諶業(yè)江 劉希玉

（1.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100082；2.西安鐵路工程有限公司，西安 710000)

1 引言

公路隧道塌方是隧道施工中常見問題， 塌方處理方面有了比較成熟的處理措施。 容易引起塌方的隧道段落為淺埋段，易于塌方的圍巖主要在斷層破碎帶、松散碎石土層、節(jié)理裂隙發(fā)育的破碎巖層，這些是公路山嶺隧道常見的圍巖， 其處理方法在很多手冊(cè)以及論文都有較好的論述， 對(duì)于軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖圍巖隧道采用常規(guī)的施工方法難以滿足施工質(zhì)量和進(jìn)度要求， 本文通過對(duì)該類圍巖塌方處理和預(yù)防進(jìn)行實(shí)例分析， 總結(jié)提出一些較好的解決辦法，作為參考。

2 軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖圍巖特點(diǎn)

軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖圍巖的穩(wěn)定性介于黏土圍巖和松散碎石土圍巖之間， 黏土圍巖整體穩(wěn)定好于軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖圍巖， 軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖圍巖的穩(wěn)定性好于松散碎石土圍巖。雖沒有碎石土松散，但也沒有黏土粘聚力好。開挖后掌子面可以直立穩(wěn)定性好，隨時(shí)間延長(zhǎng)圍巖水分逐漸蒸發(fā)，大約在3h 后，圍巖隨著水分的散失粘聚力急劇下降，變得松散，風(fēng)化加重，圍巖巖土開始慢慢剝落，剝落物為較細(xì)小的頁(yè)巖，含部分泥巖。 它的基本特點(diǎn)為開挖時(shí)圍巖穩(wěn)定性較好，開挖3h 后隨時(shí)間延長(zhǎng)穩(wěn)定性逐步降低，不及時(shí)進(jìn)行支護(hù)很容易出現(xiàn)塌方。

3 軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖圍巖隧道施工難點(diǎn)

隧道在軟弱圍巖段掘進(jìn)過程中， 圍巖穩(wěn)定性差，圍巖容易變形，圍巖的形變壓力較大，變形過大容易導(dǎo)致坍塌。 軟弱圍巖隧道施工對(duì)工程施工工藝、現(xiàn)場(chǎng)管理要求較高，否則很容易出現(xiàn)塌方。坍塌的危害性非常大，不僅對(duì)工期、成本造成影響，還嚴(yán)重威脅施工作業(yè)人員的生命安全。

4 工程案例

4.1 工程概況

本隧道為短隧道， 位于甘肅省定西市漳縣殪虎橋鄉(xiāng)石關(guān)村北，臨近G212 國(guó)道。 隧道采用分離式，洞頂最大埋深81m。 隧道左洞長(zhǎng)480m，隧道右洞長(zhǎng)573m。

本隧道隧址區(qū)地貌類型屬于構(gòu)造剝蝕地中山地貌區(qū)，處于華北地臺(tái)區(qū)的陜甘寧盆地分區(qū)東南部，覆蓋層以第四系全新統(tǒng)及更新統(tǒng)的碎、塊石，右線進(jìn)口段局部分布第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土； 下伏二疊系上統(tǒng)石關(guān)群（P2cs）的肉紅色灰?guī)r，右洞進(jìn)口段局部揭露二疊系上統(tǒng)石關(guān)群（P2bs）深灰色頁(yè)巖。通過F14、F16 兩條斷裂帶。施工過程中圍巖破碎、易風(fēng)化，且遇水易軟化，大塊石較多。圍巖級(jí)別全部為V 級(jí)。 巖體含水豐富，掌子面及初期支護(hù)表面有明顯滲水。

襯砌類型為SVf，初期支護(hù)徑向錨桿為SD32 自進(jìn)式中空注漿錨桿L=6.0m （縱）60×100 （環(huán)）；Φ8 鋼筋網(wǎng)15×15cm 單層；鋼拱架為I20a 工字鋼，縱向間距60cm；二次襯砌拱部、拱墻55cm（C30 鋼筋砼）；超前支護(hù)為Φ42 鋼花管長(zhǎng)度為3.5m。

4.2 塌方情況

2018 年9 月5 日開挖至YK189+931 時(shí)掌子面發(fā)生塌方（圖1），塌方巖體為強(qiáng)風(fēng)化破碎頁(yè)，穩(wěn)定性較差，巖體潮濕。 塌腔穩(wěn)定后，塌腔長(zhǎng)度約5m，塌腔靠拱頂左側(cè)，估計(jì)塌方方量約為150m3。 塌腔圍巖穩(wěn)定后，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)用袋裝碎石土對(duì)塌方掌子面進(jìn)行反壓， 并噴射10cm 厚混凝土進(jìn)行掌子面封閉。

圖1 塌方照片

4.3 塌方原因分析

圍巖為軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖，主要為碎礫石頁(yè)巖、風(fēng)化頁(yè)巖、黃褐色粘質(zhì)土，自穩(wěn)能力差，開挖裸露后快速風(fēng)化、圍巖在過程中受到撓動(dòng)，圍巖隨著水分的散失粘聚力急劇下降，變得松散，圍巖巖土開始剝落失穩(wěn)，進(jìn)而坍塌。

已施工完的初期支護(hù)沒有明顯變形， 初期支護(hù)強(qiáng)度完全滿足承載能力， 關(guān)鍵施工要點(diǎn)就是在圍巖巖土開始剝落之前要快速封閉圍巖， 完成初期支護(hù)對(duì)圍巖形變壓力提供支撐反力。

4.4 塌方處治方案

采用管棚強(qiáng)支護(hù)方式通過塌方體。 施工步驟如下：（1）對(duì)塌方掌子面用袋裝碎石土進(jìn)行反壓，并實(shí)施10cm厚噴射C25 混凝土封閉。（2）對(duì)臨近塌方段的初期支護(hù)加設(shè)護(hù)拱作為臨時(shí)支撐，防止初支變形。（3）套拱施工，塌方體前掌子面位置設(shè)置I20a 鋼拱架，間距50cm，縱向設(shè)置5 榀，套拱拱腳落實(shí)在中導(dǎo)拱腳位置，加強(qiáng)鎖腳錨管施工質(zhì)量， 墊實(shí)拱腳。 （4） 塌方體拱部120°范圍內(nèi)施工長(zhǎng)10mΦ89 的自進(jìn)式管棚，管棚長(zhǎng)度超過塌方體5m；管棚注漿采用水泥水玻璃雙漿液，擬定注漿參數(shù)：水泥漿水灰比1:2，添加水泥漿液體積5%水玻璃；水玻璃濃度：35 波美度；水玻璃模數(shù)：2.4；注漿以注漿量為主要控制參數(shù)，難以注入漿液時(shí)，提高注漿壓力，一般注漿壓力范圍0.5～2MPa。 （5）開挖掘進(jìn)之間，先鉆孔探明有沒有空腔，空腔位置。 先注水泥漿，保證水泥漿厚度0.5m，頂上空腔用摻10%水泥的水泥粉煤灰混合料填充。 （6）在塌方范圍內(nèi)用φ42 的鋼花管注漿加固圍巖， 將徑向鋼花管對(duì)圍巖進(jìn)行注漿，并保證注漿量填充管棚上方至少3m 的松散土，起到護(hù)拱的作用。 （7）注漿完成后開始掘進(jìn)施工，開挖完成后及時(shí)進(jìn)行圍巖噴射混凝土4cm，穩(wěn)定圍巖，立拱架，打徑向錨管注漿，一定要保住注漿量，確保注漿質(zhì)量。（8）塌方處理過程中, 洞內(nèi)塌方段落及前后10m 范圍內(nèi)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。 短進(jìn)尺早封閉，盡快施做仰拱，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果，適時(shí)施做二襯。

5 軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖圍巖隧道塌方防治

5.1 加強(qiáng)超前支護(hù)

單層超前小導(dǎo)管變?yōu)殡p層超前小導(dǎo)管，增加長(zhǎng)度，加強(qiáng)超前剛性支撐，提高預(yù)加固強(qiáng)度，增大承載力。 自拱腰至拱頂環(huán)向間距中對(duì)中35cm 對(duì)稱施工，安裝鋼管；安裝止?jié){閥，使用M30 水泥砂漿對(duì)鋼管及周邊圍巖裂隙進(jìn)行填充，提高圍巖及鋼管整體強(qiáng)度；以此施工方法完成圍巖預(yù)加固。

5.2 加強(qiáng)初期支護(hù)

設(shè)計(jì)中采用I20a 型鋼拱架，縱向間距60cm，在施工中調(diào)整為縱向間距50cm，同時(shí)將長(zhǎng)3mФ42×4mm 鎖腳錨桿改為長(zhǎng)5mФ89×5mm 鎖腳鋼管，并填充M30 水泥砂漿，提高鋼管與巖體摩擦力及鋼管本身的變形能力， 從而提高初期支護(hù)整體承載力。

5.3 優(yōu)化開挖施工方法

依據(jù)該圍巖特點(diǎn)， 總結(jié)關(guān)鍵施工要點(diǎn)就是在圍巖巖土開始剝落之前要快速封閉圍巖， 完成初期支護(hù)對(duì)圍巖形變壓力提供支撐反力。 在常規(guī)施工CD 法基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)為簡(jiǎn)易CD 法（圖2）。

圖2 簡(jiǎn)易CD 法施工圖

簡(jiǎn)易CD 法采用三臺(tái)階方法施工， 即分為上臺(tái)階左右側(cè)、中臺(tái)階、下臺(tái)階左右側(cè)和仰拱開挖施工。 上臺(tái)階分成左右兩側(cè)施工，為短臺(tái)階，左右側(cè)錯(cuò)開長(zhǎng)度為3～5m，中間增加了中隔墻， 縱向間距與初期支護(hù)型鋼拱架間距一致，型鋼可比初期支護(hù)型鋼小一個(gè)型號(hào)，中隔墻采用I16型鋼長(zhǎng)度2.5m，頂部、底部使用I16 型鋼縱向?qū)⒅懈魤π弯撆c支護(hù)的I20a 型鋼進(jìn)行剛性連接，增加開挖腔體的整體性，連接完成后，施做鎖腳，噴射混凝土。開挖施工方法優(yōu)化后，縮短每環(huán)施工時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)完成初期支護(hù)施工，有效減小圍巖擾動(dòng)以及加快掌子面支護(hù)及封閉，防止圍巖坍塌。 在上臺(tái)階施工完成3～5m 后，開始施工中臺(tái)階③（停止上臺(tái)階施工），中臺(tái)階施工按預(yù)留核心土方式施工，將上臺(tái)階初支全部接長(zhǎng)至中臺(tái)階后，再開始下一循環(huán)的上臺(tái)階施工。 下臺(tái)階與上臺(tái)階間距為10～15m，④和⑤部分錯(cuò)開施工，錯(cuò)開間距3～5m，有效減小下臺(tái)階和上臺(tái)階施工干擾，最后開挖⑥部分施工仰拱。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際照片

5.4 施工效果

監(jiān)控量測(cè)對(duì)拱頂沉降、周邊收斂項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及變形變化情況布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 在施工段按縱向間距5m 進(jìn)行布點(diǎn)，同一斷面布設(shè)拱頂1 點(diǎn)，拱腰左右側(cè)各1 點(diǎn)，在每天同一時(shí)間對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行量測(cè)，對(duì)沉降及收斂數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，預(yù)留量為30cm。 開始1～3 天拱頂和周邊收斂變形速度較快的變形值為2～3cm/d，最終的變形值都在25cm 以內(nèi)。施工質(zhì)量可靠，變形量較小，比傳統(tǒng)CD 法節(jié)省1/3 的時(shí)間。

6 結(jié)論

隧道軟弱圍巖段施工時(shí)的坍塌病害防治已經(jīng)成為了當(dāng)前隧道施工不可避免的一個(gè)難題。 在進(jìn)行隧道軟弱圍巖段施工時(shí)，及時(shí)預(yù)防圍巖大變形防止圍巖坍塌，要注意遵循“短開挖、少撓動(dòng)、超支護(hù)、強(qiáng)支護(hù)”的原則。在具體施工過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)措施組合處理， 本文提供的超前強(qiáng)支護(hù)、 縮短初期支護(hù)間距以及改進(jìn)優(yōu)化的簡(jiǎn)易CD 功法， 在軟弱風(fēng)化嚴(yán)重的頁(yè)巖圍巖隧道施工中得到較好的應(yīng)用，是平衡工期、成本、安全的較好的施工方法。