Ｎｏ．１１，２Ｏ１ｌ 现代商贸工业 Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１１年第１１期 片岩地区隧道塌方原因分析及处理 戈守云 李尚斌 （１．湖北谷竹高速公路建设指挥部，湖北十堰４４２１００；２．武汉公路管理处，湖北武汉４３００１５） 摘 要：以某高速公路白鹤隧道施工为例，针对白鹤隧道ＹＫ９２＋８１８～ＹＫ９２＋８２５段的塌方事故，分析了片岩地区隧 道塌方发生的原因，提出了相应的应急处理措施，确定了设置临时支撑进行加强初期支护和浇筑混凝土护拱通过塌方的综 合处理方案。同时，通过工程实践对该综合处理方案处理效果进行了评价，证明了该方案的可行性。 关键词：片岩地区；隧道；塌方；原因分析；处理 中图分类号：ＴＵ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—３１９８（２０１１）１１－０２６５—０２ 随着国家对基础建设投资的不断增加，我国高速公路 变晶结构，片状构造，主要矿物成分为石英、云母，裂隙发育。 建设得到了迅猛发展，公路隧道的建设量也越来越大。在 隧道口浅埋段，由于分布有第四系覆盖层且基岩风化 我国西南部地区，片岩是隧道施工中遇到的主要围岩类型， 裂隙发育，地下水补给条件较好，受降水影响存在滴水、渗 塌方也是隧道施工中最常见的事故，因此，对片岩地区隧道 水及股状水现象。隧道出口段为小净距，左、右线间距约１８ 塌方原因分析及处理的研究是很有必要的。 米，纵坡１．９ 。出口右洞设计Ｖ级围岩６４ｍ，里程桩号为 Ｋ９２＋８４０～Ｋ９２＋９０４，１Ｙ级围岩２６５ｍ，设计里程为Ｋ９２＋ １ 白鹤隧道概况 白鹤隧道为一座上、下行分离的四车道高速公路长隧 ５７５～Ｋ９２＋８４０。道。隧道左线长２０６３ｍ，右线长２００９ｍ，设计时速为８０ｋｉｎ／ ２主要设计参数 ｈ，净宽１０．２５ｍ，净高５．Ｏｍ。隧址区地貌单元属构造剥蚀 隧道采用新奥法设计施工，洞口段采用套拱和大管棚 低山区，大地构造上位于南秦岭构造带内，主要出露元古界 超前支护，洞身段初期支护采用锚喷和钢支撑支护，二次衬 武当群（Ｐｔ２ｗｂ）片岩，片理产状３４２。 ３８。，节理裂隙较发 砌采用钢筋混凝土或素混凝土衬砌。隧道主要支护参数以 育。隧道最大埋深１２５．７米，最小埋深２５ｍ。 工程类比为主，并通过计算分析进行校核，在施工中还需通 隧址区出露、揭露的地层主要为第四系全新统残坡积 过现场量测分析调整设计参数，实现动态设计。隧道复合 （Ｑ４ｅｌ＋ｄ１）粉质粘土及元古界武当群（Ｐｔ２Ｗｂ）片岩，片岩呈 式衬砌支护参数见下表 隧道复合式衬砌支护主要设计参数 项目 ＸＸＳＳａ ＸＸＳ５ｂ 衬砌支护系统参数 ＸＸＳ４ａ ＸＸＳ４ｂ ＸＳ５ａ 超前支护 ￣５１０８×６４２×３．５ｍｍ小导 ２２锚杆，长３．５ｍ， ＱＺ２锚杆，长４．Ｏｍ， ａｍ大管棚 管ｒ￣ｂ１０８×６ｒａｍ大管棚 环向４０ｃｍ 环向４０ｃｍ 环向４０ｃｍ ，喷射混凝土 Ｃ２０，厚２６ｃｍ Ｃ２０，厚２４ｃｍ Ｃ２Ｏ，厚２２ｃｍ Ｃ２０，厚２０ｃｍ Ｃ２０，厚２６ｃｍ 内侧：中２２药卷锚杆， 内侧：中２２药卷锚杆， 内侧：中２２药卷锚杆， 内侧：中２２药卷锚杆， 内侧： ２２药卷锚杆， Ｌ＝６．Ｏｍ纵环间距 Ｌ一６．Ｏｍ纵环间距 Ｌ一５．Ｏｍ纵环间距 Ｌ一４．５ｍ纵环间距 Ｌ＝６．Ｏｍ纵环间距 锚杆 ５０×１２０ｃｍ￣外侧： ５０×１２０ｃｍ￣外侧： ８０×１２０ｃｍ；外侧： １００×１２０ｃｍ；外侧： ６Ｏ×１２０ｃｍ；外侧： 中２２药卷锚杆Ｌ一３． ２２药卷锚杆Ｌ＝３． 中２２药卷锚杆Ｌ一３． 中２２药卷锚杆Ｌ＝３． 西２ｚ药卷锚杆Ｌ一３． ５ｍ。（纵）５０×１２０ ５ｍ，（纵）５０×１２０ Ｏｍ，（纵）８０×１２０ Ｏｍ，（纵）１００×１２０ ５ｍ，（纵）６０×１２０ （环） （环） （环） （环） （环） 钢筋网 钢架 ８钢筋网２０×２０ｃｍ ８钢筋网２０×２０ｃｍ ∞８钢筋网２５×２５ｃｍ 钢筋网２５×２５ｃｍ ∞８钢筋网２Ｏ×２０ｃｍ 双层 双层 单层 单层 双层 Ｉ ２０ｂ工字钢间距 Ｉ １８工字钢间距 Ｉ １６工字钢间距 ￣／，２２格栅钢拱架间距 Ｉ ２０ｂ工字钢间距 ５０ｃｍ（全封闭） ５０ｃｍ ８０ｃｍ １ＯＯｃｍ ６０ｃｍ（全封闭） 、二次衬砌 拱部、仰拱５０ｃｍ（钢 拱部、仰拱４５ｃｍ（钢 拱部筋） 筋） 仰拱４５ｃｍ 拱部、仰拱４０ｃｍ 拱部、仰拱５０ｃｍ（钢 筋） ３ 隧道ＹＫ９２＋８１８～ＹＫ９２＋８２５塌方及应急处理 ２０１１年１月２Ｏ日，隧道出口右洞上半断面施工至Ｋ９２ ＋８２５掌子面时（设计为ＸＸＳ４ｂ），围岩破碎，节理发育，岩 掌子面右上方出现多处股状水，总流量约４Ｌ／ｓ，随之掌子 面出现垮塌，并将掌子面处的１榀工字钢、小导管全部砸 坏，此处埋深约４３ｍ。 层间为泥质软弱夹层，并有少量渗水现象。２０１１年１月２２ 日，当施工至Ｋ９２＋８２３掌子面时，围岩更加破碎，节理发 育，岩层间为泥质充填物，有掉块现象。经现场研究，形成 如下初步处理方案： （１）将原设计格栅钢架改为Ｉ１８工字钢，间距由设计的 ｌＯＯｃｍ调整为８０ｃｍ。 （２）将原设计超前锚杆改为ｃｐ４２×３．５ｒａｍ超前小导 出现塌方后，经与有关部门联系，采取如下应急方案： （１）将掌子面处所有人员、机械、设备撤离至安全地带。 （２）ＹＫ９２＋８２５～ＹＫ９２＋８３５段在两榀格栅钢架之间 加设一榀Ｉ１８工字钢环形临时支撑，从内向外共设置５榀， 间距１．Ｏｍ。 （３）新设置的环形临时支撑采用 ４２×３．５ｍｍ注浆小 导管进行锁脚固定，然后采用环向间距ｌ＿Ｏｍ的纵向连接 筋连接。 （４）对新支护的工字钢与原有支护不能密贴部分采用 一管，环向间距为４０ｃｍ，长４．Ｏｍ，１２０。范围内布设。 ２Ｏｌ１年１月２５日，当施工至Ｋ９２＋８１８掌子面时，在 ２６５— Ｎｏ．１１，２０１１ 现代商贸工业 Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１１年第ｌ１期 喷射混凝土补喷密实。 ２０１１年１月２６日再次出现垮塌，致使从掌子面向外另 外３榀工字钢严重变形，２榀工字钢局部变形，１榀格栅钢 架局部变形。２０１１年１月２７日，塌方再次扩大至临时支护 处，原变形的拱架全部被砸断，并将３榀格栅钢架砸毁，塌 方体延伸至临时支护第一榀工字钢处，第一榀临时支撑钢 拱架已经明显变形，塌方体将整个掌子面几乎封闭。 经塌方稳定后观察，塌方段塌方体堆积高度２～３ｍ左 右。塌腔高度７～８ｍ，且向左洞方向发展约５～６ｍ，约在 Ｋ９２＋８２５处塌腔几乎呈竖直状，岩体相对稳定。 一＿ ５．４（４）依次再施工一组工字钢支撑。施工第二组工字钢 时，在工字钢中腹部预留小导管工作孔，待工字钢就位后按 照环向间距４０ｃｍ，１２０。范围内打设单根长４ｍ的Ｑ４２×３． ５ｍｍ小导管并注浆，依次通过塌方段。 （５）塌腔内按梅花型２．０～３．０ｍ间距布设长度不小于 １．５ｍ的￣０１２５ｍｍ泵送混凝土管道。 （６）在塌腔体上方泵送厚度不小于ｌｍ的Ｃ２５混凝土 形成护拱，在砼强度未达到５Ｍｐａ前不得开挖施工。再向 拱顶送入轻质缓冲材料（如沙或锯末等）厚度不小于ｌｍ。 ５．３支护参数的调整 （１）二衬结构调整：ＹＫ９２＋８２５～ＹＫ９２＋８３５段按照 ＸＸＳ４ａ参数施工，ＹＫ９２＋８１８～ＹＫ９２＋８２５段按照ＸＸＳ５ａ 参数施工。 （２）ＹＫ９２＋８Ｏ８～ＹＫ９２＋８１８段按照ＸＳ５ｂ参数施工， 取消仰拱初期支护。 ’ 注意事项 掌子面透水 塌方体破碎 （１）该段开挖均采用三台阶留核心土法开挖，尽量减少 圈１掌子面透水 ４原因分析 通过分析，导致本次塌方的原因主要有地质原因和施 工原因两个方面。 ４．１地质原因 （１）现场地质情况与设计不符。设计围岩级别为 ＸＸＳ４ｂ，而根据实际地质情况判断为ＸＸＳ５ｂ。初期支护偏 弱，不能承担围岩压力，导致隧道塌方。 （２）围岩存在破碎带和软弱夹层，致使围岩自稳性很 差，也是导致隧道塌方的原因。 （３）多次连续降雨是导致隧道塌方的诱因。 （４）层状片岩具有一组平行结构面，且岩层走向垂直于 隧道前进方向。该结构面的结合程度较差，云母含量较重， 结构面遇水软化，降低了力学指标，致使围岩整体性降低， 围岩发生层阊错动而导致隧道塌方。 ４．２施工原因 （１）爆破工艺控制较差，用药量大，没有实施弱爆破和 光面爆破，导致超挖严重，围岩受损。 （２）洞内排水不畅，围岩遇水变软，自稳性显著下降。 （３）拱部工字钢置于下台阶的岩石上，而下台阶岩石遇 水变软，强度变低，无法支撑拱部围岩压力，导致拱顶下沉。 （４）仰拱未及时封闭，二衬未及时跟进，导致围岩变形 不能稳定。 ５综合处理方案 ５．１处理前的准备 （１）加固临时支撑。对ＹＫ９２＋８２５～ＹＫ９２＋８３５段 Ｉ１８工字钢临时环形支撑，通过加强连接、补喷混凝土、增设 竖向支撑进行加固。 （２）加快仰拱封闭和二衬施工速度。在下断面开挖时， 采用跳槽落底施工，并及时闭合成环。每次开槽宽度宜为 ２ｍ（两榀钢支撑距离）。二衬施工至ＹＫ９２＋８２８处。 ５．２塌方段处理 （１）渣堆表面采用１０ｃｍ厚喷射混凝土封闭。 （２）Ｋ９２＋８２５～Ｋ９２＋８１８段施工时，边墙、拱部采用 Ｉ ２０ｂ工字钢，间距０．６ｍ。并采用超前双层￣ｐ４２＊３．５ｍｍ 的注浆小导管进行围岩加固和封水，单根长度４．０ｍ、环向 间距４０ｃｍ，１２０。范围内布设。 （３）拱部工字钢采用２榀一组进行安装。将２榀Ｉ２０ｂ 工字钢用钢筋连成整体，并在工字钢内、外侧各挂设一层 ８钢筋网，在钢筋网外侧挂胶合板，用挖掘机配合人工安 装就位，分层喷射混凝土。 －－——２６６－－—— 爆破。开挖施工完毕后尽快施工仰拱、二衬。 （２）左洞在施工至本段时要采取弱爆破方式通过，尽量 减少施工对本段的扰动。 （３）加强监控量测及超前地质预报工作。 ６处理效果评价 （１）在对ＹＫ９２＋８２５～ＹＫ９２＋８３５段采用工字钢临时 环形支撑并加固后，在塌方处理过程中，通过监控量测数据 来看，拱顶下沉与周边收敛几乎为零，说明通过加设临时环 形支撑后，初期支护抵抗住了隧道围岩的压力。 （２）通过双层注浆小导管与设置护拱通过塌方段，既加 固了围岩，封住了裂隙水，提高了围岩的自稳性，又保证了 施工人员的安全。在施工过程中，未发现另外的坍塌与护 拱的变形，说明该方案可行。 （３）通过加强ＹＫ９２＋８０８～ＹＫ９２＋８１８段的初支参 数，配合三台阶留核心土法开挖，未出现围岩坍塌与变形， 说明该方案可行。 （４）目前，该塌方段二衬混凝土已施工完成，未发现有 开裂等病害，说明二衬结构的调整可行。 ７ 结语 （１）隧道塌方的原因多种多样，但地质因素是决定性 的。在隧道施工过程中，必须建立设计一施工检验一地质 预测一量测反馈一修正设计的一体化施工管理体系，以不 断地提高和完善隧道施工技术。 （２）塌方的处理必须建立在对塌方正确认识的基础上， 一般的处理原则是先巩固后方，防止塌方扩大，然后以安全 的后方为依托再向前进行处理。 （３）采用浇筑混凝土护拱并配合小导管注浆来通过塌 方段的方法，是一个比较方便、安全、可行的方法。 （４）在软弱围岩地段开挖施工中，应严格遵循“短进尺、 弱爆破、早支护、勤量测”的指导方针。实践证明，紧支护并 及时初喷至关重要，因为软弱围岩中几个小石块的松动，很 可能会造成更大范围的松动，且隧道开挖后围岩暴露时间 过长，容易产生风化和降低围岩的自稳性。 （５）在自稳性差且强度较弱的片岩地区，隧道上断面开 挖但初支还未闭合成环的时候，适当的设置一些临时支撑 很有必要。往往有些隧道还未来得及封闭成环，围岩就已 经发生了大变形，甚至导致塌方。 参考文献 ［１］湖北省交通规划设计院［Ｊ］．谷城至竹溪高速公路施工图设计文 件（第Ｔ．１４册），２０１０，（２）． ［２］关宝树．隧道工程施工要点集［Ｍ］．北京：人民交通出版社．２００３．
