隧道溶洞塌方堆積體處理施工技術

范子豪

（中交四公局第三工程有限公司，北京 100000）

1 工程概況

舟寨隧道進口位于ZK5+990（右線K5+898）江口縣閔孝鎮舟寨村,距村道700m，出口位于ZK6+352（K6+365）江口縣閔孝鎮閔家場村。總長度左線362m，右線467m；雙向4車道單向行車，設計速度80km/h，單洞行車道寬度為2m×3.75m，隧道建筑限界凈寬為10.25m，建筑限界凈高為5.0m。左洞Ⅳ級圍巖98m，Ⅴ級圍巖264m；右洞Ⅳ級圍巖有104m，Ⅴ級圍巖有363.5m，于2018年11月30日開挖至K6+312處隧道右洞掌子面出現大面積塌方，從拱頂上方往掌子面處塌落泥加石，石塊呈大粒徑孤石。根據塌方體外涌的方量推測該處空腔大約為500m3，該處隧道埋深為40m，地表處植被較豐富。

2 塌方原因

2.1 地質復雜

舟寨隧道右洞起訖樁號為K5+898～K6+365，原設計K6+200～K6+365段為Ⅴ級圍巖，隧道洞身主要為強、中風化白云巖，巖體破碎，節理裂隙發育，巖體完整性較差，開挖時，多以面狀滴水為主。經地質專家和隧道專家到現場查看，分析該處為溶洞向深部溶蝕的演化歷史，在巖溶溝槽向深部溶蝕切割進程中，降低了區內最低侵蝕基準面，巖溶水在補給、徑流過程中受最低侵蝕基準面進一步向深部改道下切，致使曾經的溶洞暗河出口逐漸干枯形成干溶洞或半干溶洞。在長期的地質變化中，溶洞頂塌陷導致溶腔底部成為塌陷石塊堆積體。在該段施工過程中，由于巖層縫隙太大，注漿無法達到效果，小導管無法承受來自拱部的石塊壓力，且巖層呈不規則形狀，開挖過程中掉塊嚴重，導致塌方。

2.2 施工原因

（1）在開挖前施工方未對超前地質預報進行細致查看，未能提前對前方地質作出準確的判斷。（2）洞內的監控量測點破壞嚴重，未能準確地對初支附近圍巖的變形情況進行分析。（3）由于為堆積體巖質，常規的超前小導管支護注漿效果差，巖體在開挖過程中失穩導致塌陷，形成溶腔。

3 溶洞處理方案

3.1 穩定掌子面

先對掌子面進行噴射砼封閉，避免掌子面繼續垮塌，同時對預留核心土體進行注漿，保證掌子面的穩定性；預埋110mm的鋼管至拱頂空腔，以便于吹砂、泵送混凝土和排水（端部采用土工布包裹），長度、數量根據現場探測實際情況確定，并加密環向排水管，間距為3m；對局部較大空腔采取分次泵送C20砼填充；超前地質預報盡量探明掌子面前方及地表以下地質情況，加強過程中監控量測（洞內和地表），并及時反饋結果。

3.2 地表注漿

對地表K6+307～K6+322段進行注漿，以便山頂地表進行封水處理，注漿范圍為洞頂左右各15m，深度為3m，孔間距為1.5m×1.5m梅花形布置；采用無縫鋼花管打孔注漿，漿液材料初步擬定為水泥漿，水灰比W/C=0.5～1.0，注漿壓力一般控制在0.5～1.0MPa，在孔口設止漿塞，并及時對地表進行沉降觀測。

3.3 管棚施作

由于隧道在掘進施工中，堆積體巖層自穩能力差，屬于易塌方地質，需采用較強的超前支護形式進行施作，保證施工安全。由于該地質巖層中存在裂隙較多，巖溶極其發育，采用常規的管棚施做成孔較困難，屬于易塌孔地質，故采用跟管技術進行管棚施工。當地質狀況復雜，遇有砂卵石、巖堆、漂石或破碎帶不易成孔時，采用跟管鉆進工藝，即將套管及鉆桿同時鉆入，成孔后取出鉆桿，頂入管棚，拔出外套管。跟管鉆進是鋼管前方設置一個管靴，通過鉆頭頂進管靴，鉆頭采用合金鋼制成，管靴帶動鋼管逐節往前進，單節管長度為1.5m并兩端設置套絲，兩節管采用套管連接，套管長度為20cm，在K6+312處施作套拱鋼支撐，將鋼管端部焊接在I20b工字鋼上。套拱內埋設3榀I20b工字鋼，采用裝載機進行吊裝，型鋼與管棚鋼管通過Φ20鋼筋環向間距1m連接成整體，鋼筋與型鋼焊接牢固。從K6+312處往出口方向施作9m長超前Φ108×6mm管棚，搭接長度不小于2m，環向間距40cm，外插角7～15°，并注漿漿液材料初步擬定為水泥漿，水灰比W/C=0.5～1.0，注漿壓力一般控制在0.5～1.0MPa，在孔口設止漿塞，在注漿完成之后可采取鉆孔驗證注漿效果。

3.4 超前小導管

為了確保開挖施工的安全，在開挖前可采取加密超前超小導管配合長管棚的形式共同對掌子面進行支護，控制Ф42×4mm超前小導管的仰角10～15°外插角打入圍巖，鋼管環向間距控制為30cm，縱向排距加密為120cm，并按要求進行注漿。在一榀拱架開挖及初期支護完畢后進行下一次鉆孔，并施作超前小導管。小導管鉆孔時采用手風鉆進行鉆孔，使用孔眼較管徑大20mm以上。按設計控制鉆桿仰角，孔鉆好后，進行清孔處理，后再將鉆桿換釬尾，將導管貫入孔中，外露20cm，安裝止漿閥，并將小導管周圍空隙封堵嚴實。小導管頂端為錐形，管壁周圍鉆設φ8梅花形孔眼，孔眼間距15cm，交錯布置；為了防止漏漿，保證注漿效果，小導管管尾100cm范圍內不鉆設花眼，并應在管端做好止漿閥。小導管注漿漿液材料初步擬定為水泥漿，水灰比W/C=0.5～1.0，注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，在孔口設止漿塞，在注漿完成之后可采取鉆孔驗證注漿效果。

3.5 塌方體開挖

管棚和小導管注漿完畢，待壓漿強度達到70%，加強監控量測工作，對洞內和地表進行觀測，同時將二襯跟進至K6+271處方可掘進。在開挖過程中嚴格按預留核心土工藝工法進行施作，進行開挖作業，開挖采用機械破碎結合人工，禁止采用爆破開挖，每循環開挖不超過1榀鋼拱架。圍巖巖性軟弱，破碎程度嚴重，自穩能力差，主要采用機械配合人工開挖。為減少核心土開挖與掌子面開挖施工之間的相互影響，每個掌子面錯開10m。開挖過程中及時支護，并設置沉降觀測點，發現異常及時停止，待加強支護后繼續開挖。

3.6 襯砌加強

本段原設計圍巖為V級圍巖，襯砌支護參數為Va，為了保證該段的施工安全，對襯砌支護參數進行加強處理，將Va支護類型變更為Vd的形式，在開挖前確保二襯安全步距達到最小值，V以下為Va和Vd的支護參數如表1所示。

表1 隧道襯砌支護參數表

3.7 監控量測

由于在K6+312處地表埋深為40m，監控量測選用地表觀測和洞內觀測兩種方式進行。

地表沉降量測采用水準測量，與洞內拱頂下沉量測、周邊位移量測設在同一橫斷面內，進行橫斷面方向地表沉降量測時，同一斷面取7～11個測點，測點間距取2～5m。地表下沉量測在開挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）處開始，直至襯砌結構封閉、下沉基本停止為止。地表觀測在洞淺埋段，觀察內容包括地表開裂、地標沉陷。應特別關注地表貫通性裂縫的排查；邊坡及仰坡穩定狀態；地表積水、滲透以及排水情況。

洞內觀測。拱頂下沉量測采用水準測量法進行，后視點可設在穩定襯砌上，用水準儀進行觀測，為了加強觀測拱頂下沉按5m設置一個斷面，當隧道水平收斂速率小于0.15mm/d或拱頂下沉速率小于0.1mm/d時維持該速率至少7d以上認為基本穩定，可以施作二次襯砌。

4 注意事項

（1）隧道溶洞處理時，一定要做好洞內和地表的監控量測工作，及時根據量測數據處理的結果，對圍巖的變形趨勢作出準確的分析判斷，以便指導施工。（2）Ⅴ級圍巖環狀開挖留核心土，臺階長3～5m，仰拱至掌子面40m，二襯至掌子面70m。（3）施工過程中嚴格按照工藝工法進行施工，嚴守“管超前，預注漿。短進尺，弱爆破。強支護，快封閉。勤量測，緊襯砌。”的原則。（4）及時做好隧道的監控量測和超前地質預報工作，及時掌握隧道前方的地質情況和洞內的圍巖變化情況。（5）在隧道出現塌方后對掌子面應立即停止施工，撤出人員和機械，待拱頂穩定后，視情況確定具體施工方案。（6）采用跟管管棚施工，要確保管靴的質量，為了保證順利鉆進，在套絲連接的基礎上補充焊接。

5 結束語

目前隧道在嚴格遵守技術方案施工的前提下，已經安全貫通，通過本隧道溶洞塌方體的處理，也為后續相同地質的隧道施工提供了借鑒，出現隧道塌方，應做好地質條件的分析和方案的論證工作。