隧道塌方处理技术措施

隧道塌方处理技术措施摘要鹧鸪山隧道是我国在建高海拔、高寒地区的长大公路隧道，地质情况复杂。

文章介绍了隧道的地质概况和围岩特征，并重点阐述了隧道大塌方的情况及处理措施，指出了对变质岩地区碳质千牧岩围岩级别确定的重要性，为位于高原、高寒地区通过复杂地质地段的隧道施工提供了实践经验。

关键词鹧鸪山隧道隧道塌方处理措施1．概述国道317线鹧鸪山隧道及其引道工程，位于四川省阿坝藏族自治州理县和马尔康县之间，东距成都西北约310km，路线全长8996m。

其中，东引道长220m，隧道长4423m，平导长4439m，西引导长4353m，合同总共期42个月。

鹧鸪山隧道属高海拔、高寒变质岩地区工程，隧道区地面高程达3300m 以上，区内历年平均气温为3。

3~3。

8，历年极端最底气温为-30~-31，冻结最大深度1。

01m，最大积雪厚度47㎝。

鹧鸪山隧道设计技术标准为山岭重丘二级公路，行车速度为40km/h，双向行车，行车道宽2m3。

5m。

建筑界限：高5m，宽9m。

车辆荷载：汽车-20级，挂车100。

另设平行导坑，作为运营通风及安全救援通道，平导建筑限界：高4。

5m，宽5m。

2．隧道区内出露的地层主要为第四系全新统和三叠系西康群中统杂谷脑组上段上统侏伟组、新都桥组及中生代燕山期花岗闪常岩。

Ⅱ级围岩段：以千枚岩、碳质千枚岩、板岩、碳质板岩为主，节理裂隙发育，洞身施工时易坍塌，夹砂岩破碎带处开挖后地下水发育，碳质千枚岩等软岩段在初期支护施作后不久地下水逐渐渗出并增大。

Ⅲ级围岩段：以砂岩、板岩为主，夹薄层细砂岩，受区域地质构造影响，岩层挤压倒转，节理发育，岩体破碎，地下水较发育，洞身施工中易坍塌。

Ⅳ级围岩段：以变质细砂岩、板岩为主，夹千枚岩、碳质千枚岩，岩层单斜，挤压紧密，节理较发育，岩体较完整，地下水较发育。

目前隧道施工地段以Ⅱ级和Ⅲ级围岩为主。

3.平导PK0+540~+567段地质该段施工揭露围岩以碳质千枚岩为主（占90%以上），夹薄层碳质板岩，受区域地质构造影响，岩层挤压强烈，产状为270度~300度，角70~87度，节理发育，主要有320~350度，角30~55度，115度角60、270度等。

碳质千枚岩呈薄片状，力学强度低，层间黏结力小，与水软化，泥化，呈松软结构。

PK0+556~+572段有一逆断层，产状形成宽度约2米的角砾岩带。

开挖时干燥无地下水，初期支护施作一周后出现渗水，坍塌时大面积滴水，坍塌后坍体出水量为22立方/小时。

4．平导PK0+540~567段坍方情况平导建筑限界高4。

5米，宽5米，开挖断面高7。

2米，宽7。

9米，曲墙式衬砌，采用新奥法复合式衬砌施工。

PK0+540~+567段于2001年10月15日~10月23日开挖及初期支护。

其原支护措施为：拱墙全断面设置Ⅱ级18螺纹钢筋网（2525㎝），拱部系统锚杆为3米长25中空注浆锚杆，间距1米1米，梅花型布置；边墙施作2。

5米长22砂浆锚杆，间距1米1米，梅花形布置；拱墙全断面喷C20混凝土（厚10㎝），预留变形量10㎝；二次衬砌采用40㎝厚C25混凝土（还未施工）。

开挖时无地下水，一周后喷射混凝土表面出现渗水，且渗水面积逐渐增大增多。

于2001年11月5日上午该段喷射混凝土迅速发生开列，正欲对该段进行加固处理时，当日下午便发生坍塌。

坍塌岩渣封堵巷道，坍腔高度及宽度无法探明（估计7~8米高，13~15米宽），坍塌岩渣估计三千多方，覆盖原平导开挖断面达27延米。

同时，PK0+520~+540及PK0+567~+580段初期支护发生变形开列，喷射混凝土裂缝宽达10~30㎜，环向长度贯穿整个断面，剥落掉块，钢筋网外露，初期支护被破坏，失去其支护能力。

5．工程处理措施5．1PK0+520~+540及PK0+567~+580段初期支护开列段（坍方影响段）首先对PK0+520~+540段初期支护开列段进行了加固处理，以防止坍塌向洞口发展。

其具体措施为：加设Ⅰ18工字钢架作为临时支撑，刚架间距为1米，拱架角喷射C20混凝土固定（必要时施作临时仰拱），拱背与喷混凝土面紧帖，空隙处喷混凝土封闭。

每榀临时支撑设8根22砂浆锚杆（长3米）锁定。

临时支张之间作22螺纹钢筋拉杆。

全断面增补4~5米长25自进式锚杆加固围岩，间距1米1米，梅花形布置。

PK0+567~580开列段待坍塌段处理后再按上述相同措施处理5．2PK0+540~+567坍塌段5．2．1封闭坍塌面首先对坍塌岩渣外露面喷10㎝厚C20混凝土进行封闭处理，喷混凝土中设6钢筋网（25㎝25㎝）。

该10㎝厚钢筋混凝土同时被作为止浆墙。

5．2．2注浆固结坍塌岩渣对坍渣进行固结，以提高渣体自身稳定性和强度是暗挖通过坍方的必要方式。

注浆管采用6米长42钢花管，注浆孔深6米，与长度一致。

洞周注浆孔外插2米，环向间距为1米，中部及下部注浆孔间距可调整为2米。

注浆扩散范围为2~4米，浆液采用C：W=1：1之水泥浆，注浆压力以0。

8~1。

2MP为宜。

每4延米为一循环，共计7个循环。

5．2．389钢花管棚超前支护使用瑞典353E全液压凿岩台车沿开挖轮廓以3~5度外插角打设102㎜、深6米的孔，然后用液压凿岩台车顶入89钢花管，每循环长度为6米，搭接长度2米，环向间距0。

3米，每4延米为一循环，共计7个循环。

注入水泥浆填充管棚以增加其刚度，注浆压力根据现场实际情况而定，以充满管体为准。

5．2．4架设工字钢架进行注浆固结和施作超前支护后，采用微台阶、短开挖施工方案，台阶采用三台阶，每台阶长度为1。

5米。

每开挖循环控制在1~1.5米以内，短进尺，弱爆破。

开挖后在管棚下架设I18工字钢架，刚架纵向间距为0.5米，纵向用22螺纹钢筋拉杆连接，拉杆环向间距为1米。

钢筋网用10的钢筋，网格为2020㎝，双层，喷C20混凝土（30㎝厚）。

22系统砂浆锚杆，3.5米长，0.8米（环向）0.5米（纵向），梅花型布置。

该支护均为全断面设置（包括仰拱）。

5．2．5二次衬砌加强为确保永久结构及运营安全，并对该段及前后影响段（即PK0+520~+580段）二次衬砌及仰拱支护措施进行加强处理，采用60㎝厚C25钢筋混凝土衬砌。

5．2．6坍腔回填坍塌地段安全顺利通过后，用地质雷达探测的上部坍穴具体情况表明，其坍塌范围较大，会对隧道支护结构造成较大压力，且坍腔已被松渣填满并已注浆加固，因此无须在进行回填。

5．2．7工艺流程止浆墙注浆固结超前管棚及注浆上部开挖及支护中部右侧开挖及支护下部右侧开挖及支护仰拱开挖及支护仰拱及二次钢筋混凝土衬砌。

5．3监控测量施工处理时，加设了监控量测测点，共设置6个断面，每个断面共测6条测线。

根据量测记录绘制出的各个断面的净孔变位时间曲线显示，其处理措施合理有效，结构稳定，安全可靠。

6．结论由于实施以上处理措施，工程已安全顺利通过平导坍塌区。

上述情况表明，在变质岩地段，应超前钻探，以探明前方地质状况，作好支护，以避免坍塌。

第3楼1工程概况峰山隧道位于陕西省道212线陇县至陕甘界正线K0+715处，隧道长505m，开挖断面宽12.3m,高10.1m。

进口桩号为K0+460，设计洞底标高为1245.710m,出口桩号为K0+965,洞底标高为1230.672m。

隧道为单向坡，北高南低，纵坡3%，为上覆盖黄土泥岩质隧道。

隧道施工从出口向进口方向施工，即从K+965向K+460方向掘进。

围岩产状近水平。

隧道采用新奥法复合式衬砌结构型式，高压钠灯照明，自然通风。

隧道内轮廓线采用单心圆，二次衬砌断面拱部采用等截面，边墙采用变截面型式。

2塌方段地质情况与塌方概述省道S212线陇县至陕甘界公路地处华北地台陕甘宁坳缘地带，区域上断裂构造较发育，新构造运动相对活跃，对隧道安全有一定影响。

根据峰山隧道《工程地质勘察报告》及每循环开挖后的掌子面地质情况，该地层为白垩系下统泾川组碎屑岩，岩性为浅棕红、橘红色泥岩，砂质泥岩及含砂砾岩。

判定K0+550~K0+505处洞内围岩稳定性较差，多呈碎块镶嵌结构。

围岩为棕红色泥岩夹浅绿色、灰白色薄层粉砂岩，岩层产状接近水平，单层厚2cm~40cm，胶结性差，节理发育。

施工期间连降中雨，于某日凌晨3时许在已施工完的K0+530~K0+520段中线右侧2.0m上导坑及右边墙(起拱线以上)出现长10m、宽9.6m、深约5.0m的塌方。

在围岩裂隙水的作用下，次日凌晨2.00时许该处地表覆盖层全部向下坠落，形成通天塌方，井口上口长9.0m宽6.0m，下口长10.0m、宽9.6m。

洞内堆积塌落体约1200m3，地表塌落深度约11.5m，且洞内堆积物将掌子面全部封闭。

由于发现及时未造成人员伤亡事故。

3塌方原因分析3.1围岩划分错误隧道从K0+505~K0+555段划分为Ⅱ类围岩，属浅埋段，埋深11.5m~23m,据《工程地质勘察报告》中数据分析，风化碎石土厚约4m，全分化岩石厚约7m,其波速为0.5~1之间，即隧道开挖顶面已接近一类围岩不足1m，应划分为Ⅰ类围岩，围岩划分错误。

造成这种划分错误的主要原因是在隧道的顶部地面有一小冲沟，勘查时对小冲沟认识不足。

3.2围岩突变沿隧道纵向出现断层，该断层沿掘进方向出现在K0+555桩号附近，产状近直立，走向590，宽0.6m~1.2m，勘察报告未发现。

该断层的出现是塌方的主要原因之一，也是地下水下渗的通道之一。

3.3与地貌有关塌方段岩石风化强烈，位于冲沟与隧道路线交汇处，该处属于阴坡，风化残积土层较厚且含水量大，地表水不易蒸发。

山坡地表坡面水向冲沟汇聚后经隧道地表K0+525桩号附近流出，是地下水下渗的主要补给源。

3.4隧道围岩赋水性变化地下水是造成本次塌方的最重要因素之一。

地质勘察时在K0+600处布置SZK1钻孔，从SZK1钻孔提水试验可知，泥岩裂隙水单位渗水量小于0.02m3/hm，附近泉水出水量仅为0.014m3/h.m，划分为较弱赋水段。

但由于2003年下半年渭河流域遭遇50年一遇的强降雨，进口K0+505~K0+555段处于阴坡，地下水赋水丰富，冲沟有泉水涌出，路线K0+520~K0+530段与小冲沟相交，全风化岩石已达隧道洞顶，地下水通过全风化岩石、断层、节理下渗至隧道。

2004年7月9日、10日强降水沿冲沟下渗到K0+520~530段，该段从弱赋水段转变为强赋水段。

3.5其他因素①隧道开挖后围岩应力重新分布造成偏压失去平衡。

②雨水渗入断裂带及裂隙后形成滑面，岩石相互滑动，内力挤压型钢变形形成坍塌。

③隧道超前小导管注浆量或许不足。

4塌方处理方案的选择与确定4.1常见的治理方案4.1.1明挖法此法一般用于接近洞口的隧道拱顶覆盖层在10m内的隧道拱顶大塌方，出现这种塌方即可从地表开挖至路基设计标高，改隧道暗洞为明洞或为双壁路堑。

4.1.2明穿法隧道塌方区离洞门较远，其拱顶覆盖层超过10m，塌落高度已接近地表，或形成通天塌方，出现这种塌方可从地表逐步向下处理，直至将塌方区的拱顶恢复而向前继续推进。