ｃｏｎｓＴＲｕｃＴＩＯＮ ＳＡＦＥＴＹ 建筑鸯金 ２０１５年第１ １期 施工技术 某隧道塌方处理施工技术研究 魏大晗 ， 夏兵兵 ， 王文华 ， 吴金全 （１．华能澜沧江水电股份有限公司， 云南 昆明３．华能澜沧江水电股份有限公司， 云南 昆明６５０２１４；２．中国水利水电第八工程局有限公司。 湖南６５０２１４；４．中国水利水电第八工程局有限公司， 湖南长沙长沙４１０１２８； ４１０１２８） 【摘 要】梅冲河隧道拱顶塌方严重，塌方石块几乎填满隧道内Ｋ１６６＋４３５￣Ｋ１６６＋４７０段，塌 方范围长约３５ Ｅｌ＿，宽约７ ｍ￣９ ｍ。为确保安全，采取了封堵混凝土、长大管棚、小导管注浆、混凝土 衬砌和回填灌浆等措施。本文对隧道塌方相关措施进行了简单描述。 【关键词】隧道塌方处理施工技术 【中图分类号】Ｕ４５８．３ 【文献标志码】Ｂ Ｋ１６６＋２５３一Ｋ１６６＋５２４：围岩Ⅳ类，其中断层带 应为Ｖ类围岩。 ５）水文 １．概况 （１）工程简介 梅冲河隧道桩号为ＫＩ６６＋０４０－Ｋ１６６＋６００，总长 为５６０ ｉｎ，隧道为直线加曲线隧道。隧道纵坡－２．６９％， Ｋ１６６＋３５０～Ｋｌ６６＋４２０段洞室右侧发现洞壁局 隧道设计为净宽７．０＋０．７５ｘ２ ｍ，净高７．７ Ｉｎ的三心 圆形衬砌断面。本隧道按复合式衬砌原理进行设 计。根据实际地形情况，隧道实际桩号为Ｋ１６６＋ ０４９￣Ｋ１６６＋５９０，总长为５４１ ＩＴＩ。 部有渗水。根据隧道的平面位置现场检查没有发现 地表有裂缝。发现地表较平缓，隧道对应的桩号 Ｋ１６６＋４２０￣Ｋ１６６＋５００段位于植被较丰富处，有一 条水沟横向穿过隧道顶部，隧道实际埋深约６５ ｍ～ ７０ ｉｎ左右。 （３）变形塌方过程 （２）地质情况 １）岩性 Ｋ１６６＋０４０￣Ｋ１６６＋３７０、Ｋ１６６＋４４８～Ｋ１６６＋４７０段 ２０１０年１１月２４日，Ｋ１６５＋４２０￣Ｋ１６６＋４８０段 发现裂缝，并且上下导坑相接处有张开迹象，拱架 已经产生变形。现场决定立即对隧道进行封闭，并 对张开处采取凿除部分喷混凝土检查内部变形及 变质火山玄武岩；Ｋ１６６＋３７０～Ｋ１６６＋４４８、Ｋ１６６＋４７０￣ Ｋ１６６＋６００，变质火山细砾岩、角砾岩夹凝灰岩。 ２）构造 Ｋ１６６＋４４０～Ｋ１６６＋４６０段发育断层Ｆ：Ｎ６０。Ｗ， ＳＷ／＿３５。－４０。，破碎带宽１ ｍ－２ ｉｎ，影响带宽３Ｏ ｍ一 ４０ ＩＴＩ。破碎带组成物质主要为泥化的糜棱岩、片状 岩，影响带内有多条小断层和挤压面发育，带内多 岩石情况，发现岩石和已经变形拱架之间有空隙， 说明由于拱顶下沉，拱架已经不能承受荷载产生变 形。 ｌ２月１３日晚２ｌ时１５分，梅冲河隧道内 Ｋ１６６＋４３５－Ｋ１６６＋４７０段拱架发生极大变形，发出 泥化、渗水，软塑状，岩体破碎。 ３）物理地质现象 全洞弱风化为主，在进洞口局部小段微风化， 巨大的响声，左侧墙受到强烈的挤压向隧道轴线方 向移动，随后顶拱也被挤压拉裂，洞顶产生塌方，大 石块不停落下。 １２月１４日上午８时左右，隧道拱顶塌方严 岩体整体风化锈染严重，岩体在水作用下多蚀变， 岩体强度低。 ４）围岩类别 重，塌方石块几乎填满隧道内Ｋ１６６＋４３５～Ｋｌ６６＋ ［作者简介】魏大晗（１９８３一），工程师，大学本科，从事工作：项目管理（水电站建设）；夏兵兵（１９８４一），工程师，大学本科，从事工作：项目 总工程师（水电站、公路施工）；王文华（１９８２一），工程师，大学本科，从事工作：项目管理（水电站建设）；吴金全（１９８１一），工程师，大学本科，从事 工作：项目副经理（水电站、公路施工）。 ２１ ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ ＳＡＦＥＴＹ 建筑盔金２０１５年第１ １期 施工技术 ４７０段。隧道塌方范围长约３５ ｎｌ，宽约７ ｍ￣９ １ＴＩ，塌 体内未见有水。 ｌ２月１５日，有少量石块掉落，进入隧道空腔 内检查塌方高度，现场目测塌方高度约１５ １ＴＩ（洞顶 以上），塌方渣体堆高至洞顶以上４ ｍ左右。 （４）隧道塌方变形原因分析 １）不良地质造成的塌方 变形段岩性主要为变质火山玄武岩、变质火山 细砾岩、角砾岩夹凝灰岩，Ｋ１６６＋３８０～Ｋ１６６＋４２０工 字钢支撑有明显压曲洞段部分在断层带上，岩体中 结构面产状杂乱，岩体破碎，强度较低，手可掰碎。 Ｋ１６６＋４１０～Ｋ１６６＋４６０段发育断层Ｆ：Ｎ６０。Ｗ， ＳＷ ３５Ｏ ４０。，破碎带宽１ ｍ￣２ Ｉｎ，影响带宽３０ ｍ～ ４０ １Ｔｔ。破碎带组成物质主要为泥化的糜棱岩、片状 岩，影响带内有多条小断层和挤压面发育，岩体破 碎。通过现场观察和分析，变形处岩体呈碎裂结构。 隧道内地质条件复杂，对于特殊地段，Ⅳ类加 强初期支护不能彻底解决变形甚至塌方的问题，如 塌方段Ｋ１６６＋４３５～Ｋ１６６＋４７０段由于没有加强支 护，拱架直接被挤压塌方。 围岩压力变化对隧道围岩稳定性影响。由于隧 道开挖形成地下临空空间，破坏了岩体原有应力场 平衡状态，洞室周边岩体向开挖空间变形，使围岩 中的应力重分布，在洞室周边形成应力集中带。 ２）地下（表）水造成的塌方 隧道地表较平缓，且Ｋ１６６＋４００～Ｋ１６６＋４８０段 有一条冲沟，２０１０年５月份开始，连续降雨使得一 部分地表水通过岩体卸荷裂隙渗透，地下水活动将 软弱结构面的物质软化或泥化，软滑动面在地下水 的作用下，强度大为降低，而产生塌方。从１２月９ 日Ｋ１６６＋３８０钻孔９ ｍ深发现有泥水从孔中喷出， 且声音极大。水在塌方中起到了一个“催化”和“恶 化”的作用。 ３）地压造成的塌方 由于隧道受偏压、高地应力区等原因影响，造 成隧道塌方。从变形及塌方情况分析，左侧受压较 大，塌方由于左侧受挤压力较大，左右侧墙受力不 均，导致侧墙变形拉动顶拱坍塌。 ２．总体施工规划 （１）施工组织机构 为确保工程进度和施工安全，成立了抢险领导 小组，施工队负责人为现场主要安全责任人，现场施 工人员为抢险队成员，服从抢险领导小组统一指挥。 （２）施工总体布置 ２２ 施工抢险道路为现有沿江公路、４＃施工便道、 左岸场内道路上游联络线，便于抢险设备及材料的 运输。 抢险领导小组办公室设在施工现场，领导小组 成员２４小时轮流值班。 （３）施工进度计划总体安排 隧道塌方段抢险施工，考虑从进出口两端往中 间施工，先处理变形段，及时跟进隧道二衬混凝土， 再进行塌方段处理。 （４）施工布置 １）施工通风 在隧道进口处设置一台２ｘ５５ ｋＷ轴流式风 机，其通风量为７５０ ｍ３／ｍｉｎ，配 １．０ Ｉｎ加肋软风筒 接至工作面，风管采用锚筋悬挂于洞顶，进行正压 式通风。 ２）施工供风 在隧道进口处设置３台２０ ｍ３／ｍｉｎ电动空压 机，采用＋１５０ ｍｍ供风管路送风至施工工作面。 ３）施工供水、供电 采用现有供水、供电设备，另新增一台２５０ ｋＷ 的发电机。 ３．隧道塌方段处理施工方案 隧道塌方段为Ｋｌ６６＋４３５一Ｋ１６６＋４７０段。 项目部拟对该部位采取以下处理方案： 施工排水、塌方体两端锚筋桩施工、塌方体两 端渣体小导管注浆、塌腔内回填Ｃ２０混凝土、超前 长管棚施工、塌方段开挖支护、混凝土衬砌、塌方段 回填砂浆、塌腔内吹砂。 施工程序：施工排水一塌方体两端锚筋桩施 工一塌方体两端渣体小导管注浆一塌腔内回填Ｃ２０ 混凝土一超前长管棚施工一塌方段开挖支护一出 渣一底板混凝土浇筑 侧墙混凝土浇筑一拱顶结构 混凝土浇筑一塌方段回填砂浆－÷塌腔内吹砂。 （１）施工排水 １）集水坑排水：该隧道纵坡为－２．６９％，从进口 往出口方向施工时，需设置集水坑。集水坑尺寸为 ｌ ｍｘｌ ｍｘｌ ｍ，开挖采用人工手风钻爆破，装载机 配合农用车出渣，开挖成型后盖钢筋网片盖板。采 用潜水泵抽水至洞外。 ２）洞内设置排水孔：根据现场渗水点，设置临 时排水孔，采用液压钻机钻孔，用ＰＶＣ＋７５管排水。 （２）塌方体两端锚筋桩、系统锚杆施工 在塌方体两端设双排锚筋桩（进口端Ｋ１６６＋ ４３２、Ｋ１６６＋４３４，出口端Ｋ１６６＋４７１、Ｋ１６６＋４７３），锚 ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ ＳＡＦＥＴＹ 建筑盔金２０１５年第１ １期 施＂１－技术 筋桩为３＋３２，Ｌ＝９ ｍ，环向间距１ ｎｌ，梅花形布置。 另Ｋ１６６＋４３０～１６６＋４３５、Ｋ１６６＋４７０～１６６＋４７５段 ３ ｍ，顶拱双排设置，一根打设仰角１Ｏ。，另一根打 设仰角３０。一４５。，管棚环向间距为３０ ｅｍ。 长管棚采用＋１０６ｘ６ ｍｍ热轧无缝钢管，Ｌ＝１５ １ＴＩ， 双排打设角度根据现场情况确定，管棚环向间距为 ６０ ｃｍ，纵向间距１２ ｍ共３排，长管棚采用２根 补打系统锚杆，左侧Ｌ＝６ ｉｎ，右侧Ｌ＝４．５ ｍ，间排距 为１ ＩＴＩ，梅花形布置。 （３）对堆渣体小导管注浆固结 由于塌方体为松散堆积体，并有大量块石，为 ＋２８钢筋加强。 掌子面每４榀工字钢（间距为２．０ ｍ）设置间距 保证清理渣体时的施工安全，对塌方体两端掌子面 堆渣体进行固结灌浆。 采用Ｌ＝３ ｎｌ、＋４２ｘ３．５ ｍｍ小导管注浆，注浆需 注满渣体。在实际施工中，导管尾部封闭，做成尖椎 状以利打人。灌注纯水泥浆，水灰比为１：１－１：０．５。注 浆工程量以现场监理工程师签证为准。 （４）塌方体开挖前回填Ｃ２０混凝土 为２００ ｃｍ、Ｌ＝３ ｍ的注浆小导管。注浆小导管按梅 花形布置，打设后在其中注水泥浆液，水灰比１：１， 注浆压力０．２ ＭＰａ～０．５ ＭＰａ，注浆结束后ｌ０。砂浆充 填，以增强钢管的刚度和强度。 塌方段先开挖上部台阶，对隧道顶拱工字钢 支撑支护，再开挖下部台阶。每次开挖后先喷一层 ５ ｅｍ厚混凝土，在初喷５ｃｍ混凝土后架设钢架，架 在桩号Ｋ１６６＋４３５处堆钢筋笼加模板，沿着堆渣 体预埋两根＋１２６混凝土泵管，较短的一根延伸到隧 道顶拱以上，较长一根延伸到隧道顶拱以上４ ｍ， 同时预埋＋２１９钢管做通气管，保证浇筑混凝土后 空腔内气压和洞气压一致，通气管延伸到隧道顶拱 以上５ ｍ。首先将ＨＢＴ６０混凝土输送泵和前期预 埋＋１２６泵管连接好，采用混凝土搅拌车配合输送 混凝土至隧道塌腔内。 （５）塌方段开挖支护 设完成后应立即挂网即喷射混凝土将其完全覆盖， 钢筋网采用 ６．５＠２００ ｍｍｘ２００ ｍｍ，钢拱架采用 工２０ａ按５０ ｏｍ间距架设，ＡＢ单元连接处设置２根 ＋２５，Ｌ＝６ Ｉ１３锁脚锚杆，ＢＣ单元连接处设置２根 ３＋３２，Ｌ＝９ ｎｌ锁脚锚筋桩，Ｃ单元底脚处设置２根 ＋２５，Ｌ＝６ ｍ锁脚锚杆，拱架间焊接＋２５＠１００ ｅｍ连接 筋；侧墙补打＋２５系统锚杆，左侧Ｌ＝６ ｍ，右侧Ｌ－－－４．５ ｍ，间排距为１ ｍ，梅花形布置，每侧１１根。 施工人员首先对已完成拱架下的塌方石渣进行 清运，然后，按５０ ｅｍ间距往塌方体方向掌子面立钢 塌方段按照“勤观测、短进尺、弱爆破、强支护” 的原则处理。根据变形加固段变形监测数据，分析 判断围岩情况，待稳定后开始塌方段的处理。 塌方段围岩为Ｖ类围岩，开挖时顶拱必须采用 拱架，每立一榀钢拱架，将其与所有钢管焊牢。可保 证施工人员在安全管棚下将拱架一直立到掌子面。 （６）塌方段出渣 超前管棚法施工，长、短管棚结合，先对堆渣体上部 分固结灌浆，再分层开挖，开挖分层图详见图１《梅 冲河隧道塌方段施工布置图》。 短管棚每２榀钢拱架设置一道，纵向间距为 １．０ ｍ，短管棚采用＋４２ｘ３．５ ｍｍ热轧无缝钢管， ＝ 根据现场开挖情况，采用挖掘机和自卸汽车及 时清理渣体，保证隧道内道路通畅。 （７）塌方段二衬混凝土施工 １）衬砌顺序 图１ 梅冲河隧道塌方段施工布置图 ２３ ｃＯｎＳＴＲＵＣＴＩＯｎ ＳＡＦＥＴＹ 建筑盔金２０１５年第１ １期 施工技术 塌方段完成钢拱架加固处理后，先进行底板混 凝土浇筑后，立模进行边墙混凝土衬砌，再进行拱 顶结构混凝土衬砌，待结构混凝土达到一定强度后 再进行回填固结灌浆。 ２）模板制作和加固 边墙衬砌混凝土采用散装钢模板加脚手架管 加固支撑，顶拱采用钢模台车浇筑施工。 ３）混凝土施工 塌方段混凝土衬砌长度约为３５ ｍ，塌方处理 完成后，先进行底板仰拱混凝土施工，完成底板混 凝土后进行侧墙混凝土浇筑，再进行顶拱混凝土的 施工；混凝土根据实际情况分仓浇筑，混凝土浇筑 可交叉进行，采用泵送人仓。 衬砌混凝土施工完成到达设计强度后，对顶拱 部位衬砌混凝土进行钻孔检查，根据检查结果判断 是否需要对顶拱部位混凝土进行固结灌浆加固。 （８）隧道的二衬混凝土完成后进行塌腔内回填 Ｍ２０砂浆 在二衬混凝土浇筑前预埋＋１２６混凝土泵管（ ＝ １．８ ｍ），纵向间距为２．０ ＩＴＩ，待二衬混凝土达到设计 强度后，接好ＨＢＴ６０混凝土输送泵和预埋的＋１２６ 泵管，采用混凝土搅拌车配合输送砂浆至隧道塌腔 内。回填砂浆至隧道顶以上２ ｍ，由于塌方体结构不 规则，工程量以现场监理工程师签证为准。 塌方段腔内回填砂浆详见图１《梅冲河隧道塌 方段施工布置图》。 （９）塌方段固结灌浆 考虑此段钢筋网加密后不便于钻孔，可在二衬 混凝土浇筑前预埋灌浆管，待混凝土达到设计强度 后，通过预埋灌浆管对回填砂浆进行固结灌浆；为 有效固结塌方段，可根据实际情况从洞顶上方钻孔 对塌方段的围岩进行固结灌浆以达到更为理想的 加固效果。 （１０）向塌腔内吹砂 原预埋＋２１９通气管高出回填混凝土面２ Ｉｌｌ， 待二衬及回填混凝土浇筑完成之后，通过通气管在 混凝土面层吹铺一层１．５ ｍ厚细砂作缓冲层和透 水层。 （１１）隧道监控量测 梅冲河隧道至开工以来，每隔５０ ｍ布置一组 观测点（一组三个点，顶拱加左右侧墙），对顶拱下 沉及周边位移收敛进行监测。现因梅冲河隧道发生 坍塌及洞室围岩位移变化较大，进行了加密观测， 在Ｋ１６６＋３５０～Ｋ１６６＋４２０变形段每隔５ ｍ布设一组 观测点，保证每天观测一次。 梅冲河隧道现有１２组观测点，我部测量队每 天观测一次，每天采集回的数据，及时输入计算机 进行初步分析处理，绘制各量值与时间、空间的关 系曲线，如发现有异常的观测数据及时汇报相关部 门负责人。 （１２）主要工程量 梅冲河隧道塌方段处理施工主要工程量表 序号 项目名称 单位 数量 备注 １ 回填Ｃ２０混凝土 ｍ３ １２５０ 塌腔 ２ 回填Ｍ２０砂浆 ｍ３ １３００ ３ 素喷Ｃ２０ｆ￣凝土（厚０．３ ｍ） ｍ３ １３Ｏ ４ 钢筋笼（２ ｍＸ１ ｍＸｌ ｍ） 个 ２０ ５ 细砂（厚１．５ ｍ） ｍ３ ６００ ６ ＋２１９钢管 ｍ ３０ ７ ＋１２６ｆ￣凝土泵管 ｍ ５４８ ８ Ｉ ２０ａ钢拱架 ｔ ５１．６３ ９ 接头板、垫板 ｔ ５．３ １０ ＋２５锁脚锚杆（Ｌ＝６ ｎ１） ｍ ３３６０ １１ ２５系统锚杆（Ｌ＝６ ｒｌ１） ｍ ２９３４ １２ ２５系统锚杆（Ｌ＝４．５ ｍ） ｍ ２２００ １３ ３￣ｂ３２锚筋桩（Ｌ＝９ ｍ） ｍ ２９８８ １４ ６２５连接筋 ｔ ３．４ １５ ￣ｂ４２ｘ３．５ （Ｌｎ埘短管棚钢管 ＝３ ｍ） ｍ １１９７０ １６ ｑｂ４２ｘ３．５ （Ｌｍｍ掌子面钢管 ＝３ ｍ） ｍ １３５０ １７ ￣ｂｌＯ８ｘ６ （ ｍｍ长管棚钢管 ＝１５ ｍ） ｍ １８００ １８ 固结灌浆（水泥） ｔ ４０００ １９ 渣体注浆（水泥） ｔ ２０００ ２０ 石方开挖 ｍ３ ３５１１ 光面 爆破 ２１ Ｃ２５模筑混凝土 ｍ３ ９０３ ２２ Ｃ２０喷射混凝土 １１１３ ２１８ ２３ 钢筋网 ２３９８ ２４ 无纺土工布 ｉｎ２ ８９６ ２５ 防水卷材 ｍ２ ８９６ ２６ Ｃ３５混凝土路面 ｍ３ ６１ ２７ Ｃ１５片石混凝土 ｍ３ １３６ 垫层 ２８ 二衬钢筋（Ａ１０、Ｂ１４、Ｂ２２） ｋｇ ５３４１１