瑯岐隧道塌方綜合處理技術研究

王建東

摘要：瑯岐隧道由于地質條件復雜，在施工中出現圍巖坍塌，地表塌陷現象。本項目根據隧道坍塌的具體情況，結合以往處理隧道坍塌的成功經驗，并進行工藝創新。最終通過采取地表阻水、錨桿注漿加固圍巖、小導管及管棚形成保護層、塌腔填充泡沫混凝土、預留核心土環形開挖法清除塌方渣體等綜合處理措施，順利完瑯岐隧道的坍塌處理。

Abstract： Due to the complicated geological conditions of the Langqi Tunnel， the surrounding rock collapse and surface collapse occurred during the construction. According to the specific circumstances of tunnel collapse， this project combines the successful experience of dealing with tunnel collapse in the past， and carries out technological innovation. Finally， comprehensive treatment measures such as surface water blocking， bolt grouting to reinforce surrounding rock， small pipes and pipe sheds to form a protective layer， cavern filling with foam concrete， and ring-shaped excavation of the reserved core soil to remove the collapsed slag body， have successfully completed the treatment of Langqi tunnel collapse.

關鍵詞：隧道坍塌;圍巖注漿加固;小導管及管棚保護圈;泡沫混凝土;施工技術

Key words： tunnel collapse;surrounding rock grouting reinforcement;small conduit and pipe roof protection ring;foam concrete;construction technology

中圖分類號：U458.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）25-0162-03

0 ?引言

在隧道施工掘進施工時，常遇到巖溶、塌方、變形及突泥突水等各種事故，其中以塌方最為常見，是較為典型的一種隧道施工事故，往往給施工帶來巨大的困難。塌方的處理不僅耗費大量資金，且嚴重影響工期。隧道受地質情況、圍巖狀態及受力情況、地下水變化、施工作業方法等不可控的因素影響，隧道施工時出現坍塌很難避免。故隧道坍塌后的施工處理方法和措施以確保施工安全、降低成本和減少工期延誤是工程技術人員最為關切的問題，本文結合工程實例將隧道坍塌后的綜合處理措施與各位進行交流，為處理隧道坍塌提供一些思路。

1 ?工程簡介

瑯岐隧道位于福州市馬尾區瑯岐鎮金砂村，采取雙洞分離式，為長大隧道，本合同段負責施工瑯岐隧道的一部分。施工范圍：左線起迄里程ZK29+430.17～ZK30+468，長1037.83m;右線起迄里程YK29+410～YK30+461，全長1051m。

隧道采用復合式襯砌，初期支護采用噴錨支護。隧道為六車道分離式公路隧道，按行車速度100km/h設計。

隧道區屬丘陵地貌，地形起伏大，進口段自然坡度在30～60°，洞口山體自然坡度約60°;隧道洞身圍巖為中-微風化花崗巖/花崗斑巖，屬較硬-堅硬巖，但受區域構造帶影響，隧址區節理裂隙發育，巖體總體較破碎，隧址區發育有F14、F14a、F17a三處斷層及5處裂隙密集發育帶，施工安全風險高;洞身圍巖以Ⅲ級為主，節理裂隙密集帶附近圍巖級別以Ⅳ、Ⅴ級為主，容易出現涌水突泥、坍塌等事故。ZK29+620處隧道頂板上方約25m處為季節性小溪，與隧道有一定水力聯系，可能發生地下水突涌，其水量受水庫泄水及季節性降雨影響大。

2 ?隧道坍塌過程及情況

2017年6月13日約9時30分，隧道左洞ZK29+633掌子面圍巖為Ⅳ級，采用兩臺階法開挖，ZK29+628下臺階已完成開挖放炮，正在進行清碴作業，在施工中，現場施工人員發現ZK29+615斷面處左側拱腰至拱頂部分工字鋼鋼架出現變形、初支混凝土出現裂縫現象。施工員立即安排現場的施工人員及所有機械停止作業，速撤離施工現場，留下兩名技術人員進行遠距離監測。約至10時10分，隨著鋼拱架變形、裂縫的加大，左側拱腰部分突然出現坍塌，并迅速擴散，形成了約直徑2.2m左右的塌方孔洞;至19時20分，塌方體段不斷擴大，縱向延伸至ZK29+613～

+618，橫向整個拱頂及左側墻身出現坍塌，形成長約為5m，寬約為9m，高約為6m的塌腔。隨著坍塌的不斷發生，塌方體全部填充隧洞。且觀察到地表出現沉陷長6m×寬7m，深為3.6m塌坑。

6月15日坍塌處于穩定狀態。

3 ?塌方原因分析

①查閱之前記錄的監測資料，此段隧道收斂變形沒有明顯突變現象，表明瑯岐隧道在ZK29+615處的坍塌具有突發性。根據塌方段（ZK29+615）施工時記錄的地質描述：該里程揭示圍巖為中風化花崗巖，節理及裂隙發育，巖體呈現碎石狀，且拱頂及邊墻圍巖出現較嚴重滲水，圍巖級別應是為Ⅴ級，但設計圖紙的支護參數還是按Ⅳ級圍巖的要求。

②對隧道坍塌體的工程地質進行了分析：塌方處隧道圍巖較為破碎，且雜夾著大量泥狀黃土，含水量較大。坍塌處隧道頂埋深約為25m，從地表塌陷處坑壁顯示，地表表層上覆土厚度約為2.5m，土體主要為無粘性粉狀黃土，粘土層下為強風化片麻狀破碎巖層，土體的自穩能力差，在隧道爆破掘進的擾動下，容易誘發圍巖坍塌。

③隧道坍塌處的上方為季節性小溪，溪流處發育構造F14斷層。地表水與隧道洞身位置構造帶存在連通性，地表水易沿構造帶下滲，補給地下水，對隧道圍巖穩定性影響大。福州地區6月～7月為雨季，隧道坍塌前連續多天暴雨，大于往年降雨量，且在設計院下發的隧道圖紙中，沒有針對地表的處理及隔水方案，造成雨水下滲，影響隧道初期支護穩定。可認為因滲水破壞了圍巖的自穩能力是導致隧道坍塌的主要原因。

4 ?塌方處理方案

4.1 塌方處理總體思路

根據瑯岐隧道坍塌的具體情況，并結合以往處理類似圍巖坍塌的成功經驗。本項目處治圍巖坍塌的總體指導思路是：

①阻水：對坍塌處上方的地表進行阻水處理，避免地表水再向圍巖里滲透，引起圍巖軟化，減少粘結力而導致失穩坍塌。

②固巖：對洞內初支變形及超限段、受影響段采取圍巖加固措施，確保坍塌及初支變形范圍不再擴大。

③防護：在洞頂輪廓以外的坍塌體分別施做小導管注漿和大管棚注漿，形成兩層保護圈，以確保進行洞內坍塌體掘進清理時的施工安全。

④慎進：坍塌體清理時，依據：“短進尺、強支護、快封閉、勤量測、速反饋、跟二襯”的原則。本項目采取二臺階預留核心土弧形開挖，每次進尺0.5m，并隨挖隨進行初支的施做，謹慎進行坍塌體的清理。

4.2 具體的處理技術措施

4.2.1 ZK29+603～+613侵限段處理方案

經對隧道進行斷面量測，ZK29+603～+613段支護出現10～35cm變形侵限，需進行拱架換拱處理，支護采用間距為50cm的Ⅰ20工字鋼鋼架，鋼架間設置間距為100cm的？準22連接筋;噴射混凝土平均厚度為27cm，采用間距20×20cm的？準8網片;隧道洞身圍巖設置？準25中空注漿錨桿加固，長度為5m，中空注漿錨桿洞身縱向間距50cm，環向間距75cm;注漿材料采用1∶1水泥砂漿。

同時加大ZK29+588～+613段段圍巖監控量測，及時分析圍巖變形，根據監控量測情況，及時動態調整加固長度。

4.2.2 ZK29+588～+603受坍塌影響段處理方案

ZK29+588～+603段初支沒有出現變形超限及開裂現象，但作為受影響的段落，后期存在變形超限和坍塌風險，本項目對此段隧道洞身圍巖采取設置？準25中空注漿錨桿加固，長度為3m，中空注漿錨桿洞身縱向間距75cm，環向間距100cm;注漿材料采用1∶1水泥砂漿。

4.2.3 ZK29+613～+618坍塌段處理方案

①地表阻水及坍陷坑處理方案。

地表水滲入圍巖是導致本次隧道坍塌的主要原因之一，為了避免地表水持續下滲，使破碎圍巖的物理力學性能更為惡化而加劇坍塌風險，首要任務就是對地表水采取阻滲措施，具體措施如下：

1）對地表水進行臨時的截、排，避免惡化坍塌情況。在地表沉陷區域的上方及兩側外設置漿砌片石截水溝、排水溝;并對地表塌穴處進行覆蓋。

2）對地表塌穴進行回填。為提高竣工后安全運營系數，塌穴內采用2∶8灰土分層回填，每層回填夯實，每層回填厚度不大于0.5cm。對坍陷的周邊地表進行刷坡，人工夯實局部松散或有裂縫部位，且同時全坡面進行掛網噴混凝土，噴射厚度為10cm。

3）在坍陷區內打入注漿鋼花管，鋼管采用無縫鋼管，長度為6m，規格為？準45×3.5，鋼花管下端制成錐形，管上鉆設？準8注漿孔。鋼管布置呈梅花形，間距為1.5×1.5m，鋼花管與坡面垂直打入，且外露25cm以聯接注漿軟管。

4）注漿管施打完成后，對整個坡面進行掛網噴混凝土，掛設@25cm×25cm的？準8鋼筋網;且鋼筋網與鋼花管接觸處焊接牢固，然后再由上至下噴混凝土10cm。

5）對鋼花管進行注漿，注漿材料為雙液漿（水泥漿與水玻璃混合），注漿由下至上逐根進行，注漿嚴格按設計的配合比、注漿量及注漿壓力進行，以使坍陷區坡體的圍巖穩定及有效阻水為最終目的。

地表阻水及坍陷坑處理方案如圖1、圖2所示。

②施工人員及機具防護措施。

為了確保在坍塌進行施工的人員及機具的安全，采用管棚注漿加小導管注漿處理措施。具體為：

1）沿掌子面前進方向，在拱頂180°范圍內施打？準42注漿小導管，向坍塌渣體內注漿固結，即在拱頂坍塌體內注入雙液漿（水玻璃和水泥漿液），將拱頂3m范圍內的坍塌渣體固結，形成第1層保護圈。小導管為？準42注漿小導管，長度為600cm，環向間距按30cm，外插角為10度。

2）隧道拱頂180°范圍內采用10m長的？準108注漿管棚，管棚環向間距按40cm，外插角15°，嵌巖長度大于3.0m，且管內設置由4根？準20鋼筋構成的鋼筋籠，注單液漿，形成第2層保護圈。

③初支方案。

初支采用I20鋼拱架，拱架間距為50cm，且拱架每處拱腳設置4根錨管鎖腳，鎖腳錨管為？準42注漿小導管，長度為5m，在拱腳處按正方形布置在工字鋼兩側;鋼架環向設置水平的？準22連接筋，間距為100cm;

塌方段二次襯砌參照Ⅴ級圍巖加強復合式襯砌圖進行襯砌施做。

④塌方體開挖處理。

隧道坍塌穩定后，對塌方體渣面采取噴射C20混凝土封閉，厚度為15cm，并在塌方體坡腳處堆碼高度2m的石碴進行反壓防護，以免塌方體再溜滑變形。

兩層防護圈施做完成后，進行塌方體的清理，采取預留核心土環形開挖法，每掘進一榀鋼架的跟，換一榀鋼架，鋼架拱底部成環，并及時施打鎖腳錨管;全環環向設置？準25中空注漿錨桿，長度為4m，梅花型設置，縱向間距0.5m，環向間距0.6m。

⑤塌腔處理。

進行兩層保護圈施工時，預埋深入塌腔內的？準80注漿管，以便在完成坍塌體清理后進行塌腔填充處理。

本次塌腔較大，需壓入大方量的填充物，如果填充物為混凝土或是砂漿時，在填充物未達強度前，其巨大的重量荷載均需由保護圈及初支承受，存在壓垮初支的風險。為此，本項目進行工藝創新，采用輕質的泡沫混凝土進行塌腔的填充。

塌腔回填采用的泡沫混凝土容重僅為普通混凝土的1/4，在大幅降低支護承受的荷載值的同時，也大幅降低了施工成本。

4.2.4 ZK29+618～+626加固處理

塌方段處理完后，經量測ZK29+618～+626段初支也存在拱架變形侵限，需進行初支換拱處理，采用間距為50cm的Ⅰ20工字鋼鋼架，鋼架間設置間距為100cm的？準22連接筋;噴射混凝土平均厚度為27cm，采用間距20×20cm的？準8網片;隧道洞身圍巖采用？準42注漿小導管加固，長4m，洞身縱向間距75cm，環向間距100cm。

坍塌綜合處理方案如圖3、圖4所示。

5 ?結束語

本項目根據隧道坍塌的具體情況，采取科學有效的系統綜合處理措施。同時，坍塌空腔采用泡沫混凝土填充技術，不僅取得了良好的技術處理效果，順利、安全完成了坍塌的處理，且降低了處理成本，給類似隧道坍塌的處理提供了借鑒作用。

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