白玉隧道塌方处理及隧道塌方预防

王锦繁

(福建省交通建设工程试验检测中心)

白玉隧道塌方处理及隧道塌方预防

王锦繁

(福建省交通建设工程试验检测中心)

叙述了山岭隧道坍塌的一般处理措施。提出采取详实的地质勘查、超前地质预报、合理的施工方案等手段预防隧道坍塌。

隧道塌方;地质勘查;防排水处理;预防控制

1 概述

福建省蛟城高速公路白玉隧道位于福建省上杭县境内，属于典型的山岭隧道。白玉隧道起迄桩号为左洞ZK29+925～ZK32+467，右洞YK29+900～YK32+455。左洞长2 542 m，右洞长2 555 m，左右洞平均长2 548.5 m，属长隧道。采用分离式双洞布置。隧道进口段位于直线上，出口段右线位于在半径为1 500和1 400 m的平曲线上;出口段左线位于在半径为1 200和1 419.13 m的平曲线上。左洞纵坡为-2.5%，右洞纵坡为-2.50%。

场区上覆残积粘性土(Qel)，下伏基岩为白垩系寨下组(K1z)砂砾岩、凝灰质砂岩(159°∠25°或 50°∠25°);泥盆系天瓦岽坑组(D3t)含砾砂岩夹泥质粉砂岩(115°∠40°);震旦系楼子坝群(Z1z)变质砂岩(309°∠45°);进口段有燕山期花岗斑岩侵入(γπ)。

拟建路线区域上位于闽西南华力西—印支拗陷带，次级构造属北东向明溪—武平拗陷带东部，北西向上杭—云霄深断裂构造带的北侧。隧址区见7条断裂构造发育。

经地表调绘、浅层地震物探及钻探成果表明：隧址区有7 条断层(F37、F38、F40、F41、F42、F43、F44)横穿或平行隧道轴线。对本隧道的稳定性和围岩级别有一定的影响。

隧道围岩从已开挖的地段看，地质变化频繁、节理裂隙发育，岩层走向无规则，石质破碎，围岩自承能力极差，原设计为Ⅳ类，实属Ⅱ类。

2011年6月16日，白玉隧道出口左洞ZK31+469处洞顶出现大面积塌方，坍体松散、破碎，岩体自拱顶塌孔处自左向右呈倾斜状漏出。山坡地表形成直径15 m深9 m的陷坑。

2 坍方段支护情况

隧道建筑限界高5.0 m，宽11.5 m，开挖断面高7.5 m，宽12.5 m，采用新奥法设计复合式衬砌。其原支护措施为：拱墙全断面设置Ⅱ级φ16螺纹钢筋网(25×25 cm)，拱部系统锚杆为3 m长φ25中空注浆锚杆，间距1 m×1 m，梅花型布置;边墙施作3.0 m长φ22砂浆锚杆，间距1 m×1 m，梅花形布置;拱墙全断面喷C20混凝土(厚10 cm)，预留变形量10 cm;二次衬砌采用40 cm厚C25混凝土(还未施工)。开挖时地下水较小，几天后喷射混凝土表面出现渗水，且渗水面积逐渐增大增多。2011年6月16日洞顶出现大面积塌方，坍塌岩渣堆满工作面，坍腔高度约估计10～12 m高，15～20 m宽，坍塌岩渣估计四千多方，覆盖原开挖断面达20延米。同时ZK31+450～440段初期支护发生变形开裂，喷射混凝土裂缝宽达10～30 mm，环向长度贯穿整个断面，剥落掉块，钢筋网外露，初期支护被破坏，失去其支护能力。

3 塌方处理措施

3.1 塌方处理工艺流程

防排水处理→塌方处附近加固→塌方段处理→地表固结注浆→超前管棚→塌方处开挖支护→仰拱开挖支护→仰拱及二衬钢筋混凝土衬砌→塌腔处理

3.2 防排水处理

山岭隧道含水丰富，做好防排水工作，对隧道围岩的自稳起很大的作用。由于隧道向下坡方向开挖，在工作面上开挖水沟和集水坑，通过水沟和水泵将水及时排出。通过对围岩的注浆不仅提高围岩自稳能力，同时也起防水作用。

3.3 坍方处附近加固

对ZK31+450～440段段初期支护开列段进行了加固处理，以防止坍塌发展。具体措施为：加设Ⅰ18工字钢架作为临时支撑，刚架间距为1米，拱架角喷射C20混凝土固定，并做临时仰拱，拱背与喷混凝土面紧帖，空隙处喷混凝土封闭。每榀临时支撑设8根φ22砂浆锚杆(长3 m)锁定。临时支撑之间作φ22螺纹钢筋拉杆。全断面增补5 m长φ25锚杆加固围岩，间距1 m×1 m，梅花形布置。

3.4 塌方段处理

(1)坍塌面处理

对坍塌岩渣外露面喷10 cm厚C20混凝土进行封闭处理，喷混凝土并设φ6钢筋网(25 cm×25 cm)。

(2)塌方段固结注浆

对坍方体进行固结注浆，以提高渣体自身稳定性和强度，同时在衬砌附近形成防水墙，起防水作用。注浆管采用6 m长φ42钢花管，注浆孔深6 m。洞周注浆孔外插2 m，环向间距为1 m，中部及下部注浆孔间距可调整为2 m。注浆扩散范围为2～4 m，浆液采用C∶W=1∶1之水泥浆，并掺入水玻璃，注浆压力为0.8～1.2 MPa。每4延米为一循环，共计5个循环。

3.5 地表加固

对隧道洞内塌方体注浆加固的同时，对地表塌陷处进行注浆处理，提高地表自稳能力。并在确定地表已处于稳定之后，方可进行隧道内的开挖。

注浆浆液采用C∶W=1∶1之水泥浆，并掺入10%的水玻璃，注浆压力为0.8～1.2 MPa。

3.6 管棚超前支护

采用全液压凿岩台车沿开挖轮廓以3～5度外插角打设φ102 mm、深6 m的孔，然后用液压凿岩台车顶入φ89钢花管，每循环长度为6 m，搭接长度2 m，环向间距0.3 m，每4延米为一循环，共计5个循环。注入水泥浆填充管棚以增加其刚度，注浆压力根据现场实际情况而定，以充满管体为准。

3.7 开挖支护

进行注浆固结和施作超前支护后，采用微台阶、短开挖施工方案，台阶采用三台阶，每台阶长度为1.5 m。每开挖循环控制在1～1.5 m以内，短进尺，弱爆破。开挖后在管棚下架设I18工字钢架，刚架纵向间距为0.5 m，纵向用φ22螺纹钢筋拉杆连接，拉杆环向间距为1 m。钢筋网用φ10的钢筋，网格为20×20 cm，双层，喷C20混凝土(30 cm厚)。φ22系统砂浆锚杆，3.5 m长，0.8 m(环向)×0.5 m(纵向)，梅花型布置。

3.8 仰拱开挖支护

为了提高该段软弱地质处隧道的承载力，减小下沉，防止底鼓的隆起变形，调整衬砌应力，封闭围岩，阻止围岩过大的变形，并增加底部和墙部的支撑抵抗力，在该段落增设仰拱。仰拱初支采用I18工字钢架，刚架纵向间距为0.5 m，26 cm厚C25喷射混凝土。仰拱衬砌采用60 cm厚C25钢筋混凝土，回填采用C15片石混凝土。

3.9 二次衬砌

为确保永久结构及运营安全，对该段及前后影响段二次衬砌进行加强处理，衬砌采用60 cm厚C25钢筋混凝土。

3.10 坍腔处理

坍塌地段安全顺利通过后，用探地雷达探测的上部坍腔密实情况，结果表明坍腔内岩渣经过注浆局部还存在不密实情况。后采用小导管注浆对不密实部位及周边进行再注浆加固，使坍腔内岩渣处于密实稳定状态。

4 加强监控量测

施工处理时，为确保隧道不再塌方，加强了监控量测。在地表塌方处设立5个沉降观测点。在洞内加密拱顶沉降观测、围岩收敛监测和钢支撑应力监测。根据量测记录绘制出的各个点的应力应变—时间曲线，随时掌握结构稳定和受力状况。监控量测结果表明隧道围岩及拱顶变形、钢支撑应力已稳定，隧道处于安全状态。

5 隧道塌方预防

隧道塌方处大多发生在岩石破碎或软弱地质部位，由于山岭隧道含水丰富，开挖过程若没采用合理的施工方案，则很容易破坏围岩的自稳能力，最后导致隧道塌方。隧道详实的地质勘查、适时的超前地质预报、合理的施工方案是预防隧道塌方的有力措施。

5.1 地质勘查

由于施工现场的地质与设计的地质差别较大时，导致隧道开挖和支护方式不对，是导致山岭隧道塌方的很重要的一个原因。地质勘查还包括对地形地貌的勘查，如果隧道所穿过的围岩离地表很近，隧道顶部的覆盖层很薄时，当地质软弱则容易出现塌方。隧道的塌方与地质、地貌关系很大，在施工过程若能掌握详实的地质、地貌，制定合理的施工方案，及时加固围岩，提高围岩自稳能力，就能为隧道安全施工提供保障。

5.2 地质超前预报

为确保隧道施工安全，加快隧道施工进度，制定合理的施工方案，应在施工中采用超前地质预报技术。超前地质预报是采用地震波、探地雷达、红外探水仪等仪器，探测隧道开挖掌子面前可能存在的空洞、断层、裂隙、含水，并根据探测结果初步判定围岩类型，为隧道开挖及支护提供合理的参数。

6 结论

(1)白玉隧道塌处方通过合理的治理，隧道围岩已经稳定，隧道处于安全状态。

(2)白玉隧道塌方情况表明，在不良地质地段，应做好地质勘查工作和地质超前预报，以探明隧道掌子面前方及周边地质状况，制定合理的施工方案，以避免坍塌。

U445

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1008-3383(2013)04-0107-01

2013-02-01