那沙岭隧道塌方原因与处理方案浅析

那沙岭隧道塌方原因与处理方案浅析

陈文俊1 陈正元2

（1、江西省交通设计院江西南昌 330002）

（2、江西省交通厅武吉高速公路项目办江西上高 336400）

摘要：在隧道施工中，由于多种因素影响，围岩坍塌较为常见，严重影响施工安全和质量。现以武吉高速公路那沙岭连拱隧道右洞出现坍塌的事件为背景，全面分析该隧道塌方形成的原因，研究提出针对性的处理方案，并取得了预期效果。

关键词：隧道工程；隧道塌方；原因分析；处理方案

0 前言

随着高速公路建设的不断发展和向山区的延伸，隧道工程数量越来越多。那沙岭隧道是江西省武宁至吉安高速公路上的一座双连拱隧道，起止桩号为K123+490~K123+952，轴线走向为148°，隧道全长462m。隧道区处于九岭隆起变质岩丘陵区，地形起伏大，植被发育，地貌有山间冲积小盆地、山脊以及山间冲沟等，其中山脊呈近南北走向，与隧道轴线呈大角度相交。隧道右洞施工至K123+788.5时，发生了顶部坍塌，本文着重对本次塌方的原因和相应处理方案进行探讨和分析。

1 塌方基本情况

图1 塌方示意图

那沙岭隧道右洞在施工至K123+788.5处时，正好处于Ⅳ、Ⅴ类围岩的交界带（该处埋深约80m），掘进后出现一较大滑层，先后出现两次较大范围的塌方，如图1。塌方段褶皱强烈，裂隙发育，岩体破碎，岩石较坚硬，岩体层面光滑，呈倒三角状。其中靠近中隔墙处塌方最高。2007年5月19日6h30min，在无明显征兆的情况下突然塌方，初次塌方量约100m3，并伴有渗水现象。在地下水的影响下塌腔迅速扩大，塌腔高4m-8m，纵长约8m，宽8m-11m，塌体完全堵住洞身，该段初期支护全部破坏，有6榀钢拱架扭曲损坏。

2 塌方原因分析

那沙岭隧道区域构造主要受九岭复式背斜控制，背斜呈线状紧密复式褶皱产出，轴部大致呈近东西向延伸。隧址位于该复式背斜之南翼，组成地层为双桥山群下亚群板岩、千枚状板岩，呈互层状，岩层倾向为近北。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。因此，其塌方原因主要是：

1、工程地质原因：塌方部位处在Ⅳ、Ⅴ级围岩的交界带，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。因连拱隧道开挖跨度大，在开挖掘进的扰动和左右洞施工的相互影响下，造成围岩失稳导致塌方。

2、地下（表）水原因：施工期连续降雨，地表水丰富，通过裂隙进入岩体，顶板淋水量增大。在地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳和塌落，软弱滑动面在地下水的作用下，强度大为降低，因而发生滑塌。水在塌方中起到一个“催化”和“恶化”的作用。

3、施工方面原因：该处Ⅳ、Ⅴ级围岩分界面较设计文件稍提前，施工单位未及时根据地质条件变化调整施工方案和支护参数，未采取更为有效的超前支护措施，开挖进尺过大，初期支护未及时跟进，从面造成临空面过大也是造成塌方的重要原因。

3 塌方处理方案和方法

根据塌方的情况和隧道所通过的层位，认为本次属层间移动性的塌方，这种地质的塌方难以稳定，会引起连锁反应，积累和发展扩及到已开挖支护的较长洞身段。为此，决定采用稳住后方围岩，强支护处理

坍塌段，适当加强支护过渡段的三个阶段处理此次塌方，分段处理的长度为16m（后方加固段4m，塌方段8m，过渡段4m）。

3.1 塌方后段的处理

首先在塌方位置退后4m的位置处，采用长3.5m 的Φ42×4mm的注浆小导管对塌方后段注浆。小导管外插角为15°，环向间距为40cm，纵向间距为1m，断面两侧拱脚以上区域梅花形布置，小导管端部与钢拱架焊接成整体，以保证后方围岩稳定不向前坍塌。注浆采用先上后下，先里后外，即先对塌空区边缘注浆，再逐步退后进行后段注液，使钢管所伸入的范围内通过注浆组成一个固结的灌浆层，通过浆液无规则的穿透松散破碎岩体产生胶结，从而达到在已支护段与塌空区交界处上、下一定范围内的围岩得到固结，从根本上达到控制塌方的扩展。而后段的注浆也提高了围岩整体承载强度，并与初期支护共同在2~3m范围内形成一个强大的支撑拱，为下一步施工的安全性提供了保障（见图2）。

塌方段掌

子

面

Φ42注浆小导管

Φ42注浆小导管

分四次泵送

预埋Φ108砼泵送管

焊在钢拱架上坍塌腔体

加固段过渡段Φ钢管支撑大块岩石

图2 塌方段处理纵断面图

3.2 塌空区段的处理

首先采用素喷厚20cm的 C20混凝土封堵掌子面及塌落面，对塌空区段后方未破坏的原初期支护采用I18钢拱架进行加固，钢拱架与原初期支护钢拱架紧贴并排焊接，之后每榀纵向间距0.5m，掌子面处紧贴岩面并排焊接两榀。钢拱架间用环间0.5m的Φ25mm 纵向钢筋连接，形成钢格棚架。对轮廓线外塌腔壁的大块岩石采用Φ89钢管支撑，并焊在钢拱架上。在钢拱架上下采用双层网格间距15cm×15cm的Φ8钢筋网加固，外挂模板，再喷射C25混凝土与钢拱架齐平，形成钢筋混凝土壳体初期支护。并在初支中预埋Φ108混凝土泵送管，待钢筋混凝土壳体强度达到要求后，分期泵送混凝土填充塌腔，以保证岩面与初期支护之间密实（见图2~图3）。3.3 塌方过渡段的处理

待塌空区段按上述方案处理完之后，密切注视塌空段断面变化情况，加强监控量测。该区域之后4m 范围内采用长4m的Φ42×4mm的注浆小导管进行超前支护，小导管环向间距为40cm，纵向间距为1m；初支钢拱架采用I16工字钢，纵向间距75cm，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20cm×20cm的Φ8钢筋网；系统锚杆采用长3m的Φ22砂浆锚杆，环向间距1m，纵向间距75cm，梅花形布置，端部与钢拱架焊接成整体。

图3 塌方段处理横断面图

3.4 监控量测

认真做好各项施工监测，根据对监测数据的分析和判断，对围岩及支护体系的稳定状态进行判断和预测，及时采取措施来确保围岩和结构的稳定，以确保施工安全。在该段塌方处理完毕后，在拱顶布设了左、中、右三个测点，并在腰线处左右分别布设了两个测点，通过近三个月的监测，拱顶下沉最大下沉量为22.5mm，相对变形量为 1.99%；周边位移最大值为34.96mm，相对变形量为0.26%，均在允许范围内，表明所采取的措施得当，取得了应有的效果。

4 结语

隧道坍塌是最容易造成施工安全事故的主要原因，特别是对坍塌的处理更是危险作业。因此，只有方案正确、处理及时、方法恰当、组织严密、措施得力，才能使抢险得以顺利完成。

1、处理隧道塌方必须分秒必争，及时制定处理方案。处理隧道塌方是一种紧急抢险，如同打仗一样，有利的时机稍纵即逝。那沙岭隧道塌方后，各方迅速到塌方点，详细察看塌方情况，检查塌方初期支护的损坏程度和影响区域，分析塌方原因和可能的发展趋势等。在掌握情况的基础上现场确定应急预案，下达抢险指令，明确任务和要求。这种现场办公定案、直