王玉龙 （中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）
1 工程简介
后山坪隧道位于甘肃省漳县境内，隧道全长6647m，地处高中山区地貌，地形起伏较大，相对高差约650m。洞身地质构造位于拉子沟左岸基岩斜坡处，破面较陡，基岩裸露，属于西秦岭褶皱系中礼县一柞水冒地槽褶皱带。工程区域内地层为零星分布的第四系洪积、坡积以及崩积的碎石土，广泛出露泥盆系上统的砂岩、夹泥岩、页岩。
图1 塌方掌子面
图2 后方初支开裂
施工时采用两台阶法施工、光爆开挖、喷锚支护。掌子面掘进至DK160+614处时发现围岩情况发生突变，掉块现象严重，普遍有渗水。出碴完毕后及时用纤维喷混凝土封闭开挖面，在封闭过程中出现大面积滑塌，及时撤离施工人员、机械，幸无人员伤亡，最后形成一个宽约13m，长约6m，高约10～15m的塌腔。损坏钢拱架6榀，该段初支全部被破坏。后方26m初支受塌方牵引的影响，发生开裂，局部钢拱架变形扭曲。塌方及后方初支开裂图如下(图1、图2）。
2 塌方原因分析
2.1 地质原因
开挖断面的拱部全环显现斜向坡面陡坎，坡面以上地质为灰白色粉末充填物，角砾混杂，呈散状体，围岩基本无自稳能力，开挖后即从拱部出现滑塌现象。坡面以下为砂岩夹泥岩，节理裂隙发育，属于典型的高地应力硬岩软夹层地质。
2.2 围岩渗水
隧道开挖时掌子面拱部多处出现渗水，地下水对围岩具有溶解、浸泡、冲蚀、软化作用，改变了岩体的物理力学特征，破坏其完整性，加剧了软、硬岩接触面的滑动，极大的破坏了围岩的自稳能力。
2.3 设计原因
该段围岩设计为Ⅳ级围岩，采用两台阶法开挖。如该段设计为Ⅴ级围岩，采取超前预注浆加固围岩，三台阶预留核心土开挖，则可避免此次塌方。
2.4 施工原因
施工时开挖进尺较长，装药量过多，导致对周边围岩扰动过大，破环了围岩的自稳能力。
3 塌方处理措施
3.1 牵引影响段注浆加固
受前方塌方的扰动，后方影响段初支已开裂，极有可能二次塌方，本着安全第一的原则，为确保施工人员的安全，对影响段支护进行加强，采用4m长φ42注浆小导管注浆加固，间距1.2m×1.2m（环×纵）；初支内轮廓设置Ⅰ18钢架做套拱，纵向间距0.8m，每榀钢架设8根φ42锁脚锚管，长4.0m，与注浆小导管焊接牢固，并在钢架内圈施做φ22纵向连接钢筋，环距1.0m；喷射C25混凝土使套拱与原初支面密贴，形成整体，防止后方影响段变形塌方。后方加固图如下（图 3、图 4）。
图3 后方注浆加固
图4 后方注浆加固
3.2 塌体与塌腔处理
采用10cm厚C25喷混凝土封闭掌子面塌体，并在塌体上按梅花形预埋小导管注浆加固，间距1.2m×1.2m（环×纵），防止开挖掘进时发生溜塌。对塌方段预埋压浆管进行塌腔回填，压注C25混凝土，回填厚度不小于2m，再泵送吹沙处理，厚度不小于2m。施工时应根据塌腔形态及时调整压浆管位置。对塌腔注浆回填和吹沙处理应分批施作，避免在处理过程中发生因拱部压力过大出现初支变形或裂缝等情况，在拱部和边墙及塌体埋设监控量测点，及时观测。
3.3 拱部施作超前管棚
采用汽车洞外拉碴回填，以形成施作管棚操作平台，并以套拱为支撑在拱部沿开挖线打入长30mΦ108超前管棚，内设钢筋笼，环向间距0.4m。超前管棚施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。严格控制钻孔角度，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
3.4 三台阶七步法开挖支护
待管棚压注混凝土及水泥浆强度达到设计强度85%以上，采用三台阶七步法，预留核心土进行机械配合人工开挖掘进，严格禁止爆破施工。施工时配合管棚拱部设置φ42超前小导管，小导管长5m，环向间距0.4m，仰角40～45°，纵向间距2.0m，并压注水泥浆加固松散围岩体。在长管棚和小导管的保护下进行清砟施工，每次进尺不大于0.6m，并及时架设型钢套拱；拱墙设φ42径向注浆小导管，长度4.0m，间距1.2m×1.0m（环×纵），注浆加固围岩。钢架与棚架牢固连接，作为棚架支撑，循环作业一直到原开挖掌子面。
图5 三台阶七步开挖法示意图
3.5 塌方通过地段再次加强
对塌方掌子面前方开挖支护参数再次进行加强，增大初支预留变形量，开挖后拱墙设Φ42径向注浆小导管，长度4.0m，间距1.2m×1.0m（环×纵），注水泥浆以固结周边松散围岩。注浆钢管、锚杆、钢架间相互焊接牢固，使之成为一个受力整体。
3.6 做好塌方地段的排水
塌方及变形段地下水发育，注浆处理完成后，需对隧道原渗、漏水部位进行排水处理。根据现场实际情况，对渗水点打孔，采用透水软管将渗水通过初支表面引至专设的集水井待后续施工引排至纵向排水管内，汇集到中心排水沟。施工过程中严格控制施工用水，严禁施工用水及渗水浸泡边墙拱脚。
3.7 加强塌方段的围岩监控
做好施工监控量测工作，通过监控量测数据来分析和判断支护的稳定性，并及时采取措施，保证施工安全。在该段塌方处理完毕后，在拱顶、拱腰、边墙共布设5个监控点，每隔3m设置一组测点，每天量测2次。通过半个月的监测，拱顶下沉最大每天下沉量为17.2mm，半个月累计最大下沉量为128mm；水平收敛最大每天收敛量为11.2mm，半个月累计收敛量为91mm，均在允许范围内。
4 塌方处理效果
此次塌方具有很大的突然性和特殊性，塌方发生后积极采取应对措施，在保证安全的前提下对塌方进行抢险施工。因方案正确，应对及时，在短短的30多天里即顺利、安全的渡过塌方段，在施工过程中未出现二次塌方和伤人事件，虽对工期和施工成本造成了影响，但治理措施是可行的，从量测情况来看，隧道的拱顶下沉、水平收敛得到有效控制，支护结构受力趋于稳定。因此可以认为此次塌方处理方案符合实际，施工工艺得当，施工质量满足要求，塌方处理效果良好，证明该隧道塌方处理方案是成功的。
5 预防塌方的措施
5.1 超前地质预报
超前地质预报是复杂软弱围岩隧道超前预判、及时决策、探明、规避突发性地质灾害的重要技术手段，是高风险软弱围岩长大隧道施工成败的关键。施工中严格将超前地质预测预报纳入隧道施工工序，坚持“综合探测、相互验证、先探后干、有疑必探”的综合超前地质预测预报原则。做好这项工作不但可以规避化解地质灾害的发生，而且为提前制定合理施工预案提供了可靠依据，为隧道实现安全、快速、高效施工提供了可靠的技术保障。
5.2 超前支护及预注浆
超前小导管具有初期支护效果明显、施工性好、安全性高的特点，在开挖过程中，超前小导管及预注浆将起到良好的抗拉、抗剪作用，增大围岩结构面的摩擦，加强围岩的稳定性，有效控制层理间的滑动破坏，预注浆也可以有效的控制地下渗水对围岩面的破坏，保证施工安全。
5.3 加强围岩监控量测
对于地质情况较差的软弱围岩，应做到多台阶、短进尺，弱爆破，严格控制超欠挖，采用三台阶七步开挖法施工，预留核心土，缩小开挖面。对已经开挖支护地段一定要加强围岩监控量测，如发现变形速率持续不收敛，或初期支护结构有变形迹象，应该及时采取措施，可较好的避免塌方。
6 结语
本次隧道塌方处理方案经实践证明是成功的，效果明显，顺利安全地渡过了塌方地段。隧道坍塌是最容易造成施工安全事故的原因，而隧道坍塌的处理更是危险作业。因此，只有方案正确、处理及时、组织严密、措施得力，才能使隧道塌方抢险顺利安全的完成。
隧道塌方处理必须争分夺秒，及时制定正确合理的处理方案。并且应以人为本，安全第一的原则，正确分析塌方原因和可能的发展趋势，如可能影响后方已支护段安全，则应先对后方支护段进行加固处理，保证施工人员安全，再对塌方段进行处理。
塌方处理应遵循“管超前、短开挖、非爆破、少扰动、早喷锚、严控水、强支护、勤量测、早封闭”的原则。对塌体一般不宜直接清理，不宜进行爆破施工，应采取人工配合机械施工，减少对围岩的扰动，避免塌腔的扩大。塌方的处理应一次处理到位，避免二次处理。塌方处理过程中应加强监控量测工作，对变形较大或出现异常的部位应及时采取措施。制定并实行塌方应急预案，保证施工人员的安全。从监控量测数据及施工现场情况来看，本次隧道塌方处理是合理、安全、可靠的，对今后同类隧道的塌方处理有一定的借鉴意义。
