縉云山隧道掌子面塌腔處理措施

趙延露+康捷

摘 要：由于隧道地質條件復雜，具有不可預見性，在施工過程中會出現不同程度的塌腔，給隧道掘進帶來很大難度，制造不安全因素。對于塌腔必須采取有效的措施進行處理，保障施工安全。利用反壓回填與止灰墻法配合，進行混凝土充填的處置方法可以有效處置塌腔病害。

關鍵詞：順層地質；塌腔；反壓回填；止灰墻；充填

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A

0.引言

高速公路隧道因為設計選線時難以克服的各種因素，難免會穿越不良地質段落，在施工過程中時常會出現掌子面塌腔掉塊等突發情況，本文通過縉云山隧道施工過程中的工程實例，分析縉云山隧道在施工過程中ZK6+841處碰到的塌腔出現的原因，提出了合理的處置措施，現場實際實施取得了良好的效果。為了更好地解決隧道施工類似塌方，提供有價值的參考資料，對隧道工程建設提供可行的施工經驗。

1.工程實例

1.1 工程背景

縉云山隧道設計為分離式三車道隧道，兩洞凈距15.25m，左線全長2714m，右線全長2745m。地質情況復雜，III級圍巖占比11.32%，IV級圍巖占比34.03%，V級圍巖占比54.65%，隧道存在巖溶、煤層與瓦斯、采空區及斷層破碎帶等不良地質情況。

縉云山隧道出口端左洞為先行洞，發生垮塌的掌子面樁號為ZK6+841，處于縉云山隧道出口深埋段，距離洞口788m，埋深183.18m。設計圍巖為V級圍巖。塌腔處地層情況為三疊系上統須家河組第3段（T3xj3），灰黑色，薄至中厚層狀泥巖與粉砂巖互層，設計提示圍巖局部夾炭質泥巖及薄煤層，煤層厚0.15m?0.30m，設計為低瓦斯段。該層巖芯較破碎一較完整，多呈片狀、短柱狀。實際圍巖揭露情況主要為薄層狀頁巖夾厚層狀中粒巖屑砂巖，屬軟巖夾較硬巖，巖層層間結合較差，節理較發育，巖體較完整，圍巖為主要為層狀結構，為相對隔水巖組，地下水貧乏。Rc=3.79MPa，完整性系數Kv=0.55，K1=0.1，K2=0.2，K3=0，[BQ]=209。塌腔出現位置圍巖主要為黃色松散狀泥巖，自穩能力差。實際施工中該段落并未揭露出煤層，經過實地監測有毒有害氣體濃度為0。

1.2 塌方原因分析

掌子面掘進至ZK6+841時，掌子面圍巖由之前的薄層狀中粒石英巖屑砂巖突變為黃色松散狀泥巖，圍巖自穩能力差，爆破后突然出現凌空面使圍巖原本的自穩體系受到破壞，且該處圍巖設計圖紙中提示為地質順層，原本的下滑方向正好與掌子面提供的凌空面相同，圍巖受到擾動后先是發生滑移，進而為拱頂圍巖提供了凌空面造成拱頂松散巖體進一步垮塌，且垮塌趨勢一再擴大。

根據現場揭露的圍巖情況未發現有煤層出現，且未檢測到瓦斯，掌子面較干燥未見有明顯裂隙水流出。由于前方松散泥巖夾層在掌子面縱深方向較厚，之前打設的超前小導管作用范圍短，未能夠發揮作用。最后塌腔縱向深度約8m，拱頂塌腔深度約5m，且斷斷續續的不斷有小體積土體塌落，根據施工圖紙提示的地質情況該處地質破碎帶一直與掌子面走向呈45°角斜向延伸至洞頂，需要及時進行處理，否則塌腔會進一步加大，增加后期處理難度。

1.3 塌腔處理方案

塌腔處理遵循“穩固塌體、填充塌腔、加強監測、謹慎通過”的處置思路進行施工，確保施工人員安全，避免安全事故的發生。根據塌腔現場的特點，合理配置生產資源，做好機具選型配套，合理及時的處理洞內塌腔。

①回填封閉。因塌腔持續擴大，不斷有塌體下落，為穩固塌體，先用隧道洞渣回填反壓掌子面以限制塌腔進一步擴大。回填洞渣由掌子面塌腔處，向洞口方向放坡分層回填，夯實，為后續施工留有足夠空間。噴射C25早強混凝土封閉整個回填體表面，厚度為20cm。同時預留3處Φ150mm的無縫鋼管以便后期對洞內塌腔進行泵送自密式混凝土回填。

②注漿固結。鑿出回填后成洞段外漏的第一榀工字鋼的導管眼，將塌方影響毀壞的小導管清除，重新按設計安裝小導管后，對塌落和回填土體進行注漿固結，注漿管采用Φ42打孔鋼花管，長5m，注漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。注漿過程中注意控制注漿壓力及壓漿速度，以防止圍巖再次塌方。同時設置專人對封閉的掌子面進行觀察，有異常情況立即撤出施工人員。

③止灰墻施作。在預留的Φ150mm的無縫鋼管端頭安裝混凝土泵送管以對塌腔體內空洞進行泵送混凝土回填，安裝泵送管后回填止灰墻，噴射C25早強混凝土封閉整個回填體表面，厚度為20cm，對止灰墻噴錨固結。

④混凝土充填。二襯班組安裝輸送泵，輸送管，泵送C20混凝土進行充填，泵送過程連續；泵送后期采用流動性好的自密性混凝土，進行充填，確保充填密實無空洞。

混凝土充填后對混凝土進行鉆孔取芯，驗證混凝土密實度，根據混凝土芯樣反應的情況，確定充填混凝土密實，可進行下一步施工。

⑤圍巖變形監測。加強對掌子面及支護狀態進行觀察，主要觀察掌子面地質情況及支護完成段有無裂縫，并做好記錄。對成洞段的初期支護的變形情況進行加密監測，實時通過監控數據反應圍巖穩定狀態，圍巖沉降與初支變形情況。監控量測嚴格按照規范和設計進行，每天測量完畢及時進行數據分析，向施工技術員和現場負責人反饋監測結論。當洞內水平收斂值大于5mm/d或地表監測發現異常應立即通知現場人員撤離，并及時向上級回報。當塌方段處理結束，洞內收斂小于0.2mm/d后方可停止監控。

⑥開挖施工前鉆探取樣。待塌方體內混凝土強度達到要求后，對掌子面前方圍巖進行超前水平鉆孔探測，通過超前鉆孔探明掌子面前方的工程地質情況，水文地質的活動態勢，主要探測不良地質段位置、巖石的強度、巖層的破碎程度、巖性、有無富水地段。

根據鉆孔芯樣顯示掌子面前方巖層較破碎，應采取較為安全的開挖工法三臺階七步作業法。對巖石芯樣進行單軸飽和抗壓強度試驗，芯樣強度為19.5MPa，根據此巖石強度，需加強圍巖支護。

⑦ 嚴控開挖、加強支護。待塌方體內混凝土強度達到要求后，根據超前鉆探取樣結果，對掌子面采取相應措施進行開挖掘進，開挖方法采用三臺階七步作業法開挖，三臺階七步作業法在臺階法的基礎上，預留核心土，左右錯開開挖，利于開挖工作面穩定。為保證塌方體的穩定性，工人在安全的環境下施工，實施加強支護，縱向用雙層小導管超前支護，外偏角分別為10°，45°，單根小導管間距30cm，小導管單根長5m，縱向搭接長度按設計圖紙中要求施工。其他支護參數按S5型襯砌進行施工。

⑧圍巖監控量測結果。現場觀察圍巖情況記錄結果顯示，掌子面圍巖層狀為薄-中厚層，巖體較破碎，圍巖穩定性較差，掌子面干燥，初支狀況觀察結果顯示噴層無裂隙，無剝離剪切破壞，鋼支撐無壓屈。

隧道拱部收斂量測結果結果顯示最大收斂速率為1.4mm/d，累計收斂量22.7mm。隧道拱頂量測結果顯示最大下降速率1.7mm/d，累計下沉量28.8mm，隧道圍巖變形趨于穩定狀態，斷面收斂與下沉量都滿足設計要求。

結語

按照本方案進行施工，安全有效地完成本段里程塌方的處理工作，經實踐證明該方法處理塌腔，施工速度快、節約經濟成本，安全可靠。因地質因素復雜多變，隧道施工過程中出現塌腔情況較為普遍，處理工作難度大，本方法在實踐中取到了很好的效果，可供類似工程參考。

參考文獻

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[2]戴衛星.大峽山隧道V級圍巖淺埋段進洞及塌方處理實例[J].湖南交通科技，2008（3）：118-120.