中交一航局第三工程有限公司大连116001
摘要：以新建兰新铁路第二双线XXX隧道施工实例，介绍了黄土隧道塌方经过、分析产生的原因，以及处理方案和效果，提出了预防塌方措施，对类似隧道工程塌方施工有一定的参考借鉴意义。
论文写于2017年2月，第一、第二作者分别在工作中担任项目副经理、工程部长职务。
关键词：高速铁路；黄土隧道；塌方处理；施工技术
1概述
1.1工程概况
新建兰新铁路第二双线XXX隧道，位于青海省境内，隧道进出口两端低而洞身部位高，地势起伏较大，为大断面单洞室双线结构；地层主要为第四系上更新统风积黄土、冲击砂质黄土、粗圆砾土、卵石及上第三系中新统泥岩、泥岩夹砂岩；其中Ⅳ级围岩3255米，Ⅴ级浅埋段围岩260米，Ⅴ级深埋段围岩207米。
1.2现场塌方情况
⑴塌方前征兆
现场隧道开挖循环进尺1m，掌子面围岩情况不稳定，线路左侧掌子面围岩拱顶处有斜向水平岩层同时夹杂着白灰色的石膏岩体，掌子面处不断有破碎状泥岩夹砂岩块状物体滑落、围岩向掌子面内侧滑跌。
同时掌子面后方约15m已施工完毕的初期支护开始出现不同程度的开裂现象（沿拱架位置纵、环向开裂），局部有块状喷射砼脱落。
⑵塌方经过
现场立即封闭掌子面，对人员、机械、车辆进行撤离，同时对开裂处初期支护加密监控量测点（5m一个断面）。夜间发现靠近掌子面拱顶及拱腰位置掉块比较严重，钢拱架变形严重，呈S型，如图1-1，同时掌子面围岩向内侧一层层滑跌，大约20分钟后掌子面塌方，掌子面向内侧滑塌体长度约为10m，塌腔高度约为7～8m，7榀拱架被破坏，如图1-2，受塌方牵引作用前段20m已施工初期支护出现多处喷射砼开裂、剥落。
图1-1钢架开裂、砼脱落图片图1-2掌子面坍塌处图片
⑶塌方段设计情况
此塌方段设计参数为Ⅳ级围岩，采用Ⅳa-1型衬砌支护参数，拱墙设置Ⅰ18工字钢拱架，间距1榀/1m，拱部局部设Φ42小导管超前支护，三台阶法施工。
2原因分析
2.1掌子面围岩破碎严重，完整性差，塌方处岩面有滑层，自稳能力差，这是塌方的主要原因。
2.2掌子面围岩处揭示地层为泥岩夹砂岩，厚层状，开挖后易风化剥落，暴露时间长可能导致围岩沿不利结构面发生错动。
2.3从已塌落的工字钢拱架折断位置分析，钢拱架拱腰部位连接板为薄弱部位，应力集中结构易破坏。
2.4从变形量测数据及初支喷射砼破坏现象分析，在施工过程中可能存在前期拱部坍塌回填不密实现象，支护体系未能与围岩形成整体受力结构。
3受塌方影响段变形控制（20m）
3.1增设临时Ⅰ22型钢拱架支撑
增设临时Ⅰ22型钢拱架支撑（临时套拱，如图3-1），内套门型加劲钢支撑，1榀/0.5m，纵向采用Φ22钢筋连接（与钢架接触面满焊），环向间距为0.6m。临时钢架设置于稳定的基础之上，在钢架底部纵向设置槽钢或工字钢支垫，并施作径向锁脚锚管与钢架底部焊接牢靠（每榀拱架每侧4根，单根长4.5m），钢架与初期支护空隙背后用钢楔或木屑楔紧，确保临时钢架与初期支护密贴。
图3-1增设临时Ⅰ22型钢拱架支撑
3.2初期支护注浆
对受塌方影响段20m范围拱顶设置注浆管，纵向间距2m，补充压浆，确保初支背后回填密实。注浆小导管沿上台阶拱脚处开始施做，间距采取1.2*1.5m布设，外插角分别采用10°、40°交错布置，注浆材料采用水泥浆液，水灰比为1：1，注浆压力为0.5～1.5MPa，注浆前先封闭管周，注浆由下至上顺序进行，隔孔注浆。每孔单孔注浆压力达到0.8Mpa，持续10分钟。注浆作业中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。
4塌方段处理
4.1工艺流程
见图4-1：
图4-1塌方段处理工艺流程图
4.2封闭塌腔体
临时支撑施做完成后，首先采用喷混凝土封闭塌腔表面，防止围岩受风化作用继续剥落。
4.3土方回填
自塌方起始里程开始采用洞渣回填到初期支护净空高度，如图4-2，拱顶不密实处采用编织袋装土回填与增设临时钢支撑至掌子面处，如图4-3、图4-4，然后C25网喷砼封闭掌子面，厚度30cm。
图4-2回填到初期支护净空高度图4-3编织袋回填、增设临时钢支撑
图4-4塌方回填土示意图
4.4泵送混凝土
为保证塌腔能够回填密实，掌子面封闭时预留Ф100mm泵送混凝土管7根，2根L=15m，直接达到塌方体深处；3根L=7m，用于坍塌体中部；2根L=2.5m，用于塌方体最外缘，如图4-5。每根管采用0.3*0.5m（环*纵向）间距在其管身钻设直径2cm的孔，用于注射1:1水泥浆，利用水泥浆的流动性，对回填土进行空隙密实补强处理，使其整体性更好，便于后续开挖施工。泵送管埋设完毕后对掌子面进行封闭处理，采用泵送混凝土对其进行空腔回填，材料采用低标号流动性好的C15混凝土，如图4-6、图4-7。
图4-8拱部120设置Φ89管棚图片
4.6塌方段后期施工
待塌方段泵送混凝土强度达到设计强度的80%时，拆除砂袋，人工配合机械把回填土挖至拱脚位置，恢复三台阶，同时委托第三方检测单位进行塌腔无损检测，确保初支背后密实、无空洞时方可进行掌子面掘进；用破碎锤凿除初期支护侵限位置混凝土，架立上导坑拱架，初喷混凝土至设计厚度，按照此方法架立完塌方段上导坑拱架再逐榀架立中导坑拱架，施工中导坑时，每次开挖1榀，严禁中导开挖超过2榀或拱脚长时间处于悬空状态。
5塌方处理效果
5.1混凝土强度
回填混凝土时，制作7天、28天试件同条件养护各一组，试件强度如表5-1
结论：持续1-3周监控量测，7天后监控量位移速度<0.2mm/d,符合规范要求。
6预防塌方措施
6.1严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则进行施工，保证黄土隧道施工质量。
6.2重视工程地质超前预报和超前支护。施工过程采用地质超前预报的方法，对隧道开挖掘进前方的地质围岩状况进行预探预测，根据地质勘探的数据分析地质情况（围岩级别、含水、含泥情况等）。为预防塌方,必须采用超前锚杆、小导管注浆、管棚、全断面预注浆、深孔注浆、帷幕注浆以及在洞口浅埋段采用的地表注浆等超前支护措施。
6.3按照围岩级别规定的监控量测断面设置监测点，指定专人负责观测，及时进行数据分析，随时掌握围岩的变化趋势并采取措施。
6.4围岩变化快，宜失稳，必要时增设临时仰拱进行封闭，根据量测值加设工字钢横撑。
6.5严格控制开挖、仰拱、二衬步距。二次衬砌不得严重滞后初期支护,软弱围岩地段应紧跟开挖,根据量测结果确定最佳施作时间。
7结束语
从隧道塌方的实例可以看出，隧道出现塌方的主要原因有两类，一是不良的地质及水文地质条件，二是施工不当等原因。在隧道施工过程中，一旦发生塌方事故，不仅延误工期，大幅度提高工程成本，出现人身伤害；同时若处理不当，会造成严重的工程质量问题，给后期施工及运营维护带来极大的隐患。因此，研究分析塌方事故的原因，树立塌方是可以预测、可以控制的观点，提高在不良地质条件下的施工应变和处理能力，是非常有必要的。其次对于隧道已出现的塌方，要分析塌方原因，塌方的大小、位置，采取有针对性的处治措施，将塌方的损失及影响降到最低。
参考文献：
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