黃土隧道塌方處理及原因淺析

趙壽基

（山西省朔州高速公路有限責任公司 大同 037034）

1 工程概況

鴛鴦會隧道位于山西省朔州市山陰縣下喇叭鄉鴛鴦會村與凍牛坡村之間，為分離式隧道，右線進口里程為K178＋044，出口里程為K182＋831，全長4 787m；左線進口里程為LK178＋102，出口里程為LK182＋830，全長4 728m。左右2線共設斜井一處，屬于特長隧道。平魯端起訖樁號左線LK180＋200～LK182＋830長2 630m，右線K180＋200～K182＋831長2 631m。

隧道穿越構造剝蝕中山區，海拔高度1 400～2 000m，坡角較大，山峰陡立，最大埋深左線316 m，右線317m。隧道所處區域屬北溫帶干旱大陸性季風氣候，主要的氣候特征是冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，春秋短暫，冬春風沙，晝夜溫差大。

隧道穿越的地層主要為灰巖、白云巖，洞口段分布風積黃土、粉質粘土層。白云巖，晶粒結構，塊狀構造，節理裂隙發育，巖體較完整。灰巖，竹葉狀結構，層塊狀構造，節理裂隙較發育，巖體較完整。風積黃土，巖體抗剪強度低，無自穩能力。粉質粘土，深紅色，硬塑，粘性較大，具弱膨脹性。隧道地層主要為灰巖，大氣降水以垂直滲入為主，徑流帶尚未形成，地層富水性差，地下水埋藏深度較大，對工程影響較小。

平魯端左線各級圍巖長度分別為：V級705 m，IV級585m，III級1 340m。平魯端右線各級圍巖長度分別為：V級721m，IV級570m，III級1 340m。左、右線洞口段都有700余m長的黃土圍巖段。

2 塌方情況

隧道V級黃土圍巖段施工采用預留核心土法的環形開挖法，施工中嚴格按照設計要求和施工規范進行操作，遵照短開挖、強支護、早襯砌的原則進行。左線施工到2011年6月27日坍方前，上半斷面開挖至LK182＋596，下斷面開挖至LK182＋610，全斷面襯砌至LK182＋647。

6月27日晚17：40時，隧道上導坑掌子面正進行開挖施工，突然值班人員注意到開挖面處已完成的初期支護噴射混凝土有開裂、掉塊現象，開挖面土塊掉落，并有“喀嚓”的響聲，就立即通知所有施工作業人員撤離，17：56上臺階長度15m的初期支護全部發生坍塌，將上臺階斷面完全掩埋，洞內形成錐形坍體土方，坡腳延伸至LK182＋624處，坍體表面壓跨的直徑42mm小導管清晰可見，LK182＋612～LK182＋628段局部有初期支護變形、開裂現象，造成部分初期支護侵限，地表形成漏斗坍穴，長23m，寬30m。

3 塌方原因

經分析認為：塌方段圍巖為黃土，粉土狀、含水量較大，山頂為沖溝陷穴，較為發育，加之近期連續下雨，山體滲水較發育，隧道埋深又不大，僅埋深33.3m，雨水下滲，惡化了圍巖工程性質，使圍巖變形加大，自穩能力差，因此造成隧道坍方。

4 塌方處理

4.1 地表處理

將地表坍穴用二八灰土分層回填夯實；將地表沖溝清理平順，溝底回填厚1m厚的二八灰土；對坍方引起的地表裂縫用二八灰土回填密實并刷成斜坡，以保證排水通暢。

4.2 初期支護加固處理

LK182＋612～LK182＋628段因坍方影響初期支護變形較大，已侵入限界，并形成多條環向裂縫，進行臨時支撐及壓漿加固處理。在既有支護鋼拱架內側另行加設I20a工字鋼環向支撐，鋼支撐縱向間距60cm，各連接板處設4根直徑22 mm鎖腳錨桿將內外鋼拱架焊接牢固；在該段初期支護內增加直徑42mm徑向小導管，長度400 cm，環向間距100cm，縱向間距60cm，注漿加固圍巖土體。

4.3 塌體封閉注漿

LK182＋612～K182＋620段回填土體進行反壓，下端用編織袋裝土碼砌工作平臺，形成臺階狀，并設I20工字鋼臨時仰拱進行支撐；坍體坡面噴射厚20cm混凝土進行封閉，并往坍體坡面打入2環直徑42mm注漿小導管，長度600cm，內外環向間距為100cm，外環21根，內環19根，注漿；小導管均焊接注漿管，各管均設置止漿閥門。注漿水灰比控制在0.6～0.7，注漿前做凝固試驗，凝固時間控制在0.5～1.0h，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

4.4 坍方段施工

LK182＋612～LK182＋596.8坍方段開挖采用雙層注漿小導管方法通過，小導管長300 cm，每掘進100cm（立2榀鋼拱架）施作一環超前小導管，注漿。該段支護參數參照SJ復合襯砌形式，并將工字鋼拱架由I20a調整為I20b，將鎖腳錨桿由直徑22mm砂漿錨桿調整為直徑42mm注漿小導管。該段采用臺階法加臨時仰拱施工，每循環開挖進尺為50cm（立1榀鋼拱架），每次開挖后立即用厚10cm噴射混凝土封閉掌子面，并打入間距1.2m×1.2m的小導管注漿加固掌子面土體，各級臺階面上采用I20b工字鋼臨時仰拱作橫向支撐，鋼拱架拱腳噴射混凝土加大尺寸（高度100cm、寬度50cm）。該段初期支護預留沉降量為35cm，施工中根據監控量測數據予以調整。

4.5 換拱處理

坍方段處理完成后，再對LK182＋612～LK182＋628侵限初期支護進行換拱處理。換拱從小里程往大里程方向進行，先施作超前雙層小導管，長度300cm，每掘進120cm（立2榀鋼拱架）施作一環超前小導管，注雙液漿；換拱采取人工風鎬施工，每次施作1榀，工字鋼縱向連接鋼筋間距調整為50cm，并設雙層直徑8mm鋼筋網片，間距20cm×20cm，該段二次襯砌厚度及配筋參照SJ襯砌類型進行。

4.6 下臺階及仰拱施工

上臺階施工3～5m，做好臨時仰拱后開挖下臺階，下臺階循環進尺1.5m／次，左右錯開3m仰拱循環進尺2m／次。

4.7 二襯施工

待仰拱施工完畢并滿足一模臺車施工后，立即全斷面模筑鋼筋混凝土二次襯砌通過塌方段。

5 施工注意事項

（1）做好洞口、洞門及洞頂的排水系統，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。

（2）施工時要特別注意拱腳下墻腳處斷面，如超挖過大，可用墻體同標號混凝土回填。如發現該處土體承載力不夠，應立即加設錨桿或采取其他措施進行加固。鉆錨桿孔時宜采用干鉆。

（3）施工前必須先做仰拱，如果不能先作仰拱時，為防止邊墻向內位移，應在開挖與灌注仰拱之前，加設橫撐梁頂緊，以防墻體變形［1］。

（4）管棚與支護施工時應嚴格按照黃土隧道的施工方法組織施工，在進洞之前先做好洞頂排水天溝等排水系統。

（5）進洞時洞門必須先作超前支護，大管棚預注漿。大管棚采用直徑89mm×壁厚4mm，自拱頂向兩邊按間距40cm環形布設，傾角α＝2°～5°，每環36根，每根長30m。

（6）初期支護必須緊跟掌子面施做，斷面成型后立即噴射不小于5cm厚的混凝土，封閉掌子面，安裝鋼拱架及錨桿后，再次噴射混凝土。黃土圍巖鉆孔易夾鉆，如等錨桿安裝好后再進行下道工序施工則施工進度將受影響，也不利于施工安全。如采取錨桿后行，且距離控制在2～3個循環之內，在噴射混凝土時先噴一半，錨桿檢查符合設計及規范要求后，再將剩余混凝土部分噴平的方法，既安全又解決了施工進度問題［2］。

（7）施工中必須嚴格按照有關圖紙和規范執行，只有通過對圍巖進行監控量測，才能正確地掌握圍巖與支護之間的收斂動態，掌握圍巖與支護的動態規律，并結合地質超前預報，客觀評價圍巖穩定性，進一步了解圍巖的彈塑性區域、裂隙發育程度等，從而合理調整初期支護參數及調整預設計。

6 排水施工控制

黃土隧道最怕水，因此，黃土隧道必須做好防、排水工作，使建成的隧道不滲、不漏，也是隧道施工成敗的關鍵。在黃土隧道的施工中，要嚴格按照設計施工，因地制宜地采取“以排為主、防、排、堵、截相結合”的綜合治理原則，達到排水暢通，防水可靠，不留隱患的目的。具體方法如下：

（1）初期支護期間，表面無水區的5m內、滲漏水區3m內，從拱腰至墻腳，每側打不少于3個引水孔，孔深50cm，然后環形設排水半管，外用1cm厚砂漿封閉半管表面。如遇局部有滲水、涌水，應調整半管安放位置，或視情況增加半管使用數量。排水半管布設好后，應仔細檢查初期支護表面有無滲、漏水現象，檢查合格后再進行下道工序施工。

（2）在鋪設土工布（400g／m2）前，應檢查初期支護表面是否平整，如有鋼筋或錨桿頭外露，應割除并用砂漿抹平，使噴混凝土表面凹凸高差不超過±5cm；噴混凝土表面符合要求后再鋪設土工布，既能保護防水板免遭破壞，又能起到滲水作用。土工布用襯墊貼上，再用射釘槍釘上水泥釘錨固，水泥釘長不得小于50mm，拱頂平均3～4點／m2，邊墻2～3點／m2，土工布鋪設20m后，再鋪設防水板，鋪設的防水板必須符合國標各項指標的要求，為減少接縫，采用幅寬4m的防水板。采用專用熔接器熱熔粘接防水板接縫，搭接部分不得小于100mm，粘接剝離強度不得小于母體拉伸強度的80%，采用真空加壓法檢測防水板接縫粘接強度。在0.2MPa壓力作用下持續5 min，粘接強度不得小于0.16MPa［3］。

（3）隧道縱向排水采用中心排水管溝和行車道邊緣兩側設縱向排水溝的方法，將襯砌外圍的水排出洞外。縱向排水管溝在隧道設計中是常見的主要方法，但要注意施工中雜物、地下水夾帶的礦物質、泥砂在排水管溝內積蓄堵塞排水系統，使排水系統失去作用，影響建成的隧道正常運營。為防止排水管溝堵塞，在初期支護與二次襯砌之間沿隧道縱向全長與隧道同坡設置直徑100 mmPVC花管，在1／2斷面內梅花狀每隔5cm鉆一個直徑6mm的圓孔，再在半圓管上部用1～2 cm碎石充填。為了便于對縱向排水管溝的定期疏通，施工中經常采用管道疏通機進行疏通。為使積水及時排出洞外，在兩側墻腳每隔50m對稱布設檢查維修孔。管溝內積蓄的水經檢查孔由橫向排水管溝（PVCФ160×5mm）通過行車道邊緣排水溝或中心排水管溝排出洞外。為便于維修，在邊緣排水管溝或中心排水管溝每隔50m設一處沉淀檢查井，形成既便于維修檢查，又能“暢通無阻排水”的網絡體系，通過動態排水，實現隧道不滲水、不漏水，確保正常運營。

7 建議

（1）為防止黃土隧道坍塌事故的發生，在黃土質砂粘土及新黃土淺埋地層，如洞口段、溝谷段、偏壓段，應采用超短臺階開挖，隨挖隨支，襯砌緊跟，盡量縮短襯砌與開挖距離，減少圍巖暴露時間，必要時設超前支護，以安全通過為主要目的。

（2）加強施工用水管理，保持洞內排水暢通。水池應遠離線路，以防止成為坍塌的誘因；洞內用水管理有序，排水應暢通，嚴防軟化地基出現坍塌。

（3）施工中應及時初噴，及早約束圍巖早期變形，在變形未完成時進行初噴，將變形控制在允許范圍內。

總之，黃土隧道施工中，設計與施工必須密切配合，確實做到短開挖、強支護、襯砌緊跟，軟弱地層及時成環，仰拱先行。嚴格按設計要求施工，努力做到在施工期間不塌方，竣工后襯砌不開裂，軟弱地基不翻漿。

［1］李緒云.隧道工程施工中的工序質量控制［J］.吉林交通科技，2007（4）：56－57.

［2］王洪峰.黃土隧道施工技術管理要點［J］.山西交通科技，2011（6）：49－51.

［3］康 軍.黃土公路隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2011.