隧道施工防坍塌卡控重点

隧道施工防塌卡控要点

—1—一、分析隧道坍塌案例二、总结隧道塌方原因三、隧道施工防塌卡控要点

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一、分析隧道坍塌案例 隧道一

1地质概况

该隧道地貌单元为玄武岩低山丘陵，地形起伏，山体呈平顶型、圆锥型。地层为第四系全新统冲洪积层粉土，含玄武岩碎块；第三系新统粉质黏土；第三系新统玄武岩，灰黑色为主，弱风化，节理裂隙发育，岩体破碎-极破碎，呈角砾状、碎块状、块状结构，块状、气孔状构造，局部含黏土夹层及团块，岩层产状以层状为主。玄武岩多期喷发特征较明显，气孔状与致密状互层分布。隧道局部上层滞水，雨季时有地表水渗入，隧道区围岩岩体节理、裂隙极发育，且下部有隔水层，局部可形成地下水。地质结构示意图如图1：

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8~20米玄武岩，灰黑色，弱风化，气孔构造，节理裂隙发育，岩体破碎，碎石角砾状结构具多期喷发特征，气孔状与致密状互层。火山喷发表层堆积体，气孔团块状，空隙填充砂类土，4米结构松散，自稳力差。一旦扰动即失稳。10~12米10~12米厚粉质黏土，棕红色，硬塑。黏土，灰绿色，灰黄色，硬塑，含细砂夹层。遇水膨胀。有一定的自稳能力。玄武岩，灰黑色，弱风化，气孔构造，节理裂隙发育，岩体极破碎，碎石角砾状结构具多期喷发特征，气孔状与致密状互层。

图1 隧道地质结构示意图

洞身范围内的玄武岩石岩体极破碎，全部为Ⅵ围岩，覆盖层10～60m，线路穿越单侧山坡，隧道受偏压严重，隧址附近有多处废弃采石场，原始围岩扰动严重，施工过程中多次遭遇变形和塌方。

2塌方变形情况

隧道全长935m，发生塌方变形后，隧道开挖剩余130m，进口已开挖的27m初期支护全部变形，最大侵限3m。整个山体向右侧滑移，覆盖层全部开裂扰动成为松散体，失去自稳能力。出口临近掌子面处出现塌方，地表塌通直径约10米的漏斗，影响范围通过地表观察，基本以中心向周边辐射40m范围全部出现下陷开裂，下陷深度0~50cm，根据地表下沉情况分析，掌子面55m范围内全部塌方变形。

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DK425+700DK425+618DK425+645原地表线地表塌陷DK425+775回填地表塌陷拱顶下沉拱顶下沉封闭进口出口初支变形已衬砌段地表沉陷段埋深平均15m未开挖段塌方段埋深约30m已衬砌段

隧道施工现状示意图

根据施工揭示情况看，隧道塌方变形段岩层处于堆积层、岩层破碎的玄武岩层交汇处。上半断面位于堆积层，夹杂大块孤石，而下半断面又处于破碎的玄武岩层中，“上软下硬”。因出现大塌方后，造成山体出现大面积开裂，整个隧道未施工段处在不稳定状态。又因下半断面为较硬的玄武岩，在开挖过程中，必须进行爆破开挖，使山体堆积层不可避免地受到扰动，极易出现沉降不均匀、局部开裂、收敛超限的情况，同时也为隧道施工带来极大的安全隐患。

3、塌方原因分析 3.1 地质条件特殊

DK425+835—5—

隧道穿越区域地层大致分为四层，基本上水平分布，每一地层构造特点不一，如图1所示，各层自稳能力都很差，隧道开挖断面穿越区域“上软下硬”，施工爆破对初期支护影响较大。隧道穿越单侧山坡，埋深浅、坡度较大，造成隧道受偏压严重，覆盖层因多次塌方影响全部开裂扰动成为松散体，失去自稳能力。 3.2 设计初期支护参数偏弱

原设计钢拱架采用Ⅰ20a，间距80cm，喷射C25混凝土27cm。针对隧道的特殊地质，通过对拱架变形情况分析及对既有支护参数检算，证明支护参数偏弱。 3.3 设计预留变形量小

原设计预留变形量为12cm，考虑节省成本及施工方便，支护参数不可能无限度加大，实践证明，即使拱架采用Ⅰ25，间距50cm，仰拱、衬砌紧跟的前提下，预留变形量按照12cm设置时，初期支护仍会变形侵限。 3.4 施工方法不当

隧道以前施工过程中的反复变形、塌方的致命原因就是施工方法不当，对类似地质的隧道缺乏施工经验，台阶高度的设置不结合现场实际而是套用设计图纸；仰拱、衬砌距离掌子面的距离虽然满足规范要求但没有结合现场实际情况来确定；衬砌跟进不及时，工序衔接不紧凑，造成还没有来得及衬砌，已完成的初期支护已变形侵限，甚至引起塌方。 4、塌方处理

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总体思路

进口超前深孔注浆加固、变形处理同步进行，出口处理塌方的同时对跳段衬砌部位尽快进行仰拱和衬砌施工，防止初期支护变形，同时完善沟槽、避车洞等附属设施。出口塌方处段和进口变形段理完后，进入正常段施工循环。

进口段变形侵限段处理措施

（1）对地表2倍洞径范围内的裂缝灌水泥浆。洞内拱部180°范围采用L=4.5m、φ42mm小导管径向注浆加固，环向间距30cm，纵向间距50cm。

（2）采用L=4.5m、φ42mm、d=3.5mm小导管第一次超前支护，主要起到棚护作用。支护范围拱部150°，环向间距30cm，外插角5°，每1m设一环。

（3）环向采用L=6m、φ32mm迈式锚杆进行二次超前支护，主要起到稳定孤石的作用，支护范围辐射拱部150°范围，环向间距20cm，外插角30°搭接长度3m。如图3：

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小导管L=4.5m，Φ42mm@30cm超前小导管L=4.5m，Φ42mm@30cm。30自进式锚杆L=6m，Φ32mm@30cm上下台阶以软硬分界面划分，上台阶拱架必须落在硬岩之上 钢支撑I25a @50cm

图3 DK425+618～+645段支护图

（4）钢支撑建议采用Ⅰ25a工字钢，间距50cm，上断面钢支撑采用4根4.5m，φ42mm小导管锁脚，并增设纵向托梁，采用[30槽钢对扣。

（5）全断面网喷，网格φ8cm、@20cm，下断面的系统锚杆采用砂浆锚杆L=4m、@75cm。

（6）注浆加固并超前支护完后，逐榀拆除变形拱架，先拆除拱部，拱部钢拱架锁脚牢固后拆除边墙的侵限拱架，尽快使初期支护闭合成环。仰拱、二衬及时跟进。

（7）隧道偏压严重，二衬厚度建议加强，配筋的数量、间距须经过检算。

出口塌方段处理措施

（1） 首先封闭洞内塌方体，从地面灌水泥浆对塌方体进行临时固结，然后用C15混凝土回填塌穴。

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（2）采用大管棚超前支护，支护范围辐射拱部150°范围，间距3根/m，L=30m、φ108mm、d=8mm，倾角10°，管内穿4根φ18螺纹钢组成的钢筋骨架，管棚搭接5m。

（3）环向采用L=6m、φ32mm迈式锚杆进行二次超前支护，主要起到稳定孤石的作用，支护范围辐射拱部150°范围，间距30cm，外插角30°搭接长度3m。

（4）拱部150°范围采用L=4.5m、φ42mm小导管径向注浆加固，环向间距30cm，纵向间距50cm。如图8、9所示：

小导管L=4.5m，Φ42mm@30cm大管棚L=30m，Φ108mm@33cm。30自进式锚杆L=6m，Φ32mm@30cm纵向托梁2[30对扣 钢支撑I25a @50cm

图8 DK425+775～+835段超前支护图 （5）钢支撑建议采用Ⅰ25a工字钢，间距50cm，上断面钢支撑除正常锁脚锚管外，增设纵向托梁，采用[30槽钢对扣。

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大管棚L=30m、φ108mm@33cm自进式锚杆L=6m、φ32mm@20cm径向小导管L=4.5m、φ42mm@30cm纵向托梁[30槽钢对扣中隔壁锁角锚管锁角锚管临时仰拱边墙系统锚杆L=4.0m、φ22mm@75cm锁角锚管锁角锚管

图9 DK425+775~+835段支护图

（6）全断面网喷，网格φ8cm、@20cm，下断面的系统锚杆采用砂浆锚杆L=4m、@75cm。上台阶的开挖高度以软硬分界线高度确定（根据实际情况调整），尽量使上台阶拱架落在硬岩上。

（7）上台阶采用CD法开挖，台阶长度根据围岩量测情况控制在5米以内，开挖进尺0.5m；下台阶采用预留核心土法，左右边墙交替开挖跟进的方法施工，边墙开挖每次进尺1m为宜或根据地质情况灵活调整，尽快使初期支护闭合成环。仰拱、二衬及时跟进。如图10所示：

（8）隧道偏压严重，二衬厚度建议加强，配筋的数量、间距须经过检算。

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