重庆岳家岭隧道左洞进口端塌方处理研究

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摘要：中国是一个多山的国家，山地、丘陵和高原很多，其面积约占国土总面积的69％。随着国民经济的迅速发展和技术水平的不断提高，我国修建的公路隧道越来越多，到2009年底，我国的公路隧道里程已达318.64万延米 ，这些隧道轨面以上的净空面积为90 m2以上，开挖断面积大都在I20 m2以上。塌方也成了隧道工程中常见的地质灾害类型之一。2009 年8 月20日-9月5号，正在开挖的重庆岳家岭隧道左洞进口端发生不间断塌方，坍塌总体积达300m3 。从设计、施工等方面分析了塌方的原因和处理措施后，施工单位采取了一系列的措施处理该塌方事故。在塌方区前影响区和塌方区，采取了加密工字钢、打超前小导管、喷射混凝土等方式进行处理；在塌方区以后段的施工中，严格按“弱爆破、短进尺、少扰动、强支护、快封闭”的原则进行掘进，减少每1 次的进尺量，控制每1 次的装药量，及时将相关参数反馈给设计、地勘和监测单位。在经过上述处理措施之后，监测数据表明该塌方段已经稳定，达到了设计的效果。且在以后的施工中总结经验教训，避免类似塌方事故发生。

关键词：重庆岳家岭；隧道；塌方；处理措施；“弱爆破、短进尺、少扰动、强支护、快封闭”原则

1.工程地质概况.

岳家岭隧道为一座上、下行分离的四车道高速公路长隧道。隧道位于重庆市巫山县巫峡镇桂花村境内，隧道呈近北东―南北向展布，隧道最大埋深215m。隧道起讫桩号左线ZK24+925～ZK26+655，长1730m；右线YK24+915～YK26+684，长1769m。

1.1、地层岩性：

根据野外调查及钻探、物探资料，隧道洞口围岩为强风化粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，泥质粉砂质结构，中厚层状构造，岩体破碎，风化强烈成半岩半土状，结构较松散；隧道进出口洞身围岩为弱风化粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，泥质粉砂质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，岩体较破碎，呈碎石块状；洞身围岩为弱风化泥质粉砂岩夹粉砂岩，局部夹泥灰岩，中厚层状构造，节理裂隙稍发育，多被方解石脉充填，局部见溶蚀现象，岩质中硬，岩体较完整。洞身工程地质条件一般，洞口及浅埋段工程地质条件较差。

2. 塌方原因分析

岳家岭隧道左线在按2009年9月5日会签单施工至ZK25+340位置时，发现其掌子面围岩与设计严重不符：实际为强风化紫红色泥岩，夹软泥质灰岩，薄层状结构，节理裂隙发育，节理3组以上，且相互切割，成碎块状（5-25cm大小），且节理裂隙发育，多张开，宽度4-10mm，局部为泥质物填充，掌子面位置地下水发育，地下渗水明显，局部有线状出水，上下导位置有水冒出，围岩在地下水作用下，已有泥化、软化，手可轻易掰开、或可将其捏碎。

图为塌方段岩层ZK25+340处掌子面围岩情况

另外，在塌方段前期施工时，曾发生过严重的超挖现象，局部可达到3m以上。处理方式主要采用喷射混凝土回填，难免存在一定的空顶现象，由于围岩和初衬脱离，当围岩失稳时，支护结构并不能提供有效及时的支护。

如图：ZK25+332--340塌方情况

3.塌方处理措施

国内一般情况处理塌方段的施工有如下几种方案：

3.1中隔墙法(CD工法)

CD工法（Center Diaphragm）是指将隧道断面左右一分为二，先开挖一侧，并在隧道断面中部架设一临时支撑隔，待先开挖的一侧超前一定距离后，再开挖另一侧隧道的施工方法。通过隧道断面中部的临时支撑隔墙，将断面跨度一分为二，减小了开挖断面跨度，使断面受力更合理，从而使隧道开挖更安全、可靠。

CD工法主要适用于地层较差的、可采用人工或人工配合机械开挖的Ⅳ、V级围岩地层、不稳定岩体和浅埋段、偏压段、洞口段。

采用该法进行隧道开挖时，可根据具体情况，将由中隔墙一分为二的左、右断面再在竖向分成两部或三部，从上往下分台阶进行施工。台阶长度一般为1～1．5倍洞径(此处洞径取分部高度和跨度的大值)。先开挖一侧断面的最后一步与后开挖断面的第一步间应拉开l～1．5倍洞径的距离。为了稳定工作面，须采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进行超前加固。一般采用人工开挖、人工和机械配合出碴。可适当采用控制爆破，以免破坏已完成的临时支撑隔墙。

3.2交叉中隔墙法(CRD工法)

当CD工法仍不能保证围岩稳定和隧道施工安全要求时，可在CD工法的基础上对各分部加设临时仰拱，即CRD工法(CDOSS Diaphragm)，将原CD工法先开挖中壁一侧改为两侧交叉开挖、步步封闭成环、改进发展的一种工法。其最大特点是将大断面施工化成小断面施工，各个局部封闭成环的时问短，控制早期围岩变形，每个步序受力体系完整。CRD工法各分部间应拉开一定的距离，距离大小以保证掌子面稳定为准，一般为1～1.5倍洞径(此处洞径取分部高度和跨度的大值)，但在能保证掌子面围岩稳定的情况下，可适当缩短距离，以保证操作空问要求。

3.3 双侧壁导坑法(眼镜法)

双侧壁导坑法也称眼镜工法，也是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度分成三个小跨度进行作业。主要适用于地层较差、单侧壁导坑法无法满足要求的隧道工程。该工法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，钢架连接困难，而且成本较高，进度较慢。

3.4 三台阶留核心土法

该法适用于较差的地层，围岩级别为软岩Ⅲ、Ⅳ级，洞口段、偏压段、浅埋段软岩Ⅲ、Ⅳ级和硬岩Ⅱ、Ⅲ级。将上导横向在分成两部分（上槽和中槽），上台阶取1倍洞径左右环形开挖，已先立上槽等岩层稳定后在立两边的中槽，留核心土，用系统小导管超前支护、预注浆稳定工作面；用网构钢拱做初期支护；拱脚、墙脚设置锁脚锚杆。

经业主代表、总监办、设计代表及项目部的有关人员对现场多次勘察、研议后，最终于9月5号确定一下处理方案：使用三台阶留核心土法施工。

具体方法：1.对ZK25+330-332已施工的段落初支进行加强：即在该段设置I18工字钢加固支撑，纵向间距1.0m；并在该段上导坑范围打设3m长的φ42注浆小导管，注浆加固围岩，以控制沉降收敛，其纵环向间距1.5m*1.2m，按梅花形布置；

2.将左洞下导的土用除渣车运到上导，堆成一个土坡，并用挖机夯实，形成立架平台（反向堆成核心土），支撑掌子面的大部分下半部，在预留的拱顶空间用速喷法稳定危岩，封闭掌子面（用C20喷射砼封闭松散岩堆，厚度10cm）；

3.在ZK25+332初支拱顶向上45度角，径向100度范围打设单根5m长φ42注浆小导管，环间距0.5m，注浆固结拱顶塌方松散体；

4.在坍塌体拱顶以下3m范围内，施作水平方向长度为3.5mφ42注浆小导管（间距1.2*1.2m，梅花形布置），注浆以使塌方松散岩堆固结，然后对该范围内的固结体进行清理，（并拆除已支护的初期支护）每次清除段不超过2m，直至YK25+340位置；塌体注浆结束满足开挖条件后，再进行掌子面开挖。

5.从掌子面YK25+340开始，施作超前支护，打设长度为2.5m，其仰角5-10度，纵向间距1.0m，环向间距0.3m，注浆加固松散体，再用风镐开挖拱顶以下2m范围内土体（严禁爆破扰动），一榀一榀进，每循环进尺为0.5m，由原设计的S4c改为S4a衬支类型进行施工，并对其支护进行加强。工字钢间距0.5m，每榀每侧工字钢采用4根单根长度3.5m的φ32螺纹钢进行锁脚,以使拱脚具有足够的支撑力，并按以上方法施工穿过塌方段。

6.施工完毕后，再处理上台阶下部（中槽）的3m位置，每循环一榀，每榀每侧工字钢采用2根单根长度3.5m的φ32螺纹钢进行锁脚。直至坍脚位置，再恢复掌子面开挖；

事实证明：方法行之有效，但必须严格控制立架弧度，控制超欠。并注意施工配套稳固措施：（1.在处理塌方段时，如果拱部坍塌松散体高度低于1.5m时，预留Φ150mm的钢管，泵M10砂浆厚1.5m作为护拱；2.局部如果出现出水严重处，采用Ω管结合Φ100mm波纹管将其引至中心排水沟位置；3.并在以后上台阶开挖时预留核心土，开挖后及时施作初期支护及临时支护，打设拱脚锁脚锚管，并架设横撑，施作临时仰拱，尽早封闭支护结构。）

注：以上注浆要求水泥浆水灰比1：1，外加5%的水玻璃，注浆压力不小于1.0MPa。

4.结语

隧道新奥法施工不同于传统隧道工程中应用厚壁混凝土结构支护松动围岩的方法。它将岩体视为连续介质。根据岩体开挖后，从围岩变形到岩体破坏需要一段时间的特点，适时地构筑柔性、薄壁且能与围岩紧贴的喷射混凝土及锚杆支护结构来保护围岩的天然承载力。变围岩本身为支护结构的重要组成部分，使围岩与支护结构共同形成坚固的支承环，共同形成长期稳定的支护结构，以保证隧道的安全。由于隧道塌方不仅引起该塌方段的围岩应力的变化，同时还引起塌方段前后段围岩应力的重分布，对围岩稳定产生不利的影响。因此，对隧道塌方的处理不应仅停留在对塌方段某点的处理，而应从隧道塌方所产生的空间效应考虑。

如： 隧道在通过软弱围岩地段时，特别是强度软硬不一时，初期支护要标准施工，钢拱架强支撑及时落底，拱脚加补锁脚锚杆或小导管并适时注浆加固围岩有限土体，提高围岩承力能力。在软弱地层段隧道衬砌施工采取紧跟的原则：即衬砌施工以距掌子面不超过100米为限。仰拱超前、衬砌紧跟能在洞内迅速形成闭合环，防止围岩过度松弛变形，保证施工安全的作用更为显著。另外，围岩量测数据分析要紧跟，以便随时调整支护参数，确保施工的科学合理和安全性。

参考文献：

［1］ 公路隧道施工技术规范［S］. 北京：人民交通出版社，1995

［2］才 隧道工程［M］. 北京：人民交通出版社， 2007

［3］ 李晓红. 隧道新奥法及其量测技术［M］. 北京：北京科学 出版社，2001.

［4］ 李凯，吴维导. 隧道塌方的原因分析与处治的措施［J］.广西交通科技，2001，3（26）：39 - 41.