Analysis on Causes and Treatment Schemes of Collapse of Strongly Weathered Thousand Slate Tunnel
张辉 ZHANG Hui
（中铁十四局集团第三工程有限公司，济南 250000）
（The No.3 Engineering Co.，Ltd. of China Railway 14th Bureau Group Corporation，Ji'nan 250000，China）
摘要：随着高速公路的不断发展和里程的大幅度增长，公路隧道的地位日显重要。隧道作为高等级公路快速发展中不可或缺的地下工程，承担着较大的交通运输任务。隧道施工中，受各种因素影响，围岩坍塌较为常见，严重影响施工安全和质量。本文以都九高速公路官洞隧道坍塌事件为背景，介绍隧道塌方所采取处理方案以及陶粒混凝土在塌方处理中的应用，为类似围岩破碎、地质复杂隧道施工提供借鉴。
Abstract: With the continuous development of expressways and the significant increase in mileage, the status of highway tunnels has become increasingly important. As an indispensable underground project in the rapid development of high-grade highways, tunnels undertake large transportation tasks. During tunnel construction, affected by various factors, surrounding rock collapse is very common, which seriously affects construction safety and quality. Based on the collapse of the Guandong Tunnel of Dujiu Expressway, this paper introduces the treatment plan adopted by the tunnel landslide and the application of ceramsite concrete in the landslide treatment, which provides reference for the construction of similar rock fragmentation and geological complex tunnel construction.
关键词：千枚状板岩；隧道；塌方原因；处理方案
Key words: thousand slate；tunnel；cause of landslide；treatment plan
中图分类号：U458.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）01-0114-03
1 工程概况
官洞隧道为都昌连接线上的混合交通隧道，有四个乡镇的交通出行，人车交通繁忙，设计为一单洞双向行驶的隧道，其起止桩号为AK13+140～AK13+440，隧道全长310m。属于公路短隧道，隧道洞轴线走向大致为西至东走向，隧道平面均位于R右=1800m圆曲线上；隧道建筑限界净宽13m，净高5m。内轮廓面积106.29m2。毛洞最大开挖跨径为15.42m。
隧址位于第系中更新统残坡积岩层和中元古界双桥山群区域，组成地层为双桥山群板岩、千枚状板岩，产状发育，节理交错复杂，隧道区千枚状板岩揉皱强烈，裂隙、节理、板理发育，岩体较破碎。
隧道施工至AK13+351处时，由于地质原因，发生了顶部坍塌，塌方部位处围岩差，被层状和多组节理分割而形成碎块状镶嵌结构，岩体较破碎，节理多为张开节理，节理裂隙间层面光滑。呈中薄层结构或块状镶嵌结构，层间无粘结力、松散破碎。
2 塌方情况与应急处理
官洞隧道施工至AK13+351处（该处埋深约43m），掘进后出现一较大滑层，隧道右侧拱腰及拱顶多处出现掉块现象，至2时左右掉块情况加剧， 2015年9月5日3时30分，在无明显征兆的情况下突然塌方。塌方段为AK AK13+351.2-AK13+348.2，塌腔大致呈倒漏斗型，表现为上下窄而中间宽，腔壁岩体光滑，未见裂隙水渗出。塌腔最高处约12m，纵向最长约8m，底部纵向长约3m、横向宽约8m，塌腔体约300m3。塌方段褶皱强烈，裂隙发育，塌落围岩为全风化板岩，呈灰黄色，岩体较破碎，呈中薄层结构或块状镶嵌结构，层间无粘结力、松散破碎。
出现征兆及塌方后，立即启动了应急抢险预案。在塌方地表区周边设置警戒线，派专人职守；并进行地表沉降观测。对临近塌方体的初期支护采用临时斜撑加固；在坍塌影响范围内洞内及地表增设监测点，加密监测频率，并随后对坍塌段地下空洞与基岩破碎情况和相关地质构造特征进行了观察。现场施工专职安全员巡视发现围岩有变化，急时通知现场施工人员撤离，没有造成人员伤亡。
3 塌方原因分析
隧道区地质构造属于晋宁褶皱基底，区地层主要为中元古界双桥山群板岩组成。为一个复式背斜、一个复式向斜，同一层位中地层产状时常出现相背或相向变化，倾角陡，受后期构造叠加改造强烈。受其影响，隧道区千枚状板岩揉皱强烈，裂隙、节理、板理发育，岩体较破碎。千枚状板岩属于岩质软弱围岩，其岩体完整性差、节理面多、自稳差、易坍塌。
根据地质资料及施工开挖情况分析，该段洞身范围内围岩为中风化千枚状板岩，青灰色，薄层状结构，岩层陡立，板理密集，裂隙较发育，结构面较紊乱，多呈微张状，层间粘结力较差，围岩稳定性较弱。受到爆破震动，出渣时右侧拱腰部分岩体沿光滑结构面滑塌，继而向掌子面及拱顶发展，最后形成塌腔。
4 塌方处理原则
塌方处理遵循“及时检测、加强处理、稳固塌体、填充塌腔、注浆加固、谨慎通过”的总体原则。
①安全施工原则。确保施工期间施工人员安全，避免二次事故的发生，遵循“加强为主、确保安全”的施工安全原则。
②质量保证措施。按照“施工到位，不留隐患”的质量原则确定施工参数，把控施工质量。既要保证安全也要确保后期运行使用的可靠性。
5 塌方处理方案
根据现场塌方的实际情况和隧道所处围岩的层位，经过分析判断，认为本次塌方属围岩层间移动滑落性的塌方。该段地质的特殊性造成塌方稳定性差，可能会引起连锁反应，危及到已开挖支护的洞身段。为此，决定采用先加固后方已施作初支段，再处理塌方段，后加强支护掌子面前方5m过渡段的顺序，分阶段处理此次塌方。施工中必须切实加强塌腔、掌子面、后方已完初支及地表的监测，在确保稳定的前提下施工。分段处理的长度为14m（后方加固段6m，塌方段3m，过渡段5m）。
5.1 已完初期支护段加固方案
通过观察及量测，该段右侧拱顶局部喷射的混凝土有开裂但拱顶并未倾限，考虑到塌方处理及注浆施工，后期洞顶荷载较大，初期支护有必要进行相应加强。因此对未塌方区向大里程方向延伸6m已完初期支护段进行加强处理，对该段采用加设?准42mm小导管径向注浆并设置临时钢支撑加固处理。导管长度为4.5m，环向间距50cm，纵向间距75cm，呈梅花形布设。注浆采用由下后上，先里后外，即先对塌空区边缘注浆，然后逐步退后至已施工段注浆。此方法可以使注浆范围内形成固结的注浆层，让松散破碎岩体产生胶结，固结受塌方影响产生的松动体，防止塌方的继续扩展。采用I16钢拱架进行临时加固，钢拱架与原初期支护钢拱架紧贴并，每榀纵向间距75cm，钢拱架间用环间50cmm的Φ25mm纵向钢筋连接，形成钢格棚架。
5.2 塌腔段处理
5.2.1 施工平台准备
彻底清除塌落体坡脚处的泥土，回填弃碴和洞内已塌方土体采用机械进行压实并加固，塌方体面施作12cm厚C20喷射混凝土。为后序施工提供安全稳定的操作平台。压实后的土体可分成2～3个台阶，最上面的台阶距离拱顶高度为2m左右，为以后施工的提供工作平台，各台阶长度控制在4m左右，台阶与台阶之间采用放坡处理，台阶高度可根据现场实际情况进行确定，在施工平台的施工中要保证土体被压实，确保以后的工作面安全可靠。
5.2.2 初期支护加强处理
通过监测，确保塌腔稳定的前提下，采用三台阶方式在目前的工作面上架设I22b工字钢支撑直至掌子面，第一榀工字钢紧贴已施作的I16工字钢，钢支撑纵向间距为35cm，相邻工字钢采用双排?准25螺纹钢连接，其环向间距为50cm，锁脚及系统锚杆加强支护；工字钢顶部设置双层?准6钢筋网，底部设单层钢筋网。在钢支撑之间预留?准125钢管（2根/环），以便分次分层向塌腔泵送填充材料（预留钢管长度暂定为2m、5m、8m、10m，根据塌腔高度调整），另外预留2根?准42钢管作为通气口。
5.2.3 塌腔回填
待钢支撑架设稳固初期支护施工后，先进行一层喷射砼施工，形成喷射砼护拱，再利用预留2m长的钢管向塌腔泵送C25混凝土，形成厚度1-2m的混凝土拱圈保护支撑层。混凝土拱圈形成后，在每榀工字钢中间采用伞形临时支撑对其加固，其后再利用预留的其它钢管泵送LC25轻质混凝土对塌腔分层回填，直至腔体完全填充。以保证岩面与初期支护之间密实。此次塌方处理采用了轻质混凝土，发挥了其重要的特点，也体现了其优点：性能优良（隔热保温、耐火、抗震、耐久抗冻、抗渗）、经济效益好、节能效果显著、施工适应性强。在隧道塌腔填充中更是体现了其质量轻的最大特点，减轻了初期支护拱顶的荷载和负重。
5.3 过渡段施工
塌腔处理完后，掌子面前方5m作为过渡段进行支护，采用三台阶法的方式进行施工，超前支护采用?准42注浆小导管，环向间距0.5m，长度4.5m。初支钢拱架采用I22工字钢，纵向间距40cm，钢拱架间采用环向间距1m的Φ25mm纵向钢筋连接，并设置网格间距为20cm×20cm的Φ8双层钢筋网片；系统锚杆采用4m长的Φ25砂浆锚杆，环向间距1m，纵向间距50cm，梅花形布置，端部与钢拱架焊接成整体。二次衬砌采用C30防水砼，厚60cm，环向主筋采用Φ25mm钢筋，钢筋间距20cm。
6 监控量测
施工中要认真的做好隧道监控量测工作，尤其是对拱顶下沉、周边收敛量测项目应该放在监控量测的重点。加强围岩与支护动态的观察、监测，以有效控制围岩变形。通过对监测数据的整理、分析，才能对隧道围岩变化情况及支护体系进行判断和预测，以便采取有效措施，确保施工安全。本次塌方处理完毕后，在拱顶、布设了左、中、右三个测点，拱腰处左右分别布设了一个测点进行监测，拱顶下沉最大下沉量为19.5mm，相对变形量为1.65%；周边位移最大值为28.56mm，相对变形量为0.21%，均在允许范围内，显示效果明显，确保了施工安全和质量。说明所采取的塌方处理措施得当，达到了预期的效果，本次隧道塌方的处理方案是可靠的。
7 结束语
塌方是隧道施工中易发的、较典型事故，隧道坍塌也是最容易造成施工安全事故的主要原因。是由多种因素共同作用的结果，其中地质因素往往起决定性作用，对坍塌的处理更是一种高风险作业。隧道塌方处理要根据坍塌的具体情况、围岩的稳定情况，采取经济、合理的措施；塌方处理过程中要严格观测，及时采取措施、调整方案；只有方案正确、方法恰当、组织严密、结合处理经验才能顺利完成。
参考文献：
[1]李伟平.公路隧道穿越软弱围岩的变形与控制方法[J].现代隧道技术，2009，46（2）：44-49.
[2]李清龙，邓辉，杨秀程.缓倾岩层隧道塌方机理及围岩稳定性分析[J].铁道建筑技术，2015（2）：47-50.
[3]陈良兵.大跨度软弱围岩隧道塌方处治施工技术[J].铁道建筑技术，2016（7）：29-32.
[4]卢义玉，等.锚喷支护及小导管注浆在隧道塌方段中的应用[J].重庆大学学报，2009，32（5）：572-576.
[5]冯卫星.栾显国.孙茂明.朱家垭隧道坍方处理施工方案[J].现代隧道技术，2006，43（2）：59-62.
[6]中华人民共和国行业编写组.岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范：GB50086-2015[S].北京：中国计划出版社，2014：9-12.
[7] 关宝树编著，隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.
[8]中华人民共和国行业编写组.公路隧道施工技术规范：JTG F60-2009[S].北京：人民交通出版社，2009.
[9]曾蔚.张民庆等.宜万铁路隧道变形侵限原因分析与治理[J].铁道工程学报，2008（3）：42-49. |
