怀玉山隧道塌方处理
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摘要：隧道塌方是隧道中常见的重大工程地质灾害之一，给隧道施工带来了极大的困扰，轻则延误工期，重则造成伤亡事故。为解决这一工程难题，本文结合怀玉山隧道所遇到的塌方现象，认真分析了塌方的成因、详细阐述了处理措施，为类似工程提供借鉴。
关键词：隧道 ； 塌方 ； 处理
Abstract: the tunnel collapse is one of the common major tunnel engineering geological disasters, has brought great distress to tunnel construction, light time delay, it caused heavy casualties. In order to solve this problem, in this paper the Yushan tunnel collapse phenomenon was encountered, a careful analysis of the causes of landslides, describes in detail the treatment measures, provide the reference for the similar engineering
Keywords: tunnel collapse; treatment;
中图分类号： U45 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012
1、概述
怀玉山隧道是江西德兴至上饶高速公路的一座上下行分离的特长隧道，左洞全长3423米、右洞全长3409米。该隧道穿越怀玉山脉的葛岭，区域内褶皱断裂较为发育，进口端主要穿越2条断层。F21断层地面穿经K21+540部位，逆断层，走向NE，与隧道轴线近乎直交，倾向SE，倾角87°，影响宽度30～40m。F11断层地面穿经K21+760～K21+860部位，逆断层，走向NNW，与隧道轴线呈30°斜交，倾向NEE，倾角76°，影响宽度40～60m。
2、塌方的发生
怀玉山隧道左洞上导掌子面在掘进至K21+924时，该处设计为Ⅲ级围岩，经开挖揭露变更为Ⅳ级围岩，采用两台阶开挖法，超前锚杆加钢格栅支护。爆破出渣后，左侧拱脚突然有大股粘稠状酱红色地下水涌出，随后K21+920～K21+924约4米长度范围自左拱脚向上出现较大塌方，塌方范围自隧道轮廓线向外约2.5～3.0m，高度约13.3米，经计算塌方量约146.3m3。位置见图1。
图1 塌方位置示意图
3、原因分析
通过设计图可看出该处已穿过F11断层，但因该处隧道埋深较大，通过断层的走向和倾角已无法准确判断断层对隧道的影响。通过开挖揭露设计桩号K21+860之后的Ⅲ级围岩一直存在软弱夹层，判断为断层影响带。为安全起见，自K21+760之后超前地质预报频率加大，检测深度缩短以期提高准确度，但检测时并未发现该断层。结合塌方体位置，分析其主要原因系该软弱夹层与隧道轴线夹角很小（按走向计算约10°），其影响仅少部分侵入隧道开挖轮廓线。根据塌方体的长度及影响范围来分析，K21+920-924段应为一软弱夹层。通过塌方堆积体岩性判断，为全风化花岗岩，岩石的组织结构已破坏，分解或崩解成土。
综上可断定该塌方段仍属于F11断层，因其隐蔽性未能及时检测到，导致未提前采取防治措施。
该塌方处涌水量随时间延长迅速减弱并趋于稳定（该处涌水量测量记录，见表1）。同时洞外左侧山涧水量无明显变化。由此可说明该处与地表水无明显联通，塌方处首先形成断层，后经裂隙水长期浸泡风化，从而形成软弱夹层。
表1 涌水量观测记录表
4、处理措施
塌方发生后采用的处理措施要避免盲目性。制定正确合理的处理措施需建立在对塌方的特点、原因以及规模的充分掌握的基础之上[1]。首先根据塌方体积小于300m³可判断本处塌方为小塌方，根据塌方位置位于洞室左侧看判定属于侧壁塌方[2]。同时考虑“治塌先治水”的原则可制定以后处理措施。
4.1封闭塌腔
(1)该处小塌方发生在断层破碎软弱夹层地段，一般塌方后塌腔围岩会暂时处于稳定状态，因此在确保安全情况下首先抓紧时间清理塌渣，并对塌腔及周边围岩施喷3~5cm厚素混凝土以加固塌腔面，防止局部二次塌方或掉块造成损失。
(2) 在原初期支护的空间施作钢架混凝土壳体，并利用锚杆体系与未塌方围岩锚固。
具体措施为：K21+920～K21+924段立I16工字钢拱架（间距75cm），并设纵向连接工字钢及纵向连接筋使之形成拱架。拱架两侧挂双层钢筋网，外侧挂密孔铁丝网，加密安装长锚杆，发挥锚喷体系作用，施喷20cm厚C20混凝土，形成壳体，封闭塌腔。在封闭塌腔过程中注意预留注浆管及排水管。注浆管预留2~3根，位置尽量靠近拱顶，沿纵向均布。根据水宜排不宜堵的原则，在塌腔底部预埋5根φ150打孔波纹管，外包土工布防止堵塞，将水引至初支外侧，汇入隧道纵横向排水系统。
4.2填充塌腔
塌腔内宜先注入混凝土，后注入一定量的胶凝材料渗透入塌腔围岩内，提高周边围岩强度，避免持续风化。
塌腔围岩初支壳体砼强度达到设计强度的70%后，向腔体内注入高流动性C25砼。由于塌腔高度高过拱顶，所以泵送砼很难回填密实，在泵送砼高度高过拱顶0.5～1.0m即可停止泵送。在泵送砼强度达到设计强度的70%后，向泵送砼上部塌腔空洞处再打入注浆小导管，采用双液注浆，压入水泥及水玻璃。水玻璃溶液浸渍岩体后，能渗入缝隙和孔隙中，固化的硅凝胶能堵塞毛细孔通道，提高材料的密度和强度，减弱裂隙水流通，从而提高岩体的抗风化能力 。
4.3 塌方后段处理
处理塌腔的同时，塌方位置后退5米内，宜施作注浆小导管进行补强。即在K21+915-K21+920段补打注浆小导管。小导管外插角为15°，环向间距为100cm，纵向间距为100cm，塌方一侧拱脚以上区域梅花形布置。注浆液采用水玻璃。注浆采用先上后下，先里后外，即先对塌空区边缘注浆，再逐步退后进行后段注液，使钢管所伸入的范围内通过注浆组成一个固结的灌浆层，通过浆液无规则的穿透松散破碎岩体产生胶结，从而达到在已支护段与塌空区交界处上、下一定范围内的围岩得到固结，从根本上达到控制塌方的扩展。而后段的注浆也提高了围岩整体承载强度，并与初期支护共同在2~3m范围内形成一个强大的支撑拱，为下一步施工的安全性提供了保障。
4.4塌方过渡段处理
待塌空区段按上述方案处理完之后，密切注视塌空段断面变化情况，加强监控量测。该区域之后5m范围内采用长4m的Φ42×4mm的注浆小导管进行超前支护，小导管环向间距为40cm，纵向间距为280cm；初支钢拱架采用I16工字钢，纵向间距75cm，钢拱架间采用环向间距1m的Φ22mm纵向钢筋连接，并设置网格间距20cm×20cm的Φ8钢筋网；系统锚杆采用长3.5m的Φ22砂浆锚杆，环向间距1m，纵向间距75cm，梅花形布置，端部与钢拱架焊接成整体。
4.5塌方后段处理
根据塌方位置测定的断层的走向及倾向，判定该断层将逐步向掌子面扩展，影响也随之增大。该断层宽度虽然不大，但影响距离长。因此开挖方法改为三台阶七步开挖法，初期支护形式改为S5支护，且在断层带位置增加近似垂直断层面的注浆小导管，加强超前支护。在施工至K21+989位置时，断层带向右侧拱脚逐渐消失，标志着已顺利穿越该破碎带层。
5、结束语
随着山区高速公路施工逐年增加，隧道施工也越来越普遍，隧道塌方作为常见的地质灾害之一，在今后的施工中也越来越频繁。本文通过对怀玉山隧道左洞K21+924位置处塌方处理的施工总结，以实践证明了方法的可行性，该方案安全、经济，未对施工进度造成较大影响，对类似工程起到了现实指导意义。
参考文献：
[1]公路隧道施工技术细则.JTG/T F60-2009.中华人民共和国交通运输部
[2]杨林德.公路施工手册 隧道.北京：人民交通出版社，2011.7
[3]关宝树. 隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.1
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