方塌體，后施工施做護拱I18工字鋼，間距60cm，立一榀噴一榀。

6）環(huán)向搭設φ42超前注漿小導管，間距40cm，超前注漿加固。小導管長5.0m，外插角10度，縱向間距60cm設置一環(huán)。小導管管壁鉆設梅花孔，孔徑1cm，間距15cm，導管前端做成尖狀，頂進端1.0m長度內不鉆孔。注漿采用劈裂注漿注漿終壓2.0MPa，水灰比1：1，注漿材料為純水泥漿，注漿可根據(jù)開挖體實際調整加以輔助劑。注漿前在導管口焊接注漿閥門，每一循環(huán)噴錨時必須將擋頭封死保證注漿時不跑漿。

7）為使塌腔處按照設計尺寸要求架立拱架，噴射混凝土腔殼容易形成，在拱架外部交錯鋪設雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)外敷復合式防水板作為拱背封擋；噴射砼殼體厚度為26cm。

拱架及其他鋼筋部件施作完成后，焊接固定預埋泵送砼管。泵送管預留時頂端距離塌穴頂50cm，預留在噴砼護拱下部的管口端不少于30cm。

8）噴射砼前先將預留泵送砼管口封堵，以防止噴砼堵塞管道。噴射砼時嚴格按照施作要求進行，務必保證噴砼層的密實度和整體厚度，以達到承載要求。

9）壓注砼，充填塌穴

待腔殼噴射砼強度達到80%以上以后，遂泵送壓注砼充填塌穴。充填砼型號為C25，分層壓注，每層壓注厚度1.0m左右。施作要點：壓砼前，估算塌穴尺寸計算需要壓入砼的方量，以避免壓入量不足或壓入過多；后一次壓砼必需在前一次壓入的砼強度達到設計強度的80%以上方可進行；安設拱架時，根據(jù)塌穴的總高度確定每次壓注厚度后，埋設每層混凝土壓注時的檢查管，檢查管采用φ42鋼管，埋設位置盡量在溶穴最高處并保證澆筑過程中不會被混凝土堵塞。

充填砼施作完成后，利用噴射砼設備向砼護拱上方吹入砂子填充護拱和塌穴壁間的空隙作為緩沖層。具體見圖4。

3.2.4 YK75+450-YK75+462變形段處理方案

該段拱部雖未發(fā)生坍塌，但拱部圍巖已產(chǎn)生裂紋，裂紋最寬達2厘米左右，且該段右側初支嚴重變形，左側初支存在欠挖，前期坍塌處理時已搭設導管注漿，注漿完畢后采用風鎬破除原初支砼再架立拱架。

1）經(jīng)檢查注漿效果合格后，換拱間距每循環(huán)60cm，一次拆除原立護拱，在原初支面上按設計斷面采用人工持風鎬開槽,開槽斷面按照設計施工參數(shù)開槽，尺寸合適后及時進行噴射砼封閉。

2）每循環(huán)開槽后及時施工初期支護，I18工子綱，縱向間距60cm，噴射砼24cm，φ8雙層鋼筋網(wǎng)片，徑向φ42系統(tǒng)導管長350cm，超前φ42注漿導管。注漿結束后待注漿強度達到后，在按循環(huán)繼續(xù)換拱。

3.2.5 坍方段結構加強處理

1）對YK75+450-465段做襯砌加強處理，襯砌采用45厘米厚的C25鋼筋砼。

2）坍方處理時所有加設的支撐必須待仰拱成環(huán)后、在襯砌施工前方能拆除。

3）拱背坍穴由于已泵送砼回填，為保證初支結構安全,不考慮二次回填。

3.2.6 監(jiān)控量測

坍方后我們對YK75+450-465段5米設置一組觀測樁,2-8小時觀測一次，如遇數(shù)據(jù)異常，還及時進行了加測。

4 安全質量保證措施

4.1 由于施工作業(yè)面存在坍塌、落石等危險，在隧道處理坍塌的施工過程中，務必嚴格控制施工人員選配，抽調技術熟練的職工組成施工工班，本著精簡、干練的原則組織人員進行施工，嚴禁多余人等進入工作面。

4.2 塌方處理施工期間，必須加強隧道內的通風、照明及材料供應的及時正常。要有專人負責觀察圍巖變化情況，如有危險，及時通知人員撤退到安全處。

4.3 初噴砼封閉掌子面及塌穴壁的施作是處理措施中重要的一環(huán)，關系到后續(xù)施作的安全和能否正常進行，所以，初噴施作必需保證受噴面充分、噴射厚度充分、初噴時間及時。

5 施工體會

5.1 應該做好隧道施工災情應急預案并進行演練，一旦坍情發(fā)生后，立即啟動應急預案，組織一個強有力的領導小組,按既定方案進行搶險處坍塌。

5.2 坍情發(fā)生后，應首先摸清坍體情況，根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定合理的施工方案。坍塌后應根據(jù)實際情況盡快召開方案討論會，與會人員應深入、客觀、全面地討論，方案形成后應擴大交底范圍，由技術人員向工區(qū)主任、值班員、工班長交底,值班員或工班長向成員交底，使現(xiàn)場操作工人都知道具體方案。

5.3 坍塌發(fā)生后，應先加固未坍地段避免坍情進一步擴大，后根據(jù)實際情況盡快對坍塌面進行支護，處理時避免破除坍塌碴堆。坍方處理應穩(wěn)中求快，嚴防冒進。

圖4 坍塌處理示意圖

5.4 坍方處理過程中，必須加強監(jiān)控量測，我們通過加密的觀測樁得出，坍方處理的措施是合理、安全的。

6 青峰斷裂破碎帶片巖軟弱不均地層防坍技術

受青峰斷裂帶影響，隧道圍巖均表現(xiàn)為破碎，自穩(wěn)性較差，遇水后軟化、膨脹易脫落、掉塊。片巖軟弱不均長出現(xiàn)，表現(xiàn)為隧道一側圍巖較完整、自穩(wěn)能力較好，另一側結構松散、膠結性弱或無膠結，自穩(wěn)力差。此種地層施工易麻痹施工人員，往往得不到應有的重視。施工時應做到以下幾點∶

6.1 工序組織、快速成環(huán)

步序合理、工藝到位和采取的一系列措施對隧道變形具有抑制作用，以二襯施工控制開挖速度,是減少變形拆換的一個有效方法。控制工序步長，化施工工藝，并對每個工序、工藝進行監(jiān)控，確保工藝到位，嚴格控制工序步長,

6.2 超前地質預報，制定合理的施工方法

（1）軟弱不均地層施工時，應全程采用風鉆探眼，探眼深度控制在循環(huán)進度上，以便隨時掌握軟弱分界線走向位置。（2）軟弱層應采用超前小導管預注漿法改善地層條件，軟弱不均地層段應按軟弱層支護參數(shù)加強支護強度，嚴禁出現(xiàn)隨意拉大拱架間距、減小噴砼厚度等野蠻施工現(xiàn)象。（3）挖機扒碴時，嚴禁出現(xiàn)拉中槽現(xiàn)象。下斷面施工時必須左右錯開，且開挖進尺不得大于1榀拱架。

6.3 錨噴構筑法原理指導施工

（1）采用控制爆破，盡量減少對圍巖的擾動，爆破后及時初噴并及早進行初期支護。（2）開挖時軟弱側收縮周邊眼位置、實行隔孔裝藥，并通過小管棚預支護等輔助施工方法保證開挖質量，防止出現(xiàn)較大欠挖。（3）加強監(jiān)控量測工作，及時反饋信息，做到信息化施工。對變形超限的初期支護要及時進行加固。

6.4 釋放應力措施

由于絹云母片巖特殊巖性的影響，圍巖變形量大易導致初期支護變形侵限，因此對大變形隧道的處理應按照先放后抗的原則進行，在臨時支護約束下盡量釋放變形，然后施作初期支護，二襯及時緊跟。

6.5 初期支護質量

（1）確保噴混凝土與圍巖密貼，并保證噴混凝土強度。對超挖較大處，必須采用同級號的砼回填密實，并增設系統(tǒng)錨桿,嚴禁回填片石或其他雜物。（2）鋼支撐間距符合設計要求，安裝位置正確，保證接頭處的等強連接，鋼支撐拱腳增設鎖腳錨桿加固。（3）嚴禁拱腳懸空∶嚴格控制上斷面底板眼位置，如有超挖，應用方木支墊，并噴砼密實。

6.6 加強監(jiān)控量測，增加預留變形量，滿足施工需要

針對青峰隧道變形持續(xù)時間長、累計變形量大的特點，依據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，增加了預留變形量，由設計的15cm增加到45cm。施工中通過對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析和判斷，對圍巖-支護體系的穩(wěn)定狀態(tài)進行預測，并據(jù)此確定相應的施工措施，一確保圍巖及結構的穩(wěn)定與安全。

6.7 嚴格施工紀律

施工方案一經(jīng)確定，操作人員必須嚴格執(zhí)行，不得私自變動。嚴格的施工紀律，合理的工序安排，先進的施工工藝，嚴肅的管理制度是一套防坍塌的有效手段。

7 結束語

坍方原因與處理方法各異，坍方處理必須要根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本著安全、快速的指導思想，制訂合理的處理方案。

隧道施工，特別是長隧道施工，地質變化較頻繁，設計勘測不可能做到萬無一失，但通過合理的施工組織，必要的施工紀律，坍方是可以避免的。施工時做好超前地質預報，根據(jù)掌子面圍巖變化確定合理的施工方案是避免坍方的首要條件;加強施工紀律、杜絕隨意性施工，是避免坍方的必要條件。

［1］湖北省交通規(guī)劃設計院.谷竹高速公路《施工圖設計》[Z].

［2］湖北房縣青峰斷裂帶的變形與變質作用研究[J].成都地質學院學報.

［3］隧道坍塌的預防及處理措施[J].工程技術.

［4］公路隧道施工技術規(guī)范[S].

［5］隧道塌方原因剖析及工程對策[J].鐵道建筑技術.