隧道淺埋偏壓斷層破碎帶塌方處理施工技術

陳春華

（中鐵十一局集團一公司，湖北 襄陽 441104）

1 工程概況

樂昌至廣州高速公路梅花隧道位于廣東省樂昌市梅花鎮境內，設計為左、右洞雙向六車道，隧道最大開挖斷面寬度19.09m。隧道左洞原設計在區域構造上屬于湘粵坳褶束中的粵北凹褶束與粵中坳褶中的連龍凹褶束的接壤處，構造發育，以南北向華夏系構造為主體。左洞ZK24+205～ZK24+335段設計為V級圍巖，頂板厚12.2～39.5m，該段淺埋偏壓作用明顯，巖性為東崗嶺組（D2d）中風化灰巖，夾微風化灰巖，為斷層通過地段，巖體破碎、巖溶強烈發育，富含巖溶裂隙水，巖體完整性系數Kv=0.35，穩定性較差。其中，ZK24+220～ZK24+230段為物探推測斷層破碎帶。ZK24+200～ZK24+330段地表為一溶蝕洼地，巖溶強烈發育，主要為半充填及全充填溶洞，呈漏斗狀、串珠狀延伸穿越隧道，溶洞分布數量較多，規模較大，施工開挖易產生坍塌、基底塌陷，遇雨季易產生較大規模涌水。

2 塌方段勘察情況

左洞施工至ZK24+249時，隧道ZK24+215～ZK24+248段發生塌方并冒頂，塌方由外向里延伸，塌方長度達33m。地表勘察發現地表有明顯塌坑，塌坑里程ZK24+218～ZK24+249，面積約400m2、深度約1.5m；整個塌坑最寬處約25.5m，分別在距線路中心線右偏2.9m、左偏12.1m位置呈現明顯的塌陷落差，在地表出現一明顯的落水洞，落水洞中心距線路中心線左偏5.1m，半徑約4.6m。落水洞四周地表已開裂，裂縫寬度約15cm。塌方段地表情況如圖1所示。

圖1 隧道塌方段洞頂塌陷地貌圖

結合現場勘察情況，塌方段與設計推斷ZK24+220～ZK24+230段破碎帶（WF27）影響范圍基本吻合。ZK24+224斷面可見三塊整體掉落的直立層狀塊石，橫向寬度達6～8m，填充整個隧道斷面，巖石表面較光滑，夾雜軟弱層；左側出現溶腔及填充的粘土。根據現場勘查情況并結合設計情況分析，隧道塌方段分布情況如圖2所示。

圖2 隧道塌方段縱向分布示意圖

3 施工技術難點

施工技術難點主要包括以下內容：a）隧道塌方段已發生冒頂，圍巖為松散巖堆且夾雜溶洞填充物，成拱效應極差，處理過程中極易發生二次塌方；b）隧道頂部地表為溶蝕洼地，隧道塌方處理施工時如遇雨天，地表水將沿空隙進入塌方體，給施工帶來極為不利的后果；c）塌方段屬淺埋偏壓地段，隧道右側偏壓作用明顯，隧道施工的安全風險較高；d）隧道塌方體為松散巖堆，鉆孔時易造成 “卡鉆”，鉆孔施工難度大；注漿加固作業時漿液擴散范圍大，存在注漿量大幅增加但加固效果不明顯等不利因素。

4 施工處理方案

4.1 地表引水及防水處理

隧道塌方段洞頂地表覆蓋土為黃褐色高液限粘土，厚度約1.5～3.0m。因隧道塌方冒頂，地表有明顯陷坑及裂縫，陷坑處有水流滲入的痕跡。

沿塌方段洞頂隧道中線方向，對出現裂縫的地表覆蓋層粘土進行了部分機械挖出后，進行了夯實處理。受地形限制，碾壓設備無法到達隧道洞頂，夯實以挖掘機平整碾壓為主，人工小范圍輔助夯實為輔。

為避免地表水進入塌方體后對隧道施工造成不利影響，對陷坑滲漏處進行了灌漿堵塞處理，陷坑內壁敷設不透水土工布后進行了砂漿抹面，并挖引水溝將陷坑內的積水引走。

4.2 塌方段起點設置“鎖口圈”

為防止塌方處理時塌方段向洞外方向發展，在塌方起點設置了“鎖口圈”。“鎖口圈”長度為10m，即在進入塌方體前的10m洞身范圍按0.5m/榀設置Ⅰ18工字鋼臨時鋼架，再設置徑向φ42注漿小導管，小導管長5m，按1.0m×0.5m梅花型布置。

臨時鋼架設置完后，靠近塌方體一側的4榀臨時鋼架以噴射砼封閉形成“鎖口圈”。二襯施工靠近臨時鋼架時，對臨時鋼架及“鎖口圈”進行拆除，然后再施作二襯。

4.3 洞內中管棚超前支護

洞內超前支護采用了φ108中管棚進行超前支護，管棚每循環長度12m，每環41根，沿隧道拱頂兩側對稱均勻布置。

洞內管棚施作必須設置導向墻，為避免侵限，傳統做法是對隧道斷面進行擴挖后設置砼導向墻。為避免隧道斷面擴挖對隧道圍巖造成擾動，管棚導向墻以2榀并列為一體的Ⅰ20b工字鋼鋼架替代，管棚外插角適當增大，控制在3°～5°范圍內。管棚搭設完成后進行管棚注漿，漿液采用“水泥—水玻璃”雙液漿，配合比按重量比即水∶水泥∶水玻璃=1∶1∶0.1配置，注漿壓力為0.5～2.0MPa。注漿根據塌方體空隙情況分多次進行，即為防止漿液過度擴散造成浪費，前一次注漿完成、漿液達到初凝狀態后再開始下一次的注漿。

4.4 開挖支護作業

4.4.1 控制每循環進尺

管棚超前支護完成后進行開挖作業。根據圍巖情況及監控量測數據動態調整每循環開挖進尺。通常情況下，每循環開挖進尺控制在0.5m。每循環開挖完成后，及時進行鋼架支護噴錨封閉。

4.4.2 小導管徑向分層次打設及注漿加固

開挖支護進行6～8個循環（即累計進尺達到3～4m）后，進行小導管徑向分層次打設注漿作業。這個工序是塌方段處理施工的關鍵一環，其目的是改善塌方段四周圍巖，增強其自穩能力：即通過注漿使隧道圍巖形成一圈管狀的加固圈，以承載松散塌方體對其形成的壓力。隨著隧道開挖進尺的加長，管棚的承載作用由主要變為次要，而注漿加固圈的承載作用則由次要變為主要。因此，注漿加固圈的施工質量是處理隧道塌方段成敗的關鍵因素之一。小導管徑向分層次注漿加固形成注漿加固圈施工分三個層次進行（如圖3所示）。

圖3 小導管分層次打設及注漿示意圖

第一層次先均勻打設占總根數1/3、長度1.5m的小導管并進行注漿，主要對隧道開挖斷面以外0～1.5m范圍的圍巖進行加固，并可作為第二層次注漿的止漿盤；第二層次再均勻打設占總根數1/3、長度3.0m的小導管并進行注漿，主要對隧道開挖斷面以外1.5～3.0m范圍的圍巖進行加固，并可作為第三層次注漿的止漿盤；最后打設占總根數1/3、長度4.5m的小導管并進行注漿，從而形成總厚度為4.5m的注漿加固圈。注漿加固圈形成后，隧道支護體系整體的承載能力將大大提高，是順利穿過過塌方段的可靠保障。

4.5 二襯施工跟進

在塌方段處理過程中，在滿足施工空間的前提下，二襯要盡量跟進開挖掌子面及時施作，以保證塌方段施工安全。

5 施工注意事項及監測成果

5.1 超前地質預報

塌方段施工前要做好超前地質預報工作。塌方段長度為33m，因此主要采取超前水平鉆孔的方式。超前鉆孔的目的主要是探明塌方段的地質情況以及坍塌程度，為確定施工方案及支護參數提供信息。

5.2 注意事項

5.2.1 在施工過程中嚴格按隧道施工規范要求做好監控量測工作。隧道監控量測分隧道頂部地表的沉降位移觀測及洞內沉降收斂觀測兩部分。洞內沉降收斂觀測斷面按每5m一個斷面設置觀測點。當遇到沉降收斂較為明顯的情況時，則采取加密觀測斷面及加大觀測頻次。觀測數據整理后及時下發技術交底告知作業層。

5.2.2 嚴格按照既定的施工方案施工。一般情況下，不得隨意更改施工方案內容。如確因施工現場情況與方案不符，必須經技術組確認并重新制定方案后方可實施。

5.2.3 管棚及徑向小導管注漿施工是塌方施工處理的關鍵工序，尤其是注漿質量必須由相關技術人員全程監控，確保質量。

5.2.4 雨天禁止進行開挖支護作業，且要做好地表防排水及洞內堵水工作。嚴禁讓水流浸泡塌方體和在塌方體內形成成股水流，對施工造成不利影響。

5.3 沉降收斂監測

5.3.1 監測成果

隧道沉降變形成果如圖4所示，隧道收斂變形成果如圖5所示。

圖4 最大沉降斷面變形曲線圖

圖5 最大收斂斷面變形曲線圖

6 結語

從整個塌方段處理施工過程看，包括施工準備、前期預處理、管棚施工及開挖支護等作業工序，共歷時62d，正式處理階段55d，平均每天進度0.6m。從冒頂隧道塌方段處理施工進度看，施工進度較快。

從沉降觀測的數據來分析，施工期間隧道拱頂最大沉降量為30.2mm，最大斷面收斂值為30.1mm，從檢測結果分析，施工質量有可靠保障，效果較好。

上述塌方處理施工的關鍵控制點是管棚及小導管注漿施工，尤其是小導管分層次注漿采取了不同長度、多梯次的注漿模式，較以往設計節省了工程量，且注漿效果較好，值得推廣。

[1]JTG F60—2009，公路隧道施工技術規范[S].

[2]JTG D70—2004，公路隧道設計規范[S].

[3]關寶樹.隧道工程設計要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.