劉洋

（申成路橋建設集團有限公司，河北 保定 071000）

1 工程概況

某隧道全長2.38km，等級為Ⅴ級，隧道右線圍巖長2 340m，左線圍巖長2 425m。圍巖包括強風化巖、中風化巖、炭質(zhì)巖，裂隙發(fā)育，被泥質(zhì)充填，軟巖巖體破碎，遇水易軟化，地下水為基巖裂隙水，受到?jīng)_溝影響，呈滴狀，局部斷層和破碎帶可能存在涌突水。隧道穿越山體，海拔2330～2554m，高差約240m，可見地勢起伏大。隧道進口處于火溪河的左岸，坡體有厚度為20～25m 的碎石土，坡度為30～35°。洞身存在2 條沖溝，水流量不大。工程區(qū)有大規(guī)模斷裂、褶皺，隧址在弧形構(gòu)造帶的北西向，受南側(cè)弧形構(gòu)造影響，構(gòu)造向南突出。

2 軟巖隧道塌方的常見原因

2.1 地質(zhì)方面

由于隧道施工較為特殊，屬于地下作業(yè)，因此對于地質(zhì)條件有較高要求。地質(zhì)因素是關(guān)系到隧道順利施工的重要因素之一，可產(chǎn)生如下影響：①隧道掘進施工環(huán)節(jié)，若遇突變地質(zhì)，如圍巖等級突然變化，那么就容易出現(xiàn)塌方；②如果隧道的洞身相對較淺，可能因偏壓而出現(xiàn)塌方；③如果隧道地質(zhì)存在褶皺帶或者斷裂和堆積等情況，也容易塌方；④在隧道開挖階段，如遇特殊巖石或溶溝、暗河等不良地質(zhì)，也會影響隧道安全。

2.2 設計方面

在隧道正式施工之前，需要進行地質(zhì)勘察，然后開展施工設計，如果勘察工作不完善，那么就難以掌握地質(zhì)條件，使得施工方案制定不合理，不適應地形結(jié)構(gòu)，特別是支護結(jié)構(gòu)設計不合理，不能保證隧道的穩(wěn)定性，發(fā)生塌方事故的概率較高。

2.3 施工方面

軟巖隧道施工階段，施工技術(shù)運用不合理也是導致塌方的重要因素。如果施工區(qū)域存在特殊地質(zhì)，那么需要相關(guān)人員提前制定支護方案，若支護操作不合理，那么就容易發(fā)生塌方。即使是同一種地質(zhì)條件下，也可能采用不同的隧道施工方法，常見的有全斷面施工、下臺階施工等，若施工方法選擇不當也會導致塌方。應該保證前期支護穩(wěn)定，當結(jié)構(gòu)不穩(wěn)、混凝土厚度不合理時，就不能對圍巖結(jié)構(gòu)提供支撐。二次支護的及時性也十分重要，只有支護技術(shù)運用合理，才能保證隧道安全。除此之外，隧道施工中還可能使用炸藥，藥量的控制對于隧道穩(wěn)定性有直接影響，藥量過大必然會導致隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞而發(fā)生塌方。

3 軟巖隧道塌方處理方案的確定

3.1 變形情況

在梅家溝隧道的出口左線上下連接位置出現(xiàn)嚴重變形，大量初支結(jié)構(gòu)入侵到二襯鋼筋中，且左線的上下連接位置剪切結(jié)構(gòu)失效。初支結(jié)構(gòu)出現(xiàn)環(huán)向開裂，拱頂出現(xiàn)局部塌陷。出口右線的初支結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)開裂和剝落問題。

3.2 初支破壞原因

初支破壞的原因主要有如下幾點：①炭質(zhì)巖層間的結(jié)合度較差，遇水呈泥狀，掌子面開挖之后，圍巖、空氣相互結(jié)合，氧化后呈松散狀態(tài)；②巖層與隧道中軸線平行，在山體壓力、重力等作用之下，可能出現(xiàn)豎向位移，約束力較弱的方向會鼓出，邊墻鼓入，拱頂也發(fā)生少量變形；③爆破后，圍巖受到的應力會重新分布，導致洞體受到破壞；④變形收斂出現(xiàn)滯后，施工過程中上部開挖變形過大導致下方施工閉合工序中出現(xiàn)變形問題。

3.3 塌方處理方法

由于掌子面的圍巖結(jié)構(gòu)與設計存在不同，巖層薄且軟，巖層與隧道中軸線平行，呈碎裂狀，內(nèi)部存在發(fā)育的裂隙，有泥質(zhì)填充，隧道開挖以后可能形成臨空面，導致掌子面坍塌，圍巖失穩(wěn)。經(jīng)專家評估，千枚巖隧道軟巖的變形問題過大，因此施工期間，應該貫徹動態(tài)化設計、施工、管理的理念，優(yōu)化支護參數(shù)，密切監(jiān)控施工過程的變形，保證隧道結(jié)構(gòu)安全與人員人身安全。根據(jù)二襯開裂情況，可以嘗試對圍巖采取加固和保護等措施，提高其承載能力，利用長錨桿、后注漿多種工藝，建立變形控制體系，防止圍巖的塑性區(qū)不斷發(fā)展。

該隧道的出口右線，可以設計為大變形的襯砌結(jié)構(gòu)，因為出口段左線的加寬段存在初支病害，需要換拱，并將加寬段的二襯施工滯后情況考慮其中，確保加寬段不受侵限，提高加寬段的穩(wěn)定性。隧道出口斷面襯砌結(jié)構(gòu)剖面如圖1所示。

圖1 隧道出口斷面襯砌結(jié)構(gòu)剖面圖（單位：cm）

對于隧道出口端的洞口展開收斂試驗，可以看出，當鎖腳錨桿的數(shù)量、長度增加以后，洞口的收斂值不斷減小，選擇5 處試驗點，試驗點累積收斂最高值為33.8cm，平均收斂值為24.6cm，與設計要求不符，所以需要對初期支護結(jié)構(gòu)的參數(shù)進行優(yōu)化。

3.4 方案優(yōu)化調(diào)整

若利用“長鎖腳錨桿”，在原有設計之上選擇注漿小導管，鎖腳錨桿型號為Φ42×4mm，將其長度增加至6m，數(shù)量變?yōu)?2 根。對5 處斷面支護參數(shù)、收斂值進行分析，結(jié)果如表1所示。優(yōu)化后的隧道出口斷面襯砌結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示。

表1 試驗斷面參數(shù)和收斂值

圖2 優(yōu)化后的隧道出口斷面襯砌結(jié)構(gòu)剖面圖（單位：cm）

根據(jù)上述試驗，優(yōu)化初期支護結(jié)構(gòu)，采用“長鎖腳錨桿+長短錨桿”的方式對圍巖進行加固，選擇4 處斷面，采用圖2 所示優(yōu)化后的Da 型支護結(jié)構(gòu)，選擇的鎖腳錨桿的型號為Φ42×4mm 注漿小導管，長度均為6m，數(shù)量為12 根/環(huán)。系統(tǒng)錨桿型號為Φ32 自進式錨桿和Φ42 注漿小導管，長度分別為8m 和4m，共21.5 根。第一處的收斂值為14.7cm，第二處的收斂值為20.5cm，第三處的收斂值為13.1cm，第四處的收斂值為10.2cm。

通過上述數(shù)據(jù)可知，采用“長鎖腳錨桿+長短錨桿”加固圍巖，洞周收斂累計值有所降低；選取的4處試驗斷面，收斂累計最高值為20.5cm，收斂累計均值為14.6cm，滿足設計要求。此外，需要注意的是Da支護結(jié)構(gòu)的成本高，施工中產(chǎn)生的干擾也相對較大。

3.5 方案確定

結(jié)合上述現(xiàn)場試驗能夠得出，若只增加鎖腳錨桿長度、數(shù)量，那么洞周收斂累計值雖然會減小，但仍然超過了設計的限值；而采取“長鎖腳錨桿+長短錨桿”對圍巖加固，可有效降低周收斂累計值并滿足設計要求。施工人員需注意對圍巖結(jié)構(gòu)的變形進行監(jiān)測，如果變形量較大，那么應提前預留變形量，將原設計值從10～12cm 調(diào)整為30～50cm，之后使用“長鎖腳錨桿+長短錨桿”的加固措施，既能有效控制隧道洞口的圍巖變形，還能控制施工成本，提高施工安全性，防止出現(xiàn)塌方。

4 塌方處理及控制措施

4.1 做好初期支護保證圍巖穩(wěn)定

修筑洞頂塌陷坑周邊的截排水溝，并在塌陷坑上方搭設防雨棚，以阻止地表水繼續(xù)向塌方區(qū)匯集。加強觀測洞內(nèi)圍巖及塌方體后方已施工的初期支護變形情況，并對現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)進行回歸分析，以便對圍巖及初期支護的穩(wěn)定性進行分析并采取加固措施。

4.2 保持洞內(nèi)塌方體穩(wěn)定

先在洞內(nèi)塌方體表面噴一層20cm 厚的C25 早強混凝土將塌方體封閉，且根據(jù)具體情況在塌方體上設置平孔以便及時將水排出洞外，以保持洞內(nèi)塌方體穩(wěn)定。然后在塌方體表面打入Φ50mm小導管，呈梅花形布設，間距為1m×1m，導管長為6m，注C30 水泥漿以固結(jié)塌方體。

4.3 地表沉陷坑周邊注漿

在地表沉陷坑周邊（沿裂縫兩側(cè)各1.50m 處）插入注漿導管，間距1m，呈梅花形布置，注漿導管采用Φ50無縫鋼管制成，長6m，管壁每隔15cm 交錯鉆眼，眼孔直徑為6～8mm，根部留1.5m 不鉆眼作為止?jié){段。注漿過程中，觀察斷面是否有漿液滲出，若隧道內(nèi)塌方處自上而下有漿液滲出，則維持注漿壓力30s 后停止注漿；若隧道內(nèi)塌方處沒有漿液滲出，則注漿壓力達到0.8MPa后停止注漿。

4.4 塌方體后方注漿

對塌方體后方已施工好的初期支護進行加固，采用徑向小導管注漿補強，小導管長6m，間距為100cm×100cm，范圍為YK58+309—YK58+314。強化塌方段落的支護結(jié)構(gòu)，將原超前支護由F2-1 改為F2-3，YK58+309—YK58+399 段初期支護變形（二襯侵限） 大于5cm，應逐榀置換鋼支撐，置換前先采用超前小導管注漿（搭接2m），待小導管注漿達到強度后方可置換。置換后必須保證初支及二襯達到原設計厚度。

4.5 地表沉陷坑回填

上述施工工序結(jié)束后，對地表沉陷坑進行回填處理，要求回填至原地貌，回填的材料為50%原狀土+50%穩(wěn)定土（摻5%水泥）?；靥钸^程中用小型設備進行碾壓夯實，回填后的地表按明洞回填處理，施工50cm 的膠泥防滲層并進行綠化。在施工過程中要特別注意施工安全和沉陷坑的防水。

5 處理效果

根據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，對圍巖及支護體系的穩(wěn)定狀態(tài)進行判斷和預測。該塌方段處理完畢后，在拱頂布設了左、中、右共3個測點，并在腰線處左右分別布設了2 個測點，通過近3 個月的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)拱頂最大下沉量為21.5mm，相對變形量為1.98%，周邊位移最大值為34.93mm，相對變形量為0.27%，均在允許范圍內(nèi)，表明所采取的措施得當，取得了應有的效果。

6 結(jié)語

總之，軟巖隧道施工期間，保證圍巖的穩(wěn)定性十分重要。因此，在施工之前，需要先根據(jù)地質(zhì)信息，判斷圍巖的穩(wěn)定情況。同時，還應根據(jù)現(xiàn)場測試，判斷支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證結(jié)構(gòu)設置合理，防止圍巖出現(xiàn)失穩(wěn)而威脅施工人員安全。應該根據(jù)塌方產(chǎn)生的主要原因，采取差異化的處理措施，才能高質(zhì)量完成軟巖隧道的施工工作。