隧道塌方整治及預防措施

摘 要:本文提出對多變地質條件下的隧道施工采用動態施工的必要性，從隧道塌方整治及預防措施角度闡述了隧道施工的基本原則及要求;并以西山隧道為例，分析多變的地質條件和結構特點，以便為日后不良地質條件的隧道施工提供參考依據。

西山隧道DK460+236～DK463+335，全長3099m(包括5m明洞)。本區地處貴州高原，地形起伏較大，地勢相對較陡。為剝蝕、侵蝕低中山地貌，地形起伏較大，山高坡陡植被不發育，自然橫坡30°～70°，相對高度50m～200m;基巖多出露，表層覆土為粉質黏土，局部較厚，溝槽中還分布有卵石土，基巖為灰巖、白云巖、白云質灰巖夾泥質灰巖、碳質頁巖、砂巖、石英砂巖夾煤層及頁巖。洞身位于可溶巖與非可溶巖接觸帶。不良地質為危巖落石、巖溶、順層、煤系地層(含瓦斯)等。

1塌方簡介(順層偏壓)

隧道在開挖至D1K463+297處時，圍巖巖體較松散，極破碎，巖質為砂層，且沿線路左側拱腰位置斜向右側拱腳位置有明顯軟弱煤層，明顯順層偏壓地質結構，當開挖至D1K463+295.8處時，沿掌子面拱頂位置發生坍方。

本段地質設計為石英砂巖夾頁巖及炭質頁巖，頁巖為隔水層，基巖內含水較差。巖層產狀S-N/45E，巖質軟，巖體破碎，為泥巖、砂巖夾炭質頁巖，薄層狀，有大量地下水滲出，軟質巖遇水軟化，層間結合差。

2塌方整治

首先封閉坍體對坍體采用φ42注漿小導管進行注漿加固，固結塌方體，確保坍體穩定防止坍方擴大，便于處理塌方，同時確保施工安全，塌方整治措施如下。

(1)塌方處使用Φ89長管棚一環，管棚長38m，每環20根，注漿量為3.0m3/m，主要布置于線路前進方向的左側拱部(坍塌側)。(2)為保證施工及結構安全，防止拱部進一步坍塌，于在原有拱墻格柵鋼架之間增設補強工字鋼架。(3)于D1K463+255～D1K463+270處設置拱墻18號工字鋼架，間距0.8m;D1K463+270～D1K463+290段設全環18號工字鋼架，間距0.8m。(4)作業平臺必須搭設牢固，穩固可靠，防止因鉆機振動造成平臺失穩。(5)加強監控量測，隨時注意圍巖變化情況，及時根據量測數據調整支護參數，確保施工安全。(6)加強瓦斯檢測。(7)進行仰拱開挖時，采用鋼管或I18工字鋼作臨時橫撐仰拱。(8)襯砌緊跟，條件成熟立即施做襯砌，封閉呈環。(9)襯砌砼滿足設計要求后，對地表坍方處進行夯填，并使用M7.5漿砌片石鋪砌，厚度35cm，四周做好截水天溝。

3西山隧道地質情況分析

根據開挖揭示的地質情況來看，西山隧道D1K461+300至隧道出口穿越的地層主要以炭質頁巖為主，局部含有煤層及煤線，炭質頁巖含量大，達40%以上，巖體破碎，節理發育，巖石完整性差，隧道通過位置位于可溶巖與非可溶巖接觸帶及其附近，地下水發育，設計勘察時對基巖裂隙水發育程度及其對圍巖的軟化影響預計不足，引起圍巖級別發生變化，且線路與巖層走向小角度相交，巖層傾角為40°左右，順層作用明顯，由于地下水對頁巖、炭質頁巖的強烈軟化，造成軟化夾層，加劇順層的影響，致使工程地質條件惡化，隧道側向應力增大，軟質巖在開挖后迅速崩解，遇富集于可溶巖與非可溶巖接觸帶，且有豐富補給的地下水，巖體物理力學指標下降致使初期支護變形較大且發展迅速，容易引起整個支護體系失穩，頻繁造成坍塌。D1K460+939～D1K461+300段由于埋深淺(最淺埋深為7m)，覆土較厚(7m～8m)，加之該段巖溶發肓，且該段隧道穿越溝槽，雨季時地下水極發肓，巖體溶蝕現象嚴重，節理發肓，隧道穿越土石接觸帶，從而易引起坍方。

4西山隧道預防塌方措施

(1)超前小導管采用φ42～50熱軋鋼花管，壁厚3.5mm;超前錨桿采用φ25中空注漿錨桿，錨桿桿體抗拉力不小于180KN。(2)小導管環向間距為400cm，小外插角為5°～7°;大外插角為45°，可根據實際情況作調整。(3)小導管或超前錨桿長度，每根長度為3m～5m，兩組小導管間縱向水平搭接長度不小于100cm.(4)小導管注漿采用水泥砂漿(水灰比0.5～1.0);當圍巖破碎，巖體止漿效果不好時，亦可采用水泥－水玻璃雙液漿。(5)小導管在前部鉆注漿孔，孔徑6mm～8mm，孔間距10cm～20cm，呈梅花型布置，前端加工成錐形，尾部長度不小于30cm，作為不鉆孔的止漿段，注漿壓力控制在0.5MPa～1.0MPa，具體漿液配合比和注漿壓力由現場根據地質條件試驗確定。

5施工要點

(1)采取一切必要的措施保護圍巖原有的特性，減少對其破壞和擾動。

(2)在施工中采用動態措施，合理選擇支護類型及支護參數，創造襯砌施工條件，縮短底部閉合時間，達到良好受力狀態。

(3)加強監控量測，及時準確的數據分析，為施工方案的切實可行提供重要依據。

(4)軟弱圍巖施工必須貫徹的原則:管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測。

6質量要點

(1)噴射混凝土有足夠的噴射厚度，使噴射表面平整;使其與圍巖附著成為一體，相互間能夠傳遞力和變形。

(2)確保足夠的錨桿數量、孔深和裝填足夠量的錨固劑。

(3)嚴格控制鋼架的間距，與圍巖緊密接觸，縱向連接、底腳牢固。

(4)二次襯砌確保厚度、凈空尺寸滿足設計要求。

(5)防水板、止水帶張掛及安裝符合規范要求，充分發揮防水、止水效果。

7安全要點

(1)開挖后初期支護及時跟進，確保作業人員人身安全。

(2)開挖工作面拱頂及邊墻處的危石及時處理。

(3)放炮作業每一循環的裝藥量應按地質情況及時調整，不應盲目施工。

(4)洞內爆破作業必須統一指揮，所有人員必須撤離至安全地點(距爆破點200m以外)。

(5)遇有下列情況時，嚴禁裝藥爆破。

(6)照明不足;開挖面圍巖破碎尚未支護;出現流泥未經處理;有大量溶洞及高壓水涌出，尚未治理;沒有警戒好的。

(7)煤層處開挖工作面附近20m風流中瓦斯濃度必須小于1.5%;必須采用濕式鉆孔;炮眼濃深度不應小于0.6m。

8若干體會

(1)充分發揮圍巖結構作用，保護圍巖，利用圍巖。

(2)加強監控量測指導施工的作用，加強一線技術人員數據分析的能力，真正的為修改支護系統設計和變更施工方法提供依據和保障。

(3)在順層地段施工減少對圍巖的擾動，加強徑向注漿作業的高效性是不可忽視的重要手段。

(4)軟弱圍巖地段選擇正確的施工方法的至關重要。

參考文獻

[1]關寶樹.隧道施工要點[M].人民交通出版社，2001.

[2]蔣爵光.隧道工程地質[M].中國鐵道出版社，1991.

[3]沈中其.鐵路圍巖分級方法[M].西南交通大學出版社，2000.

[4]鐵道部.鐵路隧道施工技術規范[M].中國鐵道出版社，2002.