隧道斜井隧道塌方原因及处理方案

摘要：在隧道工程施工中，受复杂的地质情况等多种因素影响，围岩坍塌的现象时有发生，严重影响施工的安全质量。现以沪昆客专××隧道2#斜井辅助坑道施工过程中出现的塌方事件为背景，全面分析隧道塌方形成的原因，研究提出处理塌方的针对性方案，并取得了显著的预期效果，可为同类隧道施工中提供借鉴。

关键词：隧道工程 塌方 原因注浆 管棚

中图分类号：U45 文献标识码：A

前言

随着铁路建设的不断发展向山区延伸，隧道工程数量越来越多。××隧道是沪昆客专贵州段的一座长大隧道，为满足施工工期要求，加快施工进度，兼顾施工通风，设无轨双车道2#斜井一座，斜井中线与正洞左侧线路中线大里程方向夹角为57°，斜井坡度12.8%，长400米，斜井断面尺寸为8米(宽)×6.5米(高)。

斜井隧区位于云贵高原斜坡地带，隧道洞身穿越区域以碳酸盐广泛分布为主要特征，总体构造发育，处于新华夏系燕山期隔槽式褶皱带的带状向斜上，区内褶皱发育，地下水量丰富，基岩主要为寒武系中统高台组(Є2g)白云岩，部分地段岩层产状凌乱，节理极为发育，岩体破碎。在斜井的开挖施工中，掌子面围岩常呈现为红褐色，围岩较破碎，伴有小股涌水、渗水。

1塌方发生的基本情况

斜井掌子面施工至里程XJ2K0+077，掌子面为白云岩，红褐色，节理裂隙极发育，岩体极破碎，地下水发育，以股状水为主，左侧拱腰处发育一溶洞，其充填物为松散土质夹少量砂石，软塑，粘性较好，遇水呈泥浆状，随地下水冲刷下泄，溶洞向隧道前进方向延伸。五天后，XJ2K0+064掌子面左侧开始坍塌，与之前溶洞相连，在已初支段左侧拱腰至拱顶形成一纵向长13米，环向宽5米，高6米的锥形空腔(图1)。而后塌方继续扩大，直至掌子面拱部上方全部坍塌。

图1

2塌方原因分析

通过综合分析地质构造等因素，结合前期施工情况及探测结果，其塌方原因主要是：

1、工程地质原因：坍塌部位位于大岩溶发育地段，岩溶发育沿隧道前进方向发育，溶腔填充为软塑粘土夹少量砂石，溶腔周围岩体极为破碎，节理多为张开节理，节理层面间夹土，在施工爆破扰动下围岩失稳，造成掌子面整体塌陷。

2、地下（表）水原因：施工期连续降雨，地表水丰富，通过裂隙进入岩体，同时由于斜井为大坡度下坡洞，地下水在隧道前进方向大量积聚，围岩受水浸泡冲刷严重，在地下水的软化、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳和塌落，强度大为降低，在此“催化”及“恶化”作用下，发生了坍塌。

3塌方处理方案及控制要点

根据塌方的情况、溶洞发育情况及地质水文状况，认为本次塌方难以稳定，易引起连锁反应，积累和发展扩及到已支护的后段洞身，同时溶洞易发生二次坍塌危及地表。为此，采取先稳定塌陷段后方、加强处理支护坍塌段、适当加强处理塌方过渡段三个阶段处理此次塌方。

3.1 塌方后段处理

3.1.1 套拱加固及空腔回填

对塌方后段XJ2K0+064~XJ2K0+077段采取先封闭坍塌体、安装临时钢支撑加固，再输送泵泵送C20砼回填拱顶空腔密实进行处理，防止塌方积累恶化：

对掌子面进行堆碴反压封闭，并喷射20cm厚C20混凝土封闭，这样既能有效防止坍塌体继续下滑外涌，又能起到止浆墙的作用。

对XJ2K0+064~XJ2K0+077段初支内侧安装工字钢临时钢支撑加固。

待喷射混凝土强度达到要求后开始从预埋泵管泵送C20砼充填空腔。

图2

3.1.2 拱墙注浆加固

对塌方后段XJ2K0+064~XJ2K0+077段拱部及边墙处，采用长4.5m的Φ42注浆小导管进行注浆加固，小导管外插角15°，环向间距0.5m，纵向间距1.0m，从断面拱脚两侧往拱顶方向梅花形布置，小导管端头与初支钢架焊接成整体（小导管加工如图3）。通过注双液浆使钢管伸入范围内形成一个固结的灌浆层，通过浆液的扩散穿透产生胶结作用，提高后段围岩整体承载力，并与套拱支护及初期支护形成一个强大的支撑拱，为下一步的施工安全提高保障。

图3

3.2塌方区段处理

3.2.1 塌方治理方法分析比较及处理方案

经过对本次塌方的综合分析及各种治理方法的深入研究比较，结合工程地质条件，决定对XJ2K0+064~+XJ2K0+044塌方区段采用：

按每6m施作一次双层加密12m长超前大管棚循环搭接进行超前支护，管棚内插钢筋笼以加强承载力；

利用“双液注浆技术”对管棚实施高压注浆以扩大有效注浆半径并迅速凝固止水，使得管棚与高压注浆加固土体结合成为一有机整体，最大程度地发挥其支护效果。

注浆完成后，坚持“短进尺、早封闭、强支护、勤测量”的施工原则，采用CRD交叉中隔壁法，结合Φ42超前注浆小导管对塌方区段进行开挖，安装I18型钢钢架及仰拱钢架进行支护，确保溶洞塌陷区内安全顺利的通过，到达稳定的基岩开挖面。

图4

3.3塌方过渡段处理及监控量测

成功穿过塌方区段，到达XJ2K0+040稳定基岩开挖面后，对XJ2K0+040~XJ2K0+030塌方过渡段我们采取上下台阶开挖，适当加强支护处理，并加强监控量测工作。

3.3.1 加强支护

坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原则，用上下台阶法开挖，采用长4.5mΦ42超前注浆小导管对XJ2K0+040~XJ2K0+030塌方过渡段循环搭接进行超前支护，搭接长度1.5m。

初支钢架采用I18型钢钢架，间距0.8m，设立锁脚锚杆及落地槽钢支撑，钢架采用Φ22纵向连接筋按环向0.5m间距焊接相连，挂设Φ8@20cm×20cm网片并钻设径向锚杆后喷射混凝土至设计厚度。

3.3.2 监控量测

认真做好监控量测工作，根据对监控数据的分析和判断，对围岩和支护体系的稳定状态进行判断和预测，及时采取措施来确保围岩和结构的稳定，确保施工安全。

对塌方后段、塌方区段及塌方过渡段按每5m一个测量断面，在初支拱部布设左、中、右三个测点，在左右边墙分别布设二个测点；在塌方区域地表按规范要求布设沉降观测桩；

连续不断地进行监测，随时掌握变形和沉降状态，如果有大的变形或沉降，应及时启动应急方案，采取各种加强和加固措施进行处理，保证施工安全顺利进行。

4结语

坚持“安全为先、合理处理、严密监控”的原则，通过三个阶段的精心组织施工，深入细化各项施工的安全质量保证措施，群策群力历时2个月，成功完成了此次斜井塌方的处理，经过长期监测，没有发生位移，表明了该方案的具体实施及其产生的工程效果，保证了后续施工的安全，达到了预期效果。

通过塌方处理及总结表明，1.处理塌方必须分秒必争，及时制定合理的方案。2#斜井塌方后，我部立即启动应急预案，深入分析了塌方的基础情况和产生原因，制定了正确的处理方案，明确任务和要求，保证了抢险的及时性，为塌方的处理争取到了有力时机；2.加固塌方后段，精心处理塌方区段，严密监控处理塌方过渡段，既防止了塌方的进一步恶化，又保障了塌方区抢险施工的安全顺利的完成，深入细化每一项工序的彻底实施，做到不留遗憾、不留隐患，为后续施工提供了可靠的基础，保证了工程工期目标完全顺利的达成。

参考文献

[1]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）

[2]《新建铁路沪昆客运专线时速350公里双线隧道设计图》

[3]《新建铁路沪昆客运专线无轨运输辅助坑道辅助设计图》

[4]《高速铁路隧道工程施工技术指南》

作者简介：

聂佳佳（1988-12），男，本科，助理工程师