軟弱圍巖在富水情況下塌方的預防和處理

陳 偉

中鐵工程設(shè)計院（天津）有限公司，天津 300011

0 引言

我國正處于社會經(jīng)濟大發(fā)展的重要時期，大力開發(fā)基礎(chǔ)建設(shè)在國民經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中占有一定的地位，在進行隧道工程建設(shè)中這就不可避免得涉及到更多更長的軟弱圍巖地段，國際巖石力學學會建議把強度低、風化、破碎的巖層統(tǒng)稱為軟弱圍巖，在這一類巖層中開挖的隧道，我們稱為軟弱圍巖隧道， 軟巖的外觀結(jié)構(gòu)較細，硬度較低，軟巖在富水情況下會出現(xiàn)遇水軟化，顯示出一定的可塑性、膨脹性等水理性質(zhì)，若逐漸軟化隧道周邊土體，會使土體抗剪強度降低，給施工造成難度，嚴重時會造成塌方。因此，軟弱圍巖在富水情況下如何有效地預防和處理塌方是一大難點。

1 主要的預防和處理措施

1.1 施工方案選擇

通過制定科學合理的施工方案，精心組織，周密安排，對比各施工方案的優(yōu)缺點，如隧道采用全斷面開挖，每循環(huán)施工時間較長，圍巖在支護前變形能釋放較完全，隧道圍巖變形較大，對于軟巖大斷面隧道，若采用全斷面開挖，往往來不及支護，隧道即發(fā)生塌方事故，故一般情況下大斷面軟巖盡量隧道開挖采用分部開挖。在軟巖隧道內(nèi)采用機械開挖對圍巖的擾動比采用爆破方法要小，圍巖的穩(wěn)定性相對就好些。在隧道掘進過程中，圍巖的變形自掌子面前方1.5倍～2倍洞徑處即已開始，當采用快速掘進時，循環(huán)時間較短，往往在隧道開挖后，立即進行臨時支護結(jié)構(gòu)施工，這樣軟弱圍巖隧道圍巖時間效應(yīng)影響較小，在具有蠕變性質(zhì)的軟弱圍巖隧道掘進時，其掘進速度的快慢，往往直接影響圍巖的穩(wěn)定，掘進速度太慢，掌子面前方的巖體在掘進前即進入了松弛破壞階段，圍巖甚至隨挖隨塌，給支護工作帶來了施工難度。因此，應(yīng)選取工序簡單，施工干擾少，臨時支護量少，質(zhì)量易于保證，工效高，工期短，成本低的方案。

1.2 施工過程中的受力體系轉(zhuǎn)換

施工的臨時施工支護雖不構(gòu)成隧道的主體結(jié)構(gòu)，但它是施工過程中不可缺少的重要一環(huán)，臨時施工支護并支護后形成的受力結(jié)構(gòu)由于施工的繼續(xù)進行又需拆除，這就造成受力體系將發(fā)生轉(zhuǎn)換，因此，只有在主體初期支護支點作用于臨時支撐面時方可拆除臨時支護。

1.3 排放水系統(tǒng)

軟弱圍巖在富水情況下易發(fā)生塌方，施工難度大，設(shè)計中放水措施較弱，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，結(jié)合設(shè)計意圖， 在施工中采取了設(shè)置軟式透水管、盲溝等引排水措施，也可借鑒其它隧道排放水的經(jīng)驗，因地制宜，把防水效果的好壞作為檢驗防水措施優(yōu)劣的標準。

工程中的漏水主要分為點漏、縫漏、面漏3種類型。對隧道滲漏水病害進行整治，可先按注漿、后嵌縫堵漏或鑿槽排水、抹面的順序進行治理，各環(huán)節(jié)根據(jù)實際情況可以進行調(diào)整。對典型軟巖、裂縫水較發(fā)育隧道滲漏水的整治，應(yīng)先分析滲漏水形成的原因，在針對不同的滲漏水形式，采取不同的堵排方法。隧道應(yīng)以預防滲漏為主，設(shè)計方面應(yīng)盡量探明地質(zhì)、水文條件，采取適合的給排設(shè)計。除此之外還要根據(jù)地質(zhì)、水文變化采取相應(yīng)防排水設(shè)施。

1.4 地基加固技術(shù)

施工設(shè)計方案不成熟，稍有疏忽，就極有可能造成塌方。因此，對于這些地段的地表預加固措施的研究，具有重要的現(xiàn)實意義。施工中可通過地基錨桿，混凝土墊層，注漿加固與堵水等措施進行，這些措施可以提高軟弱圍巖的整體穩(wěn)定性，增大整個支護體系的安全系數(shù)，抑制地表沉陷，減輕隧道施工對地表沉陷的影響，有效制約軟弱圍巖位移。

1.5 監(jiān)控量測

施工中對圍巖的監(jiān)控要緊密結(jié)合施工過程，在動態(tài)施工過程中，圍巖經(jīng)過多次擾動后，變形產(chǎn)生多次疊加，這些復雜的動態(tài)關(guān)系，都需要在施工過程中通過監(jiān)控量測來加以確定和處理。目前現(xiàn)有研究成果的不多，需要在這方面不斷積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，這就有必要建立健全監(jiān)控量測體系及監(jiān)控基準來指導設(shè)計和施工并研究預測和預報施工中可能發(fā)生的事故。

2 應(yīng)用實例

2.1 工程概況

某隧道工程，本段地形為海積平原及臺地，上部為人工堆積素填雜土、粘土，下部為花崗巖殘積層及風化程度不同的花崗巖，屬于軟巖，地下水豐富。

區(qū)間暗挖隧道采用臺階法施工，全環(huán)設(shè)格柵鋼架， 采用超前支護+初期支護形成聯(lián)合支護體系，超前支護沿拱部外輪廓施作超前小導管，施作范圍為拱部120°，導管與格柵鋼架雙面焊接。初期支護體系由格柵鋼架+縱向連接筋、鎖腳錨管+噴混凝土組成。臺階長8m～12m。上臺階開挖至SK14+318處，砂質(zhì)粘性土遇水軟化成流塑狀，拱部右側(cè)出現(xiàn)滲漏水，并伴有泥石流涌出，拱腳處出現(xiàn)水平裂縫。經(jīng)監(jiān)測，拱部沉降較大，為此采取應(yīng)急措施:在上臺階施作臨時支撐，同時封閉上臺階，施工下臺階，盡快形成封閉環(huán)。某日剛開挖完畢，尚未架立格柵鋼架，拱部右側(cè)出現(xiàn)突水，并伴有大量泥石急劇涌流而出，坍塌物填塞，整個下臺階，難以清除，同時拱腳處裂縫加大，初支混凝土逐漸剝落，造成右側(cè)拱部突然垮塌，從拱部連帶拉裂5榀格柵鋼架，初期支護已失去支護能力。

2.2 工程事故處理

對洞內(nèi)塌方地段采取臨時支撐加固，在塌方體底部用鋼管向外排水，然后用噴混凝土將坍方體覆蓋封閉；為了抑制洞內(nèi)積水造成的土體軟化，對洞內(nèi)排水采用人工降低地下水，用抽水機將積水排至豎井處集水坑，再用水泵將水抽入地面蓄水池，經(jīng)沉淀后排入市政雨水管道中；下臺階在塌方后變成了斜坡狀，對其采取全封閉以，確保施工安全，具體為打入鋼插板，并用水泥砂袋壘砌成臺階，控制了土體的流動，然后采用噴混凝土封閉；對下臺階軟弱土體打入注漿導管進行注漿加固，確保下臺階的穩(wěn)定性。封閉完成后，對拱部右側(cè)塌方地段進行注漿，加固土體，減少拱頂沉降，在隧道兩側(cè)布設(shè)注漿小導管進行地表加固；塌方發(fā)生后，及時對洞內(nèi)塌方地段和深南大道地表加強施工監(jiān)測，加大監(jiān)測頻率，對洞內(nèi)各測點和地表監(jiān)測點每天2次。

2.3 處理效果

地表沉降較大，一是由于塌方引起的，另一方面由于地表降水引起土體收縮固結(jié)所致。經(jīng)過地表注漿加固后，地表沉降逐漸趨緩，有個別地方略有回升。洞內(nèi)經(jīng)過支撐加固和注漿加固后，沉降和收斂得到了有效控制，保證了整體結(jié)構(gòu)的安全。

3 結(jié)論

公路隧道富水軟巖段的施工，一定要根據(jù)地質(zhì)條件，選擇合適的開挖方法和支護方式，堅持“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的施工方針。不良地質(zhì)隧道施工中應(yīng)切實做好圍巖地質(zhì)超前預報工作，逐段核實圍巖類別，有針對性地進行防治。為了減少軟弱圍巖在富水情況下塌方的發(fā)生，必須根據(jù)施工中的實際情況加以分析，針對性地采取正確的措施。

[1]齊景獄，等.隧道爆破現(xiàn)代技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]何滿潮.軟巖工程力學[M].北京：科學出版社，2002.