隧道局部塌方处理方案

不良地质隧道施工技术

第一部分：工程概况

我处担负株六复线新茨冲隧道、新猴儿关隧道两座隧道的施工任务。新茨冲隧道全长3680ｍ，新猴儿关隧道全长1480m，为单线电化铁路隧道。两座隧道地质条件复杂，洞身岩层主要为石炭系马坪群（C3mp）灰岩夹泥灰岩、页岩，二叠系下统梁山组（P1l）石英砂岩、泥质砂岩、页岩夹煤线。灰岩中溶沟、溶槽、溶洞、溶孔等岩溶形态发育。工点位于黔西山字型构造前弧西翼外侧，构造作用强烈，褶皱断层发育，线路左侧发育有五条区域性大断裂，岩体中构造节理、裂隙很发育，地下裂隙水丰富。新茨冲隧道进口、新猴儿关隧道出口正处于危岩落石区，地势陡峻，基岩裸露，局部倒悬，多次发生崩塌落石，隧道洞身偏压。隧道Ⅱ、Ⅲ类围岩947m，开挖时共遇到溶洞6处，施工难度很大，施工中共发生大小坍方3次，其中，99年元月1日长16m冒顶大坍方为最大的一次，共清理坍体144余方，处理了3个月才通过。

第二部分：施工方法

一.隧道开挖后的力学行为和支护结构的组成、作用、类型。

1.隧道开挖后的力学行为：

隧道开挖后将引起一定范围内的围岩应力重分布，和局部地壳残余应力的释放（第一阶段），在重新分布的应力作用下，一定范围内的围岩产生位移，形成松弛，与此同时，也会使围岩的物理力学性质恶化（第二阶段），在这种条件下，坑道围岩将在薄弱处产生局部破坏（第三阶段），最后，在局部破坏的基础上，造成整个坑道的崩塌（第四阶段）。在坑道开挖以前，岩体处于初始应力状态，即一次应力状态；坑道开挖后由于应力重新分布，坑道围岩处于二次应力状态，如果二次应力状态满足坑道稳定的要求，则可不加任何支护，坑道即可自稳。如果坑道不能自稳，就须施加支护措施加以控制，促使其稳定，这就是三次应力状态，这种状态与支护结构的类型、方法以及施工时间等有关，三次应力状态满足稳定要求后，就会形成一个稳定的洞室结构，这样，这个力学过程才告结束。影响二次应力状态的因素主要有：围岩的初应力状态，岩体的构造因素（结构面、岩块组合形态等），坑道形状和尺寸，埋深，坑道的开挖形式（爆破、非爆破）和开挖方法（全断面开挖、分部开挖等）。如果围岩类别较低，岩体完整性较差，在开挖后，二次应力状态不能稳定，围岩就会逐渐变化直至整个坑道的破坏，为

了控制岩体变形的发展，就必须采取施工支护措施。有的情况下，开挖后没有进行施工支护的时间，坑道围岩就会失去稳定，因此就需要在坑道开挖前对围岩采取加固支护，即超前支护，以保证开挖后围岩有一定的自稳时间完成施工支护作业。

2.支护结构的组成、作用、类型：

一个完整的支护体系是由周围岩体和支护结构组成的。岩体既是承载结构的重要组成部分，也是构成承载结构的基本建筑材料，它既是承受一定荷载的结构体，又是造成荷载的主要来源，具有荷载、材料、承载单元三位一体的特征。在通常情况下，岩体是主要的承载单元，而支护结构是辅助性的。在某些特殊情况下，比如地质条件极差，岩体自稳能力很差，或没有自稳能力时，支护结构是主要承载单元，坑道围岩的三次应力状态，充分说明了这一点。

支护结构的基本作用：保持隧道断面的使用净空；防止岩体质量进一步恶化；承受可能出现的各种荷载；使隧道支护体系有足够的安全度。

支护结构的类型：根据材料和系统可分为木支撑，钢支撑，锚杆，金属网，喷射混凝土，模筑混凝土及几种形式联合在一起的组合支护。

木支撑：木支撑大多数采用立柱或支架形式，在过去长时间内曾是开挖支撑的主要手段，其优点是制做方便，重量轻，但是木支撑耐久性差，强度低，在多数情况下需要拆除，这种拆除或顶替已承载支撑的作业，会造成围岩过度松弛及应力的第二次分配。另外，木支撑断面尺寸大，占用隧道空间多，且成本高，目前，除局部坍方处理外，木支撑已很少采用。

钢支撑：钢支撑可以迅速架设并有足够的阻力，且无须顶替，可以灌注在混凝土内，作为永久衬砌的一部分，与围岩接触条件也比木支撑好。钢支撑一般采用型钢、旧钢轨等采用车间加工，以螺栓、垫板联接。两排钢支撑之间，为使其互相牢固联系成整体，保证能充分承受隧道轴向力及爆破引起的震动，在纵向设联系螺栓和纵向支撑。目前钢支撑大多数用钢筋加工，即格栅支撑。格栅支撑以重量轻，便于架设、装配，与喷射混凝土和围岩的联系条件好，柔性大等特点而广泛使用。

锚杆支护：锚杆支护是隧道支护技术的一大进展，其作用原理是利用围岩自身强度来支撑围岩，从内部提高岩体本身的承载能力，它与外部支护围岩的钢支撑不同，属内部支护。其主要作用有三点：悬吊作用，组合梁作用，加固作用。锚杆支护多数不是面接触，而是点状的。但它比较迅速，还可施加预应力，这种方法适应多变的地质条件，且锚杆支护不占用空间。锚杆分为端部锚固式、全面胶结式及并用式三类，隧道施工中常用全长粘结型砂浆钢筋锚杆，近年来一些新型锚杆材料如集钻、注、锚于一体的GM锚杆，WTD锚杆等得到了广泛推广应用。

喷射混凝土：喷射混凝土以其对岩体条件和坑道形状的很强适应性和可在开挖后迅速施喷的特点而成为一种广泛应用的施工支护手段。隧道开挖后，在围岩上立即喷射一层混凝土，能与围岩表层岩石共同作用，且能渗入围岩裂隙，封闭节理，加固结构面，从而提高围岩强度、整体性和自承能力。它的支护能力很高，并可随时加强。喷射混凝土一般与钢支撑、锚杆、金属网等联合使用。

二.施工方法的选择

洞室的形成是通过开挖和支护两个施工阶段完成的。因此采用的施工方法和支护方法也必然对整个坑道的稳定给予一定的甚至是极为重要的影响。例如，全断面开挖及分部开挖、爆破开挖及非爆破开挖、木支撑与钢支撑、早期支护及二次支护、仰拱的及时封闭、一次掘进进尺等都对坑道及结构的应力状态产生相应的影响。

选择隧道的施工方法，应以地质条件为主，还要结合隧道长度、断面、结构类型、工期要求、施工技术力量、机械设备情况和综合效益等综合确定。

我们以新奥法基本原理为依据，通过对比分析，制定出可行的施工方案。

为了充分利用围岩的自稳能力，延长洞身开挖后围岩自稳时间，我们确定先护后挖。在Ⅱ类围岩地段采用超前小导管注浆加固地层，并超前支护；在Ⅲ类围岩地段采用超前锚杆支护。

由于不良地质情况下围岩自稳能力差，因此开挖后需要及早施作初期支护，并闭合成环，提高承载能力，因此决定采用短台阶法作为基本施工方法。采用拱部超前的台阶法开挖不仅能在正面和中层同时钻孔，而且支护准备、支撑架设和喷射混凝土支护以及锚杆作业都能相互交替进行。如果岩体的自稳时间不足或开挖面不稳时，可采用保留核心土的方法。

由于地质条件差，岩体松散破碎，选择支护手段时，要选用既能承受较大的围岩压力，同时还能大面积的、牢固的与岩体紧密接触，能及时施作、随时加强的支护手段。因此，我们采用喷射混凝土、锚杆、挂钢筋网、钢筋格栅联合一起的组合支护形式。

在过去，Ⅱ、Ⅲ类围岩不良地质地段，传统上采用先拱后墙法衬砌，但工序多，进度慢，稍有不慎，便容易引发拱圈下沉、开裂、甚至掉拱等病害，目前，这种方法正被摒弃。我们决定采用仰拱(铺底)紧跟的先墙后拱法衬砌。这样做的优点是:初期支护与围岩结构联成一体，共同承载，共同控制围岩变形，二次模筑衬砌在围岩的变形基本稳定后再作，从而避免了二次衬砌过早受力而产生开裂破损等病害；由于初期支护相对于先拱后墙法成环早，整体受力好，故能避免底鼓和塌方事故发生；初期支护先成形，有利于防水隔离层的施作，拱墙一次灌注长度可达8m，减少了工作缝，工程质量容易保证，渗漏水病害减少；由于仰拱

（铺底）紧跟，道路通畅，故可避免地下水和施工用水浸泡基底而造成日后翻浆冒泡。

在稳定性很差的围岩中，地质条件复杂多变，二次衬砌和仰拱的施作时间，直接关系到衬砌结构的安全，过早施作，会使二次衬砌承受较大的围岩压力，过晚又不利于初期支护的稳定。因此，在施工中应进行监控量测，掌握围岩和支护的变化规律，及时调整支护和衬砌参数，以确定二次衬砌和仰拱的施作时间，能使衬砌结构安全合理。

如果自稳性很差的围岩在较长时间达不到基本稳定的条件，喷射混凝土出现大量的明显裂缝，而支护能力又难以加强，则应及早施作仰拱，以改善围岩受力变形条件。若围岩仍不能稳定，应提早进行二次衬砌，以提高支护抗力，避免初期支护坍垮。

根据新奥法理论，变形在初期支护下已趋于稳定，二次衬砌作为安全储备而修建，而不是把二次衬砌作为承载的主要结构在衬砌施工时，强调适时衬砌，充分发挥初期支护的作用，如果过早衬砌，变形较大，容易出现过早受力变形开裂，如果过晚，初期支护不能承受荷载，发生塑性变化时，将不利于整个隧道的稳定。综上所述，确定不良地质条件下隧道施工方法为：超前支护，先护后挖，控制爆破，加强支护，仰拱紧跟，适时衬砌，量测反馈。

第三部分：主要工序施工

一、超前支护。

不良地质隧道施工时，围岩大多松散、破碎，自稳能力极差，开挖后在短时间内就会坍塌。因此，超前支护成为必然手段。我们在隧道施工中主要采用了超前小导管、超前锚杆两种超前支护形式。其中，Ⅱ类围岩采用超前小导管注浆，Ⅲ类围岩采用超前锚杆。

1 .超前小导管注浆：

超前小导管注浆是一项围岩加固新技术。通过在开挖面周边按一定角度将小导管打入岩层中，借助注浆泵的压力，使浆液通过小导管渗透、扩散到岩层孔隙或裂隙中，以改善围岩的物理力学性能，在工作面周围形成一个承载壳，同时管体又起到超前锚杆的作用，从而增加围岩的自稳时间，提高围岩的自稳能力。

技术参数：材料为Ф42mm钢管，外插角3°～5°，环向间距0.3m，每环22根，间隔2m布置一环，每根钢管长3.5m。

打小导管：测量放样，在设计孔位点上标记；用风钻钻孔后，将小导管沿孔打入，如岩层松软也可用油锤或风钻直接将小导管打入。小导管的尾部与格栅钢架焊接连成一体。

注浆：注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防漏浆，对于强行打入的钢管应先冲清管内杂物，然后再注浆。注浆顺序由下向上进行，浆液用拌和机搅拌。水泥浆水灰比为1.5:1、1:0.8、0.8:1三个等级，浆液由稀到浓逐级变换，先注稀浆，然后逐步变浓直到0.8:1为止。考虑到注浆后需尽快开挖，注浆宜用普通水泥或早强水泥。注完浆的钢管要立即堵塞孔口，防止浆液外流。

2.超前锚杆：

当岩层比较破碎时，拱部开挖前采用超前锚杆支护。超前锚杆采用凿岩机钻孔，孔深3.5m，孔径32mm，钻孔按设计要求进行，保证其方向、深度、间距准确；用压缩空气作动力，将水泥砂浆压入钻孔内，浆液配比为水泥:砂子:水

=1:1:0.42；锚杆选用Ф22mm，长度3.5m钢筋砂浆锚杆，环向间距30cm，排距2m，外插角15°，并从格栅钢架腹部空间穿过，插入孔中，尾部与钢架焊接连成一体。

二.开挖。

1.Ⅱ类围岩采用人工、风镐开挖，开挖按短台阶法，分三部台阶，即起拱线上一节，起拱线下1.8m一节，底部一节。台阶长度3～5m，每步进尺0.8～1.0m。为了保持开挖面的稳定，缩短封闭时间，采用预留核心土法。开挖后及时施作初期支护。

2. Ⅲ类围岩采用控制爆破与人工风镐开挖。按两部台阶法施工，拱部超前，台阶长度3～5m。每步进尺1～1.5m。控制爆破按松动爆破施工。尤其是周边眼、内圈眼，密排炮眼，间隔装药。

三.支护。

（一）喷射混凝土。

喷射混凝土5cm。隧道开挖后立即对围岩面喷一层混凝土，主要是封闭岩面，防止隧道周围岩体质量进一步恶化，防止围岩出现掉块或局部崩塌。

１.喷射混凝土采用掺STC型粘稠剂喷射混凝土工艺。STC型粘稠剂是一种由多种高分子化合物聚合而成的新型喷射混凝土外加剂。掺入混凝土后，长链分子吸附于水泥等细颗粒表面，喷射时，这些长链分子伸展成形和集束状且连续时，使细颗粒粘聚，发生粘聚反应，使喷出的混凝土具有较大的粘性，砂石聚集，从而降低粉尘，减小回弹，增加一次喷射厚度。

２.原材料：

⑴水泥：普通硅酸盐水泥，425号，桥隧牌。

⑵砂：机制砂，Mｘ=2.32，比重2.62。

⑶碎石：5～10mm，比重2.70，石质坚硬。

３.配合比：

水泥:砂:碎石:粘稠剂＝1:2.1:1.9:0.02

４.施工工艺：

⑴拌料：采用拌和机按配合比将喷射的原材料混合搅拌，然后迅速运至喷射机进料斗旁。

⑵喷射作业：

ａ.喷射机安好调试后，先注水再通风，清通机筒及管路；同时用高压水（或高压风）洗（吹）受喷表面。

ｂ.连续上料，经常保持机筒内料满，在料斗口上设一12mm孔径筛网，避免超径骨料进入机内。

ｃ.操作顺序：喷射时先注水（喷嘴要朝下，避免水流入管内）后送风，然后上料。根据受喷面和喷出的混凝土情况调整注水量，以喷后易粘着、回弹小和表面呈湿润光泽为度。

ｄ.操作部位顺序，应分段、分片进行。按纵向3~4m为一段，先拱后墙再分片，每片宽约2m，每片均自下部起水平方向旋转移动往返一次喷射，然后向上移行。喷射前个别受喷面凹洼处，应先喷找平。

ｅ.最佳喷射距离与角度，喷嘴口至受喷面以0.6~1.0m为宜。喷射料束以垂直受喷面为最佳。

ｆ.喷射料束运动轨迹，环形旋转水平并一圈压半圈，环形旋转直径约为0.3m。喷射第二行时，依顺序由第一行起点上方开始，行间搭接约为2~3cm。

ｇ.喷射料束旋转速度及一次喷厚，以2秒左右移动一圈为宜，一次喷厚以不坠落时的临界状态或所需厚度时，才向前方移动，一般不应少于5cm。

ｈ.风压和喂料量，应根据喷射部位的不同进行调整，拱部工作风压0.12～

0.15Mpa，喂料3m3/h；边墙工作风压0.15～0.18Mpa，喂料4m3/h。

⑶施工注意事项：

a.喷射前应仔细检查危石并处理。喷射机应布置在安全地带。

b.经常检查喷射机出料弯头、输料管和管路接头，发现问题要及时处理。

c.开始喷射时，先注水后送风，再开机和上料；调整喷头注水量时，应避免干料喷出。喷射作业结束时，应将机内和管路中的拌合料用完后，再停机、关水和断风。

d.按配合比投料，计量要准。施工时风、水压要稳定，运输道路应畅通，电源、照明应保证。

e.喷射人员要穿戴防护用品。

（二）锚杆。

喷砼封闭围岩面后，沿隧道周边布置系统锚杆，其目的是将锚杆群有系统地深入到岩层内部，改善围岩的力学性能，限制变形，增强其稳定性，充分利用围岩本身的自承能力。系统锚杆采用全长粘结型砂浆锚杆。锚杆采用梅花形布置，Ⅱ类围岩地段，锚杆长度3.0m，间距1.0m，Ⅲ类围岩，锚杆长度2.5m，间距1.2m。

1.材料：锚杆采用Φ22螺纹钢筋制作，水泥砂浆灰砂比为1:1，掺早强剂。

2.钻眼：钻眼前根据受喷面情况和设计要求布置孔位并作好标记；钻孔时锚杆孔口岩面应整平，钻孔方向应与岩面垂直；为保证钢筋周围有一定厚度砂浆与孔壁粘结，以达到所需要的抗拔力，钻孔直径采用40mm。孔距误差≤15cm，孔深误差±5 cm。

3.灌浆：为使砂浆与孔壁粘结良好，灌浆前应将孔眼吹净；水泥砂浆拌合均匀，稠度适宜，随拌随用；灌浆从孔底开始，均匀进行，一面灌浆，一面缓缓匀速将管拔出，保证灌浆饱满，不发生砂浆脱节。

4.安装锚杆：安装前将锚杆除锈矫直；灌浆后立即将钢筋匀速插入，锚杆位置居中，以使砂浆均匀包裹杆体四周；锚杆插入后，在孔口用木楔临时封固，以固定锚杆位置，且防止砂浆外溢，钢筋尾端外露长度在5~10cm，预作钢筋网的支点，并在喷砼层内；锚杆安装好后不得敲击、碰撞。

（三）安装钢筋格栅拱架。

格栅采用4肢矩形断面，主筋为4根Ф22钢筋，辅筋Ф14钢筋。拱部格栅分三节，每节两端焊法兰盘，以螺栓连接。格栅紧贴岩面，对贴不紧处，以片石或混凝土块填塞。为防止格栅支撑受荷载而下沉，在格栅下端加设U-16钢底梁。格栅间距1.0m，立好后马上打定位锚杆锁定。纵向系梁用Ф22钢筋（间距1.2m）焊接，使两排格栅拱架相互连接牢固。

（四）挂网。

为了防止短时间内围岩出现极大变形，喷射混凝土片状剥落，也为了改善初期支护的受力条件，采用挂网与格栅等几种形式结成一体共同支护。采用双层挂网，第一层放在格栅支撑后面，第二层挂在格栅前面。钢筋网采用ф6.5或ф8的A3钢筋加工而成，网格间距12×12cm，安装时，网片搭接15～20cm。

（五）喷射混凝土15-18cm。

安装格栅、挂网后，再喷射混凝土15-18cm，超过格栅网保护层2～3cm。为了减少回弹，缩短作业时间，保证喷射厚度，在确保混凝土强度条件下，可在钢架上挂板喷射混凝土。喷射混凝土后喷水养护7天。

四.仰拱、衬砌。

１.仰拱。为了使隧道洞身开挖后及早闭合成环，承受围岩压力，在拱墙初期支护完成后需要及早施作仰拱。为方便出碴，仰拱工作面距开挖工作面25～35米，仰拱采用左右分开施作。

２.衬砌。在初期支护及仰拱施作完后，适时衬砌作业，衬砌采用先墙后拱法。衬砌采用自制衬砌土台车，自动配料机配料，强制拌和机拌和，混凝土输送泵入模，机械振捣。

五.量测。

在隧道施工中量测具有重要的作用，它与光面爆破、喷锚支护一起被称为“新奥法三要素”。在隧道开挖过程中，对围岩变化情况和支护结构的工作状态量测，及时提供围岩稳定程序和支护结构可靠性和安全信息，预见事故的险情，作为调整和修改支护设计的依据。根据具体情况，我们在隧道施工中，主要采用了洞内观察调查，净空位移量测，拱顶下沉量测，锚杆拉拔实验等几种量测手段。

１.洞内观察调查。对开挖洞形轮廓的观察在每一开挖循环完成后进行，特别是在软弱围岩条件下，开挖后立即进行地质调查并绘出地质素描图，根据地质情况及一些临时支护是否符合规定要求来确定下一步的钻爆方案和施工程序。

２.净空位移量测。根据围岩类别，净空变化量测基线距离5-20米，基线布置以水平基线为主，必要时设置斜基线，主要量测工具为隧道变形收敛计。

３.拱顶下沉量测。拱顶下沉量测每5-10米设量测点，主要量测工具是水准仪。

４.锚杆拉拔实验。每300根锚杆至少选择3根作为一组，每根锚杆的抗拔强度不应小于50KN，同组锚杆平均强度需要满足设计要求，且每根锚杆的抗拔强度最低值不应小于设计的95%。

第四部分：坍方的处理

隧道的工程地质与水文地质复杂，由于勘探手段的制约，设计提供的资料与实际出入较大，同时，施工中也存在施工方法不当，技术措施不力，施工工艺不过关等问题，在施工中发生了数次坍方。

一.发生坍方的原因：

导致坍方的原因有多种，但概括来说可归结于以下两个：一是自然因素，包括地质状态、受力状态、地下水变化等；二是人为因素，包括不适当的设计、不适当的施工作业方法等。

在很多情况下，坍方均由地质因素引起，由地质因素引起的坍方，又可归结于不同的原因，首先是地质条件评价的正确性，由于地质勘测手段的制约，设计资料对地质条件的评价与实际出入较大，开挖后，又没有对现场作业面岩体进行正确

的工程地质鉴定评价，致使施工措施不到位，造成坍方；由地质条件而引起坍方的另一个原因为岩石构造因素，当为层状岩层，且岩层之间有泥夹层，或当岩层倾斜于洞内，当倾角大于岩层的内摩擦角时，或当岩石有较大的裂纹时，开挖后易发生坍方，由倾斜岩层引起的坍方常为任意的，无规则的。

受力状态对坍方的影响包括两个方面，即地质构造应力及开挖后产生的应力重分布和松动变形，地质构造应力的影响通常只发生在有地质构造运动的地区，而由于应力重分布和松动变形引起的坍方则常与人为因素联系在一起的，例如当施工作业时间太长而引起岩石失去自承能力并产生松动，或由于支护及承重结构强度偏低，或共同受力差等而引起岩石产生较大的位移变形松动等。由于应力重分布和松动变形引起的坍方有时在开挖后很长时间才发生，而且坍方分多次发生，即在后继的应力重分布过程中不断发生新的松动及坍方。

当隧道处于地下水位以下时，隧道开挖后，在隧道开挖面上有时会产生较大的静水压力，引起地下水向洞内涌入。出水回软化岩石，并加速岩石的变形位移，从而导致坍方。在岩石强度低、有裂缝且开度大并混有泥土时，发生这种坍方的可能性则比一般情况大几倍。

一.坍方前的征兆：

隧道坍方不是瞬间发生的，是有预兆的，掌握坍方预兆，对于减少损失伤亡有重要的意义。隧道坍方前的征兆主要有：

１.量测信息所反应的围岩变形速度或数值超过允许值。

２.喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂。

３.在顶部或侧壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑不断漏出砂、石屑。４.岩层的层理、节理缝或裂隙变大、张开。

５.支撑梁、柱变形或折断，楔子压扁压劈，填塞木弯曲折断，扒钉受力变形，木支撑发出破裂声。

６.隧道内渗水、滴水突然加剧或变浑。

二.坍方的处理：

隧道发生坍方，应及时迅速处理，处理前，要详细观测坍方范围、形状、坍穴的地质构造，了解坍方发生原因和地下水活动情况,制定处理方案，要抓住时机，备足人力物力，按施工方案投入施工，处理坍方，不可急燥冒进，更不可旷日拖延，贻误战机。

处理坍方常视坍方大小而定，其大小则根据坍方地段的高度、长度、范围和坍碴量区分。

（一）小坍方处理：

小坍方指纵向延伸不长，坍穴不高，坍塌量不大的坍方。小坍方较易支护与回填，以清为主。主要施工步骤为：

１.防止坍方扩大。在坍方的两端，进行加强支护，阻止坍方扩大。

２.素喷混凝土初步封闭。在坍方停止、稳定后，在坍穴内搭立工作平台，对坍穴顶部岩壁素喷混凝土5cm厚。

３.喷锚支护。首先，在坍穴顶部岩壁布置施作系统锚杆，Ф22钢筋，长度3.5ｍ，间距1.0ｍ，梅花形布置；挂网；喷射混凝土15cm。

４.清除坍体。在坍穴进行锚喷支护后，清除坍体，坍体下部的岩壁，随清随支，下部支护仍采用锚喷支护形式。

５.加强衬砌。坍体清除后，及时施作永久衬砌。永久衬砌采用钢筋混凝土、钢拱架混凝土等加强措施。

６.护拱。在永久衬砌的顶部施作2～3米厚浆砌片石护拱，护拱以上铺填2米厚碎碴缓冲层。

（二)大坍方处理：

1.大坍方指坍穴较高、坍碴数量较大、甚至冒顶的坍方。大坍方发生后，应先加固两端洞身，暂不处理坍方顶部，不清碴，而采用先护后挖法，先用小导管注浆加固坍体，再辅以超前支护和钢架、喷射混凝土支护，然后以短进尺开挖通过，并及时施作衬砌。主要施工步骤：

1.加固坍方范围两端洞身。一般采用加强初期支护形式加固，主要采用架设钢支撑、网喷混凝土等形式，也可以将永久衬砌施工至坍体两端。

2.超前支护。处理坍方超前支护方法有超前管棚，超前小导管注浆，超前锚杆等方法，近年来，一种新型支护材料——GM锚杆以其集钻、注、锚于一体的特点在隧道坍方处理中得到广泛的推广使用。超前支护每循环长度4～6米。

3.拱部开挖、支护、衬砌。超前支护施作完后，进行拱部开挖，采用人工开挖，局部孤石风镐处理或控爆处理，为保持工作面的稳定，采用预留核心土法。每开挖0.8～1.0米，进行一次初期支护，支护采用钢轨拱架、网喷混凝土等组合支护方式。每4米一组进行拱部衬砌。

4.下部施工。在拱部混凝土达到一定强度后，进行下部施工。马口采用跳槽挖井法开挖，2米一组，开挖后及时灌注混凝土。边墙施作完后挖除中间土，施作仰拱。

（三）施工注意事项：

1.处理坍方前要先制定施工方案，然后施工，决不可盲目清方。

2.处理坍方应先加固坍方地段，防止坍方继续发展。

3.处理坍方的同时，要做好防排水工作。地表沉陷和裂缝，永不透水土壤夯填紧密，洞内衬砌通过坍体后，陷穴应及时回填，并开挖截水沟，防止地表水下渗入坍体；坍方体内有地下水活动时，应用管槽引出。

四.坍方的预防。

坍方的发生是多种因素综合作用的结果。为减少坍方，特别是大坍方，主要从主观方面着手：首先不要过于依赖设计资料，要随时了解掌子面的地质及其变化情况特别要注意层理节理、软弱夹层、不整合地带、断层及影响带的产状与走向，以及地下水的出露情况，据其变化及时调整施工方法和开挖进尺，加强初期支护。对于设计有格栅钢架、喷混凝土的Ⅰ、Ⅱ类围岩，要按设计施工，对于Ⅲ类偏弱，介于Ⅱ、Ⅲ类之间的围岩，应从防坍考虑，支护该加强的就及时加强，不要因小失大。其次，要根据围岩条件合理确定钻爆参数，重点是要把握好炮眼数量、雷管段别和装药量，炮眼过稀、起爆雷管段数偏少、装药集中度偏大，容易造成装药量过大而引起坍方。第三，要重视地下水的处理。地下水丰富，不仅加大了施工难度，而且往往成为诱发坍方的重要因素，因此，在掌子面有地下水冒出时，要迅速采取措施：水压低、水量少时，可采用编织袋等透水材料及时堵塞，以防止孔口扩大；水压较大水量又多时，可采用排水管引排，以防止冲刷开挖面而导致其失稳。第四，及时进行拱背回填和衬砌背后充填压浆，这是使围岩与衬砌紧密结合，改善结构受力条件，防止坍方和减少病害的重要措施。

第五部分：溶洞

一.岩溶对隧道施工的影响

当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，隧道基底难于处理；有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道；有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至地表开裂下沉，山体压力巨增；有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。

二.隧道遇到溶洞的处理措施。

隧道在溶洞地段施工时，应根据设计文件有关资料及现场实际，查明溶洞分布范围、类型情况（大小、有无水、溶洞是否在发育中，以及其充填物）、岩层的稳定程度和地下水情况（有无长期供给来源、雨季水量有无增长）等，分别以引、堵、越绕等措施进行处理。

（一）引排水：

1.当暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、涵洞、小桥等设施，排泄水流或开凿泻水洞，将水排出洞外。

2.当水流的位置在隧道上部或高于隧道时，应在适当距离外，开凿引水斜洞将水位降低到隧道底部位置以下，再行引排。

（二）堵填：

1.对已停止发育、径跨较小、无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石、予以回填封闭，根据地质情况决定是否需要加深边墙基础。

2.拱部以上溶洞，可视溶洞的岩石破碎程度采用喷锚支护加固，或加设护拱及拱顶回填的办法处理。

（三）跨越：

当溶洞较大较深，可采用梁、拱跨越。但梁端或拱座应置于稳固可靠的基岩上，必要时用圬工加固。隧道在不同部位遇到溶洞的跨越措施：

1.当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过。

2.当隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧底以下砌筑浆砌片石支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水。

3.当隧道边墙部位遇到较大较深的溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过。

4.当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，可加强两边墙基础，并根据情况设置桥台架梁通过。

5. 隧道穿过大溶洞，情况较为复杂时，可根据情况，以边墙梁及行车梁通过。（四）绕行施工：

施工中遇到一时难以处理的溶洞时，可采用迂回导坑绕过溶洞区，继续进行隧道施工，再行处理溶洞。

三.岩溶地段隧道施工注意事项。

1.施工前应对地表进行详细勘查，注意研究岩溶状态，估计肯遇到岩溶的地段。

2.了解地表水、出水地点的情况，并对地表进行必要的处理，以防止地表水下渗。

3.当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接。同时探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水情况，据以制定施工处理方案及安全措施。

4.施工中注意检查溶洞顶板，及时处理危石，当溶洞较大较高时，应设置施工防护架。

5.爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，并控制药量。

6.在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护法施工。如充填物为极松散的堆积物或有水，可采用预注浆加固。

6. 溶洞未做出处理方案前，不得将弃碴随意倾填于溶中。

隧道局部塌方处理方案

一、施工概况

隧洞断面面积77.3m2,上拱半径4.9m.主洞地质以千枚岩、变质千枚岩为主，岩片软弱、破碎；遇水易粉化。围岩类别介于Ⅲ、Ⅳ之间，特别是下游围岩尤为破碎。

二、塌方段的处理

1、塌方原因分析

(1)、根据我标段的地理环境推测，若出现局部塌方极易在下游；因为下游出口紧靠山体外侧，隧道一侧始终处于偏压状态,偏压是引发塌方的重要因素。

(2)、从设计提供的地质水文资料和开挖情况来看，围岩结构破碎、岩体软弱，自身强度低，承载性差。岩层走向与主洞交角很小（大致在20度左右），近于平行；基岩入断面，其产状呈左低右高的斜面，倾角在35～40度，受洞内裂隙水和渗入洞内的雨水的影响，岩面将很湿滑，其上的岩体则极易发生滑动；在受外界震动和洞内渗水量增大的情况下，结构松散的岩层与相邻的岩层磨擦力减小,同时受重力作用发生下滑，穿透薄弱部位的初期支护，造成局部塌方。

(3)、正值雨季，渗入隧道内的裂隙水和地表水流量增大，这也是促使塌方的一个重要因素。

2、隧道施工现场情况

虽然我们在施工中已采用了“新奥法”（短进尺、弱爆破、及时喷锚初期支护），但这种局部小面积塌方是由于客观上：岩层走向与隧道基本平行、汛期水量增大、围岩破碎承载力差、遇水易粉化等多种因素造成的；加上主观上对围岩的初期支护不及时，致使在初期支护上出现了薄弱环节。

塌方位置位于拱顶处偏线路右侧。塌方处的面积并不大，形状呈伞状。塌方时正处在刚刚出完渣，打钻工人要进洞时，所以并没有造成人员伤亡和设备损失。塌落在地面上的石方大致在30立方米左右。

3、处理方法

(1)、针对这一突发事件，我项目部由项目经理立刻召开紧急会议，起动应急预案。成立了处理塌方事件的专门小组，项目经理任小组组长，总工任副组长，带领技术部的现场技术人员、安全部、质量部、各施工班班长及时分析塌方原因，制定、组织、实施处理塌方方案。

塌方处理所需设备表（表2）

序号设备名称规格及型号功率、容量及能力单位数量备注

1 地震波超前地质探测仪 TSP－20

2 台 1

2 砼湿喷机 TK961 15M3/h台 1

3 砂浆搅拌机 HJ300 300L 台 1

4 锚杆注浆机 MZ－1 台 1

5 双液注浆泵 2TGZ－60/120 60L/min 12Pa 台 1

6 电焊机 Bx－500 45KW 台 1

7 电焊机 Bx－300 21KW 台 1

8 插入式振捣器 ZN－50 1.1KW 台 4

9 全站仪 SET2110 2"/3.5Km 2mm+2pp.D 台 1

10 锚杆拉拔仪 ML－150B 15t 台 1

塌方处理所需材料表

材料名称规格数量单位备注

水泥 425# 15 t

中砂 2～4mm 30 m3

碎石≤15 mm 10 m3

碎石 3～5cm 50 m3

钢筋?22 0.5 t

钢筋?25 0.6 t

钢筋?12 0.1 t

钢筋?6.5 0.05 t

工字钢 18# 1.5 t

速凝剂 100 Kg

(2)、塌方方案的具体实施

a、首先在塌方后的12小时后，用机械排危并经技术人员共同确认无继续落石危险后，机运队进洞往外运渣。同时现场制作格栅钢拱架。在2小时后洞内现场清理完毕，由风枪班在拱部塌方的前后两侧各5m范围纵横间距500mm打孔，并安装?25 3.5m砂浆锚杆。砂浆锚杆安装完后在塌方位置两侧分4个断面埋设变形观测点，每个断面埋设3个点，分别在拱顶、拱脚处。制作格栅钢架班组加班焊接，制作好后及时安装。由于塌方面积较小，这里只制作3榀，在塌方前后两侧各设一榀，中间处设一榀，间距为0.6m；在小导管安装完后用双液注浆机进行注浆。由于我隧道洞内没有大的流水量和涌水，多为渗水，所以注浆液采用水泥悬浊液，水灰比为1：6，注浆速度控制在0.03m3/min以内。注浆后在浆液凝固上强度期间要进行观测并记录.待强度达到要求后进行变形观测,经测定沉降在允许范围内后,对塌方后的岩体表面进行清理、钻孔,安装砂浆锚杆。完毕后

对其表面及周围3m范围内的拱顶挂网（?6.5间隔15cm）喷射10cm厚的C20砼。待砼上强度后，布设格栅钢拱架间的钢筋网，用?22钢筋纵横间隔15cm.

b、二次衬砌的施作

在塌方位置两侧各2m 范围内支定型钢模，用方木支模，人工浇筑40cm厚C20砼；并注意要振捣密实，浇筑后作好覆盖、定期潵水等养护工作。

c、塌方孔洞的填补

用方木对孔洞部位进行支模，同时检查钢筋网与格栅拱架的焊接情况，如有不牢固的焊点要及时补焊。浇筑采用人工浇筑C20砼。在浇筑过程中如不能再填塞砼时，预留两根?32小导管（导管以伸入塌方顶面以下10cm为宜）后，封闭模板。向其中一根导管注入活性水泥砂浆，待达到注入压力不能再注入为止。待砼凝结后进行养护工作。砼强度达到设计的70％后拆模，同时用另一根预埋的小导管进行注浆。注浆液这次采用普通水泥－水玻璃浆液，原因是为了防止裂隙水渗透砼与塌方面发生二次裂缝。浆液水灰比（W/C）采用1.1：1,水泥浆与水玻璃之比（C:S）采用1：0.5，缓凝剂（磷酸氢二钠）掺量为水泥重量的2.8％.注浆分为三次注入，压力分别控制在2～3MPa、3～4 MPa、4～6MPa（6MPa为注浆终压）

（3）、变形、沉降测量监控

每天都由测量人员对实作的衬砌进行变形、沉降观测，当确认岩体与衬砌完全稳定后通知爆破班进行下一个开挖循环；同时测量人员利用地震波超前地质探测仪进行探测分析前方有无大的断层带。