“滇中紅層”隧道施工常見問題解決措施

孫樂富

摘 要：“滇中紅層”隧道施工存在風化剝落、順層滑塌、塌方、冒頂?shù)蕊L險，結合廣大鐵路的隧道施工，介紹了各類事故的處理措施，為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：隧道施工；塌方；風化剝落；處理措施

中圖分類號：U451.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.153

1 “滇中紅層”隧道施工常見問題

廣大鐵路站前二標工程位于云南省楚雄至大理段著名的“滇中紅層”區(qū)段，其巖體原生結構特征有以下兩點：①紅層多為泥巖、泥巖砂巖互層，層與層之間的層面結合力差。當巖體解除約束力、出現(xiàn)臨空面時，極易順層面解體滑落，這是紅層成巖過程中形成的薄弱環(huán)節(jié)。②紅層軟巖巖體具有親水性強、透水性弱，在水的作用下易軟化、塑變，吸水后巖體膨脹，失水后巖體收縮，易崩解，抗風化能力弱，抗壓抗剪強度低等特性。

“滇中紅層”隧道施工常見問題主要有風化剝落、順層滑塌、塌方、冒頂。風化剝落、順層滑塌問題如圖1和圖2所示。

2 解決措施

“滇中紅層”特殊地質隧道施工過程中圍巖風化剝落現(xiàn)象普遍存在，巖體互層、軟弱、自穩(wěn)能力極差，圍巖暴露后，很快就會出現(xiàn)層間剝落掉塊現(xiàn)象，導致小范圍順層滑塌。面對這種情況，廣大鐵路項目部在施工過程中，要以“二十四字”工藝為指導原則，即“管超前、漿嚴注、小區(qū)域、弱爆破、短開挖、快支護、少暴露、早封閉”，有效解決了“滇中紅層”隧道風化剝落、順層滑塌的難題。

“管超前”就是小導管超前打設，4 mΦ42無縫鋼管每2.4 m

打設一個循環(huán)，小導管間搭接1.6 m，有效形成棚架效應，與已經做好的鋼支撐形成懸挑支撐棚架，支撐軟弱圍巖在裸露后不至于剝落、滑塌；“漿嚴注”就是將每循環(huán)超前小導管嚴格注漿與周圍巖體共同形成殼體結構，形成整體組合梁效應，共同受力，保證圍巖穩(wěn)定；“小區(qū)域、弱爆破”就是將開挖輪廓內的軟弱圍巖分成若干小區(qū)域進行弱爆破，爆破后的小區(qū)域自然形成比較穩(wěn)定的受力漏斗，在爆破小區(qū)域內不至于出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，然后將小區(qū)內噴混封閉；“短開挖、快支護、少暴露、早封閉”就是縮小掌子面破碎圍巖的開挖進尺，減小破碎圍巖的臨空面積，減小圍巖內應力和自身重力作用，縮短圍巖的裸露風化時間，快速完成初期支護，減小圍巖暴露時間，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，及早全環(huán)封閉，有效防止圍巖的風化剝落和順層滑塌。

3 “滇中紅層”隧道塌方的解決措施

3.1 隧道的塌方處理

施工中，采取塌體注漿固結的方法來處理隧道塌方問題，先用回填式注漿的方式加固塌方處的初期支護拱背；再支撐頂塌體，避免塌體繼續(xù)坍落；然后鉆孔進行超前小導管注漿施工，將塌體固結成應力承載環(huán)，保證施工人員的作業(yè)安全；最后邊挖邊護，將I18工字鋼鋼拱架加密至30 cm一榀，逐步渡過塌方段。

3.1.1 塌體注漿

將6 m長的注漿管沿環(huán)向間距80 cm左右打入靠近塌體己施作的初期支護上，然后采用注漿泵注水泥砂漿，順序是由兩側拱腳向拱頂方向進行，用木塞對不注漿的孔口進行封堵，以免漿液從不注漿孔冒出來。

3.1.2 施作小導管

施工流程：鉆孔→插入鋼管→注入水泥漿。

用風鉆緊靠初期支護，沿環(huán)向四周鉆孔，鉆孔深應達到未坍落的巖體內1.0 m 以上。鉆孔完畢后，按環(huán)向間距20 cm打入ф42小導管，導管靠近洞口一端與已完成的鋼拱架焊接在一起。小導管鋼管插好后，再向管內注入漿液并達到一定壓力后停止。

3.1.3 分段挖除坍體，隨即進行支護

坍體拱頂支撐結構形成后，采取機械配合人工的方式挖掉已坍塌的土方，采用環(huán)形預留核心土開挖坍落體，每循環(huán)進行0.3 m，開挖一環(huán)之后就要立刻初噴混凝土，并穩(wěn)固土體，之后搭設型鋼拱架和鋼筋網片，緊接著復噴至設計厚度，噴射混凝土完成后補打系統(tǒng)錨桿。為保證坍體支護的強度，鋼拱架加密至0.3 m一榀。

3.2 隧道施工坍塌防范及處理措施

3.2.1 超前地質預報管理

超前地質預報管理中需要注意的問題有以下幾點：①隧道施工中，應將超前地質預報工作納入現(xiàn)場施工組織統(tǒng)一管理，并采取安保措施。②施工技術人員要掌握掌子面圍巖的詳細情況，完成掌子面地質素描圖，并對地質情況作出準確預判。③對不良地質和特殊地質的隧道施工，應綜合采用紅外探水、TSP、地質素描、地質雷達等方法預報地質，必要時，采用超前水平鉆探的方法來進行圍巖工程地質和水文地質條件的預報工作。④對于地質描述與超前預報成果，應該采取日常檢驗批驗收與專題報告相結合的資料收集模式進行管理。⑤參與超前地質預報的人員應掌握安全操作技術和安全生產的基本知識，并接受過隧道施工安全教育培訓。

3.2.2 隧道監(jiān)控量測管理

隧道監(jiān)控量測管理中需要注意的問題有以下幾點：①隧道監(jiān)控量測工作需以初期支護按設計文件做到位和光面爆破滿足驗標要求為前提。②各作業(yè)隊伍必須配備專業(yè)人員，將監(jiān)控量測納入施工工序，并指定監(jiān)控量測工作負責人，同時制訂詳細方案，并根據(jù)施工情況及時調整。③隧道開挖前必須結合工程規(guī)模、地形情況、支護方法和施工工藝等進行監(jiān)控量測設計。設計應包括量測的對象、量測使用的儀器、檢測點的布置位置和人員組成等內容。④量測人員應按照設計要求嚴格布置測點進行量測。⑤如果量測數(shù)據(jù)被發(fā)現(xiàn)存在突變，技術人員必須立即向負責人匯報，并迅速組織作業(yè)人員離開施工現(xiàn)場，保證施工人員的安全。

3.2.3 隧道坍塌預防措施

3.2.3.1 發(fā)生坍塌的原因

發(fā)生坍塌的原因主要有：①地質因素。當隧道開挖通過各種堆積體時，由于其結構松散，顆粒間無膠結或膠結差，開挖后容易引起坍塌；掌子面前方圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育、巖石走向垂直、巖石間有滲透水、巖層間有泥夾層、前方出現(xiàn)斷層帶等，這些不良地質極易引發(fā)塌方事故；工程地質災害所引發(fā)的事故也非常多；巖體在地下水、滲透水的浸泡、軟化、沖蝕、溶解等作用容易造成失穩(wěn)坍塌。②施工方法選擇不當或工序間距安排不合理，各工序間距拉得過長，地層暴露時間過久，引起圍巖松動、風化，導致坍塌。③支護材料用料不足、施工缺乏規(guī)范引起支護強度降低造成的隧道塌方。④施工中不遵循施工原則也會引起塌方事故。⑤其他原因，比如不及時襯砌、圍巖暴露過久、片幫與掉塊、坑壁無支護等。

3.2.3.2 坍塌前兆

坍塌前兆主要有：①監(jiān)控量測信息所反映的圍巖變形速度或數(shù)值超過允許值。②噴射混凝土產生縱橫裂紋和龜裂。③隧道頂部或側壁不斷掉下土塊、小石塊或構件支撐間隙不斷漏出砂、石屑。④巖層層理、節(jié)理縫隙變大、張開。⑤支撐拱架變形，支撐發(fā)出破裂聲。⑥隧道內滲水、滴水突然加劇或變渾。

3.2.3.3 預防坍塌的施工措施

預防坍塌的施工措施主要有：①先排水。在施工前和施工中均應采取相應的防排水措施，盡可能將隧道外之水截于隧道之外。②短開挖。要盡量縮短各部開挖工序間的距離，以減少圍巖暴露時間。③弱爆破。在爆破時，要用淺眼、密眼，并嚴格控制用藥量和用微差毫秒雷管爆破。④強支護。針對地壓情況，加強支護，確保支護結構有足夠的強度。⑤快襯砌。仰拱、二襯必須緊跟開挖工作面進行。⑥勤檢查，勤量測。對于已經變形或異狀的圍巖，要立即采取有效措施及時處理。

4 “滇中紅層”隧道冒頂?shù)慕鉀Q措施

在“滇中紅層”隧道施工中，在埋深較淺的地段容易發(fā)生隧道冒頂。由于云南滇中雨季時節(jié)降雨比較集中，圍巖土體內由于地下水的增多，減小了土體的內摩擦角，土體抗剪強度急劇下降，當隧道開挖至埋深較淺的地段，可能會發(fā)生大規(guī)模塌方，直至冒頂。對于隧道冒頂，應該按照以下步驟進行處理：①立即停止掌子面的施工，在有效范圍內反壓回填洞渣，阻止冒頂土體進一步滑塌至洞內，并給冒頂上方土體提供足夠的承載力，防止冒頂過程的加劇。②圈定警戒范圍，禁止不相關人員靠近冒頂范圍，防止發(fā)生次生災害。③在冒頂山體附近埋設沉降觀測點，對山體進行動態(tài)實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，馬上組織人員撤離。④在隧道冒頂范圍以外鑿截水溝，將地表水引出冒頂范圍，防止地表水浸泡松散的滑塌土體，進而對隧道內支護造成更大壓力。⑤待冒頂穩(wěn)定后，對冒頂松散土體進行鋼花管注漿處理，冒頂處土體上方安裝鋼筋網片、勁性鋼骨架，并澆筑2 m厚的混凝土形成固化殼體。⑥對隧道內掌子面進行封閉形成止?jié){墻，在封閉面打設小導管并進行注漿穩(wěn)固，對冒頂塌方后未影響地段初支面進行環(huán)向注漿加固，防止在施工處理前方塌體時影響后方已完成段的襯砌。⑦在掌子面處施做管棚工作室，在管棚工作室內施做超前大管棚支護，并對大管棚進行充分注漿，更換已經侵限的初支逐榀，處理逐漸將冒頂塌方段，并及時施做鋼支撐作為初期支護。⑧及時施做仰拱、二襯，待冒頂段二襯施工過后，且二襯強度達到100%設計強度后，回填隧道上方冒頂空腔，夯實并填筑土體高出原地面50 cm以上。在填筑土體上方施做黏土隔水層，防止地表水侵入。

5 結束語

在廣大鐵路項目隧道施工中，通過對“滇中紅層”地質特點的系統(tǒng)研究，解決了該地質條件下風化剝落、順層滑塌、塌方、冒頂?shù)瘸Ｒ妴栴}，既保證了隧道的施工安全和質量，也節(jié)約了工程成本，對以后“滇中紅層”隧道施工提供了有益的技術參考。

參考文獻

[1]郭永春，謝強，文江泉.我國紅層分布特征及主要工程地質問題[J].水文地質工程地質，2007（6）.

[2]覃仁輝，王成.隧道工程——土木工程專業(yè)本科系列教材[M].第三版.重慶：重慶大學出版社有限公司，2011.

〔編輯：王霞〕