大跨度黄土隧道坍塌治理及预防措施

卢子平

【摘要】隧道施工中的塌方能否避免是隧道设计及施工人员值得深思的问题，在我国的隧道施工中频繁发生塌方，给国家和施工人员造成生命和财产损失，教训是非常深刻的。大跨度黄土隧道施工中的塌方病害规模一般较大，具突发性，影响施工安全和施工的正常进行。结合施工经验，分析了大跨度黄土隧道塌方原因及防治技术，希望本文能对该类隧道的设计及施工有所借鉴

【关键词】大跨度黄土隧道；施工塌方；形成机制；防治措施；

一、工程概况

齐家寨2#隧道是陕西省榆林至商州线神木至府谷高速公路的重难点工程之一，隧道设计为分离式双向6车道，设计时速80km/h，开挖断面面积170.4m2，洞室最大开挖宽度17.32m、最大高度12.19m，为目前（2010年）国内在建开挖断面最大的黄土隧道之一，隧道左线全长445m，右线全长440m，起迄里程：LK48+815-LK49+260、RK48+830-RK49+270。

隧道地处毛乌素沙漠与黄土高原过渡地带的东南部，海拔在1100-1300m之间，地貌主要为黄土粱峁—沟壑亚区，地表植被稀疏，地质灾害较发育，岩土主要为Ⅲ级（严重）—Ⅳ（很严重）自重湿陷性黄土，对施工影响极大。气候方面春冬两季严寒大风，年最低气温为-30℃，每年有效施工时间为4-10月份。

二、坍塌过程简述

K48+985-RK49+170段为Ⅴ级围岩浅埋段，设计开挖方法为双侧壁导坑法，隧道在RK48+990-RK49+125段穿越一“Ⅴ”形冲沟，洞顶最小埋设为4.8m。2009年11月3日，在开挖至RK49+035处时，右导洞拱顶部位形成约1m的塌腔，隧道上半断面高度6m。

11月5日，RK49+035掌子面处出现涌土，洞顶出现一个直径约12m，深约6m的漏斗形塌腔，洞内初期支护未出现明显变化。

三、坍塌原因分析

（1）掌子面处全部为粉状黄土，含砂量较大，含水量小，土体自稳性极差；

（2）从坍塌前得监控量测数据来看，并未反映出明显的坍塌征兆，因此，隧道埋深较浅，开挖过程中扰动较大，是造成本次短时间内出现了坍塌的主要原因。

（3）掌子面处为土石风界面，土石分界面处于开挖断面中部，并以约45°方向斜向右侧延伸，分界面以上为粉状黄土，以下为中风化砂岩。（4）由于大断面黄土隧道施工经验不足，施工人员主观上对黄土的熟悉不足。缺乏对这种突变性情况的预见性，也是发生塌方的间接原因。

因此，可以说此次塌方应是在多种因素共同作用下，造成的忽然失稳，很难有较为切实可行的预防措施。

四、治理方案

（一）治理方案

隧道坍塌以后，施工、监理、业主、设计、专家等单位的人员共同勘察现场，并经反复论证以后，确定如下治理方案：

（1）从掌子面塌体坡脚处，码堆两排砂袋至拱顶进行反压涌土体，洞顶RK49+035～RK49+125段“V”型冲沟以及洞顶塌腔采用素土回填，压实度要求不小于90%，保证洞顶覆土厚度不小于10m，同时处理好塌腔周围的排水；

（2）因掌子面冒顶，对临近掌子面已施工完毕的初期支护产生扰动，自稳能力降低，从RK45+015（掌子面）后退20m，即RK45+015～+035段拱部进行环向注浆加固；

（3）并采取长管棚结合单层小导管的方式穿越坍塌体及前方沟谷。共设6排管棚，小导管由双层改为单层，取消原设计系统锚杆，其余支护参数均按v1.t型衬砌结构设计管棚范围施工。从RK49+125以后，按照原设计Ⅴ1.t型衬砌结构施工。

（4）洞顶塌腔回填之前，应完成洞内加固工作；施工期间应加强洞外、洞内变形监控量测。

（二）具体实施过程

1、洞內加固

从掌子面塌体坡脚处，码堆两排砂袋至拱顶进行反压涌土体，为防止洞顶塌腔回填过程中，掌子面受扰动而产生较大变形，必须在管棚工作室（RK49+028）两端增加临时支撑，同时为保证临时支撑与既有支护体系能够形成整体的受力体系，在上、下导坑钢架中间加设环向封闭的型钢架进行支撑，钢架间采用Φ42钢管进行纵向连接，钢管环向间距0.5m，使新增临时钢架与既有支护体系密贴，组成整体受力体系。

2、监控量测

回填过程中，尤其要加强监控量测，并及时分析处理测量数据，发现问题时立即停止洞顶一切施工作业，要对方案做进一步的完善和优化。

（1）RK49+020拱部沉降观测记录

（2）RK49+030拱部沉降观测记录

3、洞内注浆加固

因掌子面冒顶，对临近掌子面已施工完毕的初期支护产生扰动，自稳能力降低，决定对RK45+015～+035段拱部进行环向注浆加固，注浆钢管为φ50钢花管，长度6m，沿隧道径向布设，环向间距40cm，纵向间距130cm，每排37根，布设在已经施工的两榀钢架之间。

4、长管棚施工

（1）分别在RK49+028.25、RK49+049、RK49+063.5、RK49+078、RK49+092.5、RK49+107处设置6排长管棚，为便于施工，设6个纵向长度为3.5m的管棚工作室，高度为93cm（从原来初期支护内轮廓算起），管棚施工完成后工作室采用C25混凝土回填至原喷射混凝土内轮廓线。

（2）第一排管棚长25m，采用φ108×6mm钢管，共53根，环向间距35cm，外插角3.5°，其余管棚长18m，采用φ108×6mm钢管，共47根，环向间距40cm，外插角4.5°。

（3）长管棚采用Ⅰ18型钢定位，其上焊接Φ127×6mm的导向钢管，长度110cm。

（4）超前小导管设置在长管棚钢管之间，长度5m，外插角15°，排距325cm。

五、预防措施

结合本次坍塌问题及治理过程中的一些体会，认为可以从以下几个方面的措施预防黄土隧道的坍塌。

（一） 黄土隧道施工前应查明地表情况，必要时可提前采用注浆加固、

回填夯实等方式进行处理。如果隧道在较长范围内沿着黄土冲沟走向或者与黄土塬边平行走向，而覆盖层又较薄或偏压很大，就轻易发生较大的坍塌或滑坡现象，就更需要提前采取措施处理。

（二） 大断面黄土隧道施工，宜根据隧道断面大小、埋深，考虑围岩的

自稳能力，适宜采用双侧壁导坑法或弧形导坑预留核心土法施工。大断面黄土隧道施工应遵循“先预加固、严治水、短开挖、少扰动、强支护、早成环、快封闭、勤量测”的原则。

（三）黄土隧道塌方后，塌方体已不具备自稳能力。因此，塌方后须先对塌方体进行加固处理，使塌方体自身具有一定的自稳能力，然后采用大管棚过渡。

参考文献：

[1] 杨万锋.黄土隧道塌方处理施工技术.铁道建筑技术.2005.127-130

[2] 杨晓华；谢永利.公路隧道坍方综合处治技术.长安大学学报：自然科学版.2004.61-64