老虎嘴隧道塌方應急搶險處理方案研究

代成良，王斌元，程朝博

(1.華能西藏雅魯藏布江水電開發投資有限公司，西藏 拉薩 850000；2.德陽寶萊塢建設工程有限公司，四川 德陽 618000；3.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550081)

塌方是隧道施工過程中經常遇見的技術難題，工程技術人員在隧道塌方處治過程中積累了豐富的經驗。這些經驗基本上可以概括為“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”。工程實踐表明，這些經驗是行之有效的，能夠解決絕大部分的隧道塌方問題。

1 工程概況

老虎嘴隧道位于西藏林芝派墨公路地質條件復雜地段，隧道全長2 114 m，斷面為9 m×7 m。塌方掌子面左右幅巖體為薄～中層狀石英片巖，巖面銹染。左幅拱頂至掌子面核部存在一條寬約3.6～4 m斷層破碎帶，破碎帶內充填松散土、石屑夾塊狀碎石，充填物無膠結性，圍巖自身穩定性非常差。根據縱斷面圖，該段隧道埋深約350 m。該段圍巖級別屬于Ⅳ級偏差。

隧道出口端開挖至K46+490樁號，一直按Ⅳ級圍巖進行開挖支護施工。現場連續多日持續降雨導致掌子面中部及右側滲漏水由點滴狀出水發展為線狀出水。由于圍巖破碎，穩定性較差，加上地下水影響，掌子面開挖后易掉塊、溜渣，現場都及時采用噴混凝土進行了封閉處理。

2 隧道塌方情況

隧道出口端掌子面開挖至K46+449樁號，隧道掌子面左側拱部忽然出現間歇溜塌，在溜渣間歇期間，現場組織完成拱架安裝2榀，然后施工了鎖腳錨桿。5 h后，溜塌持續、頻繁，并伴有泥漿流出，造成較大塌方，靠近掌子面已支護的3榀拱架拱部破壞脫落，7榀已支護拱架拱部局部變形(最大變形量20～25 cm)，部分鋼架表面混凝土脫落，掌子面超前錨桿全部掉落。因持續溜渣有擴大趨勢，立即暫停掌子面施工，組織現場人員立即撤離至安全區域，未發生安全事故。隧道塌方示意圖見圖1。

圖1 隧道塌方示意圖

3 塌方處理方案

3.1 塌方段應急處理

為防止塌空區繼續擴大，現場啟動預案防止對后續拱架穩定造成影響，采用拉渣回填反壓措施。掌子面至退后11 m范圍(K46+449～K46+465)采用全斷面封閉，K46+465～K46+470段右側(靠山側)反壓至拱腰位置，以確保拱架穩定。回填反壓完成后，對掌子面素噴C25混凝土進行封閉，厚度5～8 cm。

全斷面反壓堆渣后的填渣坡面不陡于1∶1.5，右側邊墻反壓堆渣高度不低于4 m，在回填部位留寬度為200 cm寬的馬道施工平臺，填渣外坡比不陡于1∶1.5。

3.2 塌方段處理措施

針對塌方段(K46+453～K46+449)采取了空腔回填處理，采用半洞開挖預留核心土法施工，并采用超前注漿小導管進行了超前支護。

(1)空腔回填處理。

該段隧道頂拱塌方形成較大空腔，需妥善處理后方可進行向前掘進施工。由于該段進行了回填反壓封閉塌口，不清楚后頂拱積渣情況，因此在施工前，采用潛孔鉆打孔，判斷空腔部位及深度情況。根據不同情況采用相應的處理措施，具體如下。

①如頂拱空腔未堆渣，可直接采用泵送C20混凝土回填，凝土回填厚度不小于2 m，回填采取分層進行施工(厚度1 m)，泵送混凝土緊貼現有塌腔巖體。

②如頂部空腔有部分堆渣，厚度小于2 m，采用潛孔鉆打孔安裝Ф150鋼管(1根施工孔，1根檢查孔)伸入頂拱長度不小于2 m，然后灌注混凝土，混凝土從檢查孔流出停止灌注，以保證混凝土頂面至隧道頂拱厚度不小于2 m。針對灌注混凝土和拱架上部之間的松散堆渣層采用超前小導管注漿固結。

③如堆渣厚度大于2 m的，采用超前小導管固結灌漿，頂拱上部已形成固結拱圈，厚度不小于2 m。

(2)開挖支護施工：該段采用半洞開挖預留核心土法施工，高度按3～4 m控制。由于是塌方體和回填反壓段，人工采用風鎬進行開挖，開挖一榀支護一榀。每循環開挖前，為確保超前支護注漿質量，對掌子面素噴C25混凝土進行封閉，厚度5～8 cm。

由于該段內有3榀拱架支護損壞(主要為頂拱)，重新安裝拱架時，未損壞的邊墻拱架可利用，不宜拆除。由于拱架間距加密，新安裝的拱架布置在原拱架內側，盡量減少侵占結構尺寸。該段按Ⅴ型襯砌類型配筋，按Ⅳ1型襯砌類型襯砌厚度施工。

(3)超前支護：采用雙層超前注漿小導管，不同角度的注漿小導管超前固結加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固結拱圈，厚度不小于200 cm，具體支護參數如下。

超前小角度注漿小導管：在隧道拱部150°范圍內設超前小角度注漿小導管(Ф42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導管環向間距40 cm，縱向間距100 cm，超前向上外插角5°～10°。小導管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，注漿壓力0.2～0.3 MPa，平均每根注漿小導管注P.O 42.5水泥量250 kg。

超前大角度注漿小導管：在隧道拱部150°范圍內設超前大角度注漿小導管(Ф42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導管環向間距100 cm，縱向間距50 cm，超前向上外插角45°、75°，按排交錯布置(即第一排45°，第二排75°)。小導管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，注漿壓力0.2～0.5 MPa，平均每根小導管注P.O 42.5水泥量350 kg。

在隧道初期支護加固完成二次襯砌前，在破碎帶滲部位按2排間距2 m徑向設置Ф50 mm(L=4.0 m)排水孔。

3.3 塌方變形段處理措施

由于塌方變形段(K46+460～K46+453)內的拱架頂拱位置變形嚴重，且上部有塌方空腔，因此該段處理尤為重要。根據現場制定了兩種方案進行必選，具體對比分析見表1。

表1 塌方變形段立拱方案

圖2 超前支護示意圖

根據現場實際情況，為確保安全快速通過塌方區域，建議采取方案一，具體施工如下。

(1)開挖施工。

該段采用半洞開挖預留核心土法施工，高度按3～4 m控制。由于是回填反壓段，人工采用風鎬進行開挖，開挖一榀支護一榀。每循環開挖前，為確保超前支護注漿質量，對掌子面素噴C25混凝土進行封閉，厚度5～8 cm。

(2)超前小導管施工。

小角度注漿小導管：在隧道拱部150°范圍內設超前小角度注漿小導管(Ф42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導管環向間距40 cm，縱向間距200 cm，超前向上外插角5°～10°。小導管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，注漿壓力0.2～0.3 MPa(參考注漿壓力)。平均每根注漿小導管注P·O 42.5水泥量250 kg。

大角度注漿小導管：在隧道拱部150°范圍內設超前大角度注漿小導管(Ф42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導管環向間距100 cm，縱向間距100 cm，超前向上外插角45°(見圖2)。小導管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，針對破碎帶

注漿壓力0.2～0.5 MPa，針對巖體注漿壓力0.5～1 MPa(參考注漿壓力)。平均每根小導管注P·O 42.5水泥量350 kg。

注漿應從下向上注漿，則左右對稱注漿，同一環應跳孔注漿。小角度的注漿小導管，應該盡量控制漿液的流動距離，采用濃漿，加速凝劑，間歇性注漿，跳孔注漿。大角度注漿是固結破碎圍巖或塌渣，應從下向上注漿，間歇注漿，應采用稀漿液，使漿液流動路徑長點，可注性好點，使漿液充分充填空隙，固結塌渣。如果吃漿量很大，可采用加速凝劑，間歇性注漿或灌注水泥砂漿等方式，以確保注漿質量。

(3)排水孔施工。

在隧道初期支護加固完成后，在破碎帶滲部位按2排間距2 m徑向設置Ф50 mm(L=4.0 m)排水孔。

4 結 語

綜上所述，我國公路工程、高鐵工程、地鐵修建為隧道工程施工行業帶來新的發展契機，同時也使隧道施工單位不得不面對隧道塌方地段施工問題。為了保障隧道整體工程的施工質量，隧道施工企業應該不斷學習先進的施工技術，提高隧道塌方地段的施工技術與施工管理效果及質量，為隧道塌方地段施工與應急搶險處理奠定良好的基礎。