上軟下硬地層某隧道塌腔處理技術

蘇繼超 ，武俊琦 ，李 媛

1.青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266033

2.青島巖土工程技術研究中心，山東 青島 266033

1 工程概況

1.1 工程及地質情況

上軟下硬地層某隧道全長2197.46m，最大埋深98m，最小埋深14m，隧道區位于黃土臺垣與太岳過渡地帶，隧道洞身位于山地區，地勢起伏較大，相對高差約160m，地表沖溝發育。

隧道圍巖主要為第三系中統細砂及三疊系上統延長組砂巖，呈半膠結狀，圍巖穩定性較差；淺埋段穿越上軟下硬地層，對應隧道洞頂最淺埋深約為18m；地表地勢呈凹形地貌，圍巖易受地表水及風化等作用的影響，圍巖裂隙發育，地下水相對富集，圍巖穩定性差。

1.2 塌腔產生過程

掌子面開挖至Ⅲ級圍巖時，拱頂滲水呈線狀，線路右側出現坍塌現象，雖進行了多次噴射混凝土封閉，但由于塌腔內滲水量較大，土體不斷垮塌，因此噴射混凝土在初凝前就被坍塌體沖落，并將靠近掌子面一榀格柵鋼架砸斷。面對這一情況，施工單位雖立即使用了型鋼鋼架加強支護，但上方土體突然再次垮塌將已施工完的超前小導管砸斷，掌子面前方圍巖滑落長約1.5m。

截至第三日，已形成一長約6m，寬約5m，高約10m的塌腔（見圖1）。塌腔內持續滲水，伴有土體坍落，土質為泥狀粉質黏土夾塊狀砂巖。塌腔頂部可見粉質黏土，潮濕。

圖1 塌腔示意圖

1.3 隧道塌腔產生原因

塌腔段覆蓋層薄，基本為沖溝內形成的堆積泥狀粉質黏土夾塊狀砂巖，且位于土石交界地帶，圍巖滲水嚴重，含水量大，節理發育，裂隙間泥沙充填，圍巖自穩能力差，初期支護承受圍巖的松散荷載[1]。塌腔段圍巖強風化，圍巖切割為不規則塊狀，豎向、斜向裂隙交錯，節理面光滑，節理發育，裂隙間泥沙充填，圍巖破碎、松散、無自穩能力。

1.4 隧道塌腔處理方案及變更

為防止塌方區對上方地表附近村民帶來安全隱患，首先在對應地表設置了安全警戒。

經會商決定，結合類似工程處理經驗，塌腔區域10m范圍按Ⅴ級圍巖復合式加強襯砌施工，同時對塌腔段處理意見達成以下方案：首先在保證安全的情況下對塌腔內壁掛網噴射混凝土，防止繼續出現滑塌現象，完成后再在該處進行洞渣回填；在隧道開挖范圍以外立架筑模，對開挖范圍以外的塌腔進行泵送混凝土回填，然后對掌子面重新按Ⅴ級圍巖進行開挖支護。該方法理論上是隧道塌腔段處理較為安全和常規的施工方案，相對穩妥，但該方案施工周期較長、施工成本高，且塌腔頂部圍巖坍落放緩，因此決定采用以下方法施工處理塌腔段。

2 隧道塌腔處理工藝

隧道塌腔處理工藝流程：施工準備→塌腔內壁初噴→立架支護→打設超前小導管→預留排氣孔及注漿孔→噴射混凝土→塌腔內C30混凝土回填[2]→吹砂回填[3]。

塌腔處理前，所有施工材料必須準備到位。加工型鋼鋼架時，預留20cm變形量，超前小導管內注滿M7.5水泥砂漿。

2.1 塌腔內初噴混凝土

首先在保證安全的情況下對塌腔內壁進行掛網、噴漿，噴射C25混凝土厚度為5～10cm，以防止繼續出現滑塌現象。

2.2 立架支護

按Ⅴ級復合式加強襯砌施工，根據現場情況進行立架、支護，要求鋼架間距不得大于75cm。立架時，根據現場作業空間分2個循環施工，每循環施工2榀，最后一榀鋼架需頂到掌子面。每循環立架后，立即進行鎖腳錨管、連接筋焊接及鋼筋網片焊接施工。鎖腳錨管長度不得小于4m，每榀鋼架每側打設2組，錨管尾端利用2排φ22mm鋼筋與鋼架可靠焊接；連接筋環向間距不得大于1m，內外交錯布置；鋼筋網片搭接長度不得小于20cm。另外，焊接作業時，各焊接點必須滿焊，以保證初期支護質量。

2.3 超前小導管施工

超前小導管采用φ42mm×3.5mm無縫鋼管，施工前將導管內注滿M7.5水泥砂漿，且將前端做成尖錐狀。超前小導管施工時打設雙層交錯布置。導管長4～4.5m，環向間距20～30cm，打設范圍為拱頂140°范圍及左側邊墻坍塌范圍，導管向上呈5°～20°外插角。每層導管層頂面滿鋪鋼筋網片，導管及鋼筋網片與鋼架焊接牢固。

2.4 預留排氣孔及注漿孔

噴射混凝土前，將注漿管及排氣管焊接在鋼架上，以備后續拱頂塌腔注漿施工。注漿管采用混凝土輸送泵管，預留2根，高度分別為1.2m和2.5m；吹砂管及排氣管各預留1根，預留高度以不低于塌腔頂部30cm為宜，且不得頂住塌腔頂部，以防塌腔吹填時堵塞吹砂管。另外，各預留管均不得豎直預留，應與豎直呈約10°～15°夾角，減少注漿時漿液回流。

2.5 噴射混凝土施工

待前述工序施工完畢后，立即進行噴射混凝土施工。噴射混凝土施工應由下而上依次進行，必須將拱腳及邊墻塌腔部位填充密實，要求拱頂塌腔部位噴射混凝土厚度不得小于30cm，且超前小導管、鋼筋網片完全封閉。

2.6 塌腔內C30混凝土回填

塌腔混凝土回填前，對初期支護進行加固處理，拱部設豎向臨時支撐（見圖2）。塌腔混凝土回填分2次進行，澆筑時合理選用注漿管。第一次澆筑厚度宜為1～1.2m，選用1.2m注漿管；第二次澆筑至高度約2m，選用2.5m注漿管。塌腔內回填的混凝土，坍落度不應小于180mm。混凝土采用泵送施工，澆筑前摻加速凝劑。混凝土施工時，應嚴格控制澆筑速度，并密切關注初支變形情況，在塌腔段增設1～2處監控量測斷面，根據實測數據控制混凝土澆筑速度。混凝土施工時，預留2～3組同條件養護試件，根據試件反饋的強度情況，控制掌子面掘進進度。

圖2 塌腔段臨時支撐和注漿管

2.7 吹砂回填

二襯施工至塌腔段時，通過吹砂管對塌腔吹砂回填。

3 施工注意事項

（1）后續開挖作業時，宜采用挖機配合人工進行。不得不采用爆破時，應采用松動爆破嚴禁放大炮。

（2）塌腔處理時，密切關注初支面噴射混凝土是否有開裂，并加大洞內圍巖監控量測和地表位移沉降頻率，及時分析觀測數據，若有異常要及時將洞內人員撤離至安全區域，以確保人員及財產安全。

（3）施工期間，必須對已施工完的初期支護進行經常性檢查。一旦發現支護變形或破壞時，就要及時分析原因，并立即修復加固。

（4）洞外及洞內危險區域必須設置警示標志，安排2～3名專職安全員進行巡查，并做好安全巡檢記錄。

（5）塌腔處理期間，及時跟進下導、仰拱及拱墻二襯，要求仰拱步距不大于35m，二襯步距不大于70m，且必須做到下導鋼架拱腳穩固、仰拱初支循環進尺長度不得大于3m。

（6）塌腔處理過程中，應根據現場實際情況及時調整施工參數，以保證施工安全和可行性。

4 隧道塌腔處理工藝創新點

原定方案為在保證安全的情況下對塌腔內壁掛網噴射混凝土，以防止繼續出現滑塌現象，完成后再在該處進行洞渣回填；在隧道開挖范圍以外立架筑模，對開挖范圍以外的塌腔進行泵送混凝土回填，然后對掌子面重新按Ⅴ級圍巖進行開挖支護。

與原工藝相比，該塌腔處理方案靈活根據現場塌腔發展狀況，加強了注漿加固和開挖支護方法的動態優化，以加強超前支護為依托，快速封閉塌腔段，為塌腔下方的立架作業贏得了安全空間；然后通過加強立架支護的措施進一步穩定塌腔體，在確定塌腔體穩定及在塌腔下方鋼架進行豎向支撐后進行混凝土回填。這樣消除了原方案中二次開挖時塌腔體內混凝土坍落的風險，同時顯著縮減了工期、減少了材料用量。

5 隧道塌腔處理工藝實施效果

自開始處理塌腔到二襯通過此段用時約1個月，其中完成塌方處理只用時1周。通過對此段地質條件和坍腔圍巖的分析，合理組織和認真施工，控制了塌腔的進一步發展，同時加強了監控量測和開挖支護方法的動態優化。監測顯示拱頂累計沉降為3mm，水平收斂累計沉降為2mm，數據平穩無異常。這說明在對塌方處理中采取的技術方法是合理和可靠的。

6 結束語

該隧道塌腔段處理取得了較好效果，證明了塌腔處理過程中應根據現場實際情況及時調整施工參數，以在保證施工安全地前提下，降低處理塌腔的成本和時間。該方案能夠順利通過塌腔段，可為類似工程提供參考。