浅析隧道塌方成因分析及施工处理技术

刘立强

摘要：雅砻江官地水电站对外交通公路改造工程

磨盘山隧道在施工过程中受不良地质情况影响，多次发生大塌方，本文通过分析磨盘山隧道K642+184掌子面大塌方的发生成因及塌方处理方案，总结出该类塌方方案的有效性。事实证明，磨盘山隧道多次大塌方按照“堆渣反压+超前大管棚+固结灌浆+超前排水孔”的基本思路进行处理后，都是成功的。

关键词：隧道塌方成因分析施工处理技术

一、塌方段地质概况

1．施工图设计地质概况及支护措施

施工图设计中本洞段围岩为微新花岗闪长岩，岩体较完整，呈大块状砌体结构，围岩基本稳定，暴露时间长可能出现局部小坍塌。围岩分级为Ⅱ级。预计存在的主要工程地质问题为：（1）该洞段位于地下水位之下，推测存在100余m的高地下水压力。要考虑排水减压、固结灌浆等处理措施。（2）该段最大埋深达400余米，且该区为VII度地震区，地应力高，有岩爆可能。设计及施工中要考虑相关处理措施。

本洞段原设计支护参数为采用C2型复合式衬砌，初期支护为喷混凝土厚度6cm，局部设置随机径向药卷锚杆φ25、L=250cm。

2．施工过程中揭露的实际地质情况及调整后支护措施

本洞段按照施工图要求，进行了超前地质预报工作。根据中铁二院成都地勘岩土工程有限责任公司检测所2009年2月提交的《官地水电站对外交通公路改造工程B合同段磨盘山隧道进口端K642+114～K642+286段超前地质预报技术报告》结论及GY330C-0944-315-11#地质通知单，结合隧道地质构造和掌子面岩体情况确定的地质条件为：K642+120～K642+150、K642+183～K642+198洞段岩体破碎、地下水活跃，围岩稳定性较差，开挖时局部易发生塌方、掉块，为Ⅳ级偏差～Ⅴ级围岩。

施工开挖至K642+184桩号，揭露出裂隙性断层，产状为N70ºW/SW∠55º，断裂面平直稍粗糙，裂缝宽约0.5～2cm，充填灰白色、灰绿色角砾岩和断层泥。从掌子面洞段显示，裂隙性断层向洞内前方延伸扩张，其上盘（洞室左侧）岩体裂隙较发育，完整性较差，但岩质较坚硬；下盘（洞室右侧）岩体裂隙发育、破碎、完整性差，夹泥化现象。拱顶中部伴随较大的渗水、涌水。

隧道开挖、支护参数根据以上围岩情况的变化进行了调整：（1）K642+120～K642+150、K642+183～K642+198洞段按照C4-1型复合式衬砌进行开挖及支护，初期支护设置喷混凝土20cm，径向系统锚杆φ22、L=300cm，并设置钢拱架间距100cm，隧道圆心120°范围内施作Ф32、L=4.5m超前锚杆，搭接长度不小于1.5m。（2）K642+150～K642+183洞段，岩体节理裂隙发育，呈块状，较破碎，地下水活跃，根据实际情况该洞段采用C3型支护。

塌方概况及处理方案

1．概况

2009年3月15日凌晨三点半左右开挖至桩号K642+184掌子面，在经过通风、清理危险部位等工序后开始出渣，早上10：30左右，在清渣过程中，掌子面左侧上部出现渗水和掉块现象，进而发展为较大的塌方和涌水，至15：00左右，掌子面中部偏右拱顶因涌水、涌泥而形成了2×2m的塌方口，至18：30左右塌方继续发展，堆渣体已堆积至K642+176桩号处，堆积长度为8m，掌子面中部偏右拱顶塌方口已被堆渣封闭。涌水过程中出现最大流量约为30~40L/s（合108~144m3/h），塌方量估算为800m3左右。

2．塌方原因分析

隧道开挖至桩号K642+184掌子面，刚好在洞顶靠右侧处，揭露发育的裂隙性断层，产状为N70ºW/SW∠55º，断裂面平直稍粗糙，裂缝宽约0.5～2cm，充填灰白色、灰绿色角砾岩和断层泥。从掌子面洞段显示，裂隙性断层向洞内前方延伸扩张，其上盘（洞室左侧）岩体裂隙较发育，完整性较差，但岩质较坚硬；下盘（洞室右侧）岩体裂隙发育、破碎、完整性差，夹泥化现象。洞室开挖至此，施工单位未来得及对洞室进行围岩清除和初期支护处理，发育的裂隙性断层围岩破碎部位，在山岩压力和地下水压力的作用下，开始局部产生失稳掉块，然后出现渗水、掉块并延续至掌子面，随后掌子面右侧拱顶部位出现较大涌水、塌方。整个过程发展较快。

3．处理方案

根据四方现场讨论研究，形成处理方案如下：

（1）由于塌方段右侧裂隙发育，涌水量大，为避免塌方继续扩大，要求对塌方部位进行堆渣反压，同时用喷射混凝土封闭堆渣体，并预埋2根φ100～200排水管花管进行排水，要求花管最大限度埋入塌方体深处。塌方上部增设足够的108排水孔。作用：排出堆渣体内渗水，稳定堆渣体以形成对掌子面的有效支撑。

（2）从K642+176处开始按50cm左右的间距设置钢拱架，尽量靠近掌子面，挂网喷混凝土，并施作径向锚杆。增设径向Ф42、L=3m小导管（花管）进行加固注浆，加固范围为顶拱150°。小导管纵横向间距为1m×1m，灌注浆液为1：1水泥浆。作用：加固相邻洞段，防止塌方向外发展、扩大。

（3）向堆渣体上部及空腔体进行固结灌浆，浆液采用水泥砂浆和水泥浆，掌子面前方上部及塌腔内按30、45、60度仰角打3个φ110钻孔，回填C25泵送混凝土、水泥砂浆。作用：固结掌子面前方堆渣及岩体，创造继续掘进的条件。

（4）增设φ108大管棚，顶拱120度范围设置，长度15m，仰角10～15度，管棚注浆优先采用水泥砂浆，双液浆可在渗水量较大浆液流失严重，需要快速封堵渗水通道时采用。若探测到空腔，可采用泵送混凝土回填。

（5）必要时，布设超前Ф50、L=4.5m注浆小导管（花管）进行补注浆，环向间距20～30cm，纵向间距40～50cm，外插角为30°，灌注水泥+水玻璃双液浆，水泥浆水灰比为0. 8∶1 +35°Be水玻璃（水泥浆与水玻璃的体积比为1∶0. 4），以上配合比根据现场试验后可适当调整。小导管尾端必须焊接于拱架上。

（6）待塌方体空腔或堆渣体回填的混凝土及水泥砂浆形成固结体并达到一定强度后，进行下一步超前支护和开挖施工。

（7）在施作过程中，必须根据实际渗水情况增设排水孔，保证渗水的顺畅排出，以避免洞内水位上升，压力增大，对围岩和支护造成破坏。

三、总结

1.结果表明，塌方处理方案是有效的，塌方处理是成功的。

2.根据K642+184大塌方发生成因分析，塌方处理施工技术的深入研究，表明：在隧道开挖过程中，采取排水措施十分必要，这对降低围岩静水压力,增强围岩稳定性有重要意义；磨盘山隧道在施工过程中，根据超前地质预报提示的前方围岩地质情况，采取必要的超前预固结灌浆处理，能降低塌方事故的发生，从而加快施工进度，节约工程投资。