陡咀1号隧道左洞断层破碎带冒顶处治

陡咀 1号隧道左洞断层破碎带冒顶处治

张猛

中铁十四局三公司昆楚高速项目部 650000

摘要：本文针对云南新昆楚高速公路陡咀1号隧道施工过程中左洞发生的掌子面冒顶，介绍了大断面隧道在地质极差的情况下快速处治通过冒顶段落的方案。

关键词：大断面隧道 断层破碎带 冒顶

1、工程概况

陡咀1号隧道为双向分离式隧道，其中左洞起止里程为ZK39+245～ZK40+570，共1325m，断面最大面积169㎡，洞身埋深8m～210m，为大断面长隧道。隧道围岩主要为强～中风化砂岩、辉绿岩及泥质粉砂岩互相交叉侵入，地质情况复杂，岩体破碎，层间结合力差，自稳性差。隧道区域附近发育陡咀断层，呈南北走向，全长约6公里，断层附近有基性岩侵入体，路线走廊带内断层附近褶皱发育，岩层产状变化较大，岩石节理发育。

左洞掌子面施工至ZK40+168里程，在初期支护完成后、准备开挖之前掌子面突然发生垮塌冒顶，塌方体压垮4榀初支拱架，垮塌后掌子面后方1m范围内初支局部有裂缝，其他初支未见明显沉降和裂缝，塌方体以泥岩及粉质砂岩为主夹杂大量碎块状强～中风化砂岩，塌方体方量约650m³。该里程隧道埋深约70m，隧道洞顶地表发现塌坑（长度约16m，宽度约13m，最深处约4.5m），塌坑位于冲沟内，中心里程与洞内掌子面里程基本一致，位于隧道拱顶正上方，塌坑地表土层平均厚约5m。

掌子面围岩设计为Ⅳ₃，衬砌类型为SF4a，超前支护为Φ42*4小导管，长4.5m，环向间距30cm，拱部120°布置，每4榀一循环（3.2m）；钢支撑为I18工字钢，间距80cm；Φ25径向中空锚杆，长3.5m，间距1*0.8m（梅花形布置）；φ8双层钢筋网片，网格尺寸0.15 m *0.15m；喷射混凝土厚度为25cm。

2、原因分析

2.1、地质因素

掌子面开挖揭示该段围岩主要为块状强风化砂岩及泥质粉砂岩，且含泥量较大，岩质较软，岩体呈块状～碎块状镶嵌结构发育，节理裂隙发育，泥夹石碎块状互层发育，局部孤石发育，层间结合力差，自稳能力差，局部有基岩裂隙水渗出。

结合隧道围岩情况分析，受隧道爆破施工影响，拱顶松散岩体稳定状态遭到破坏，加之降雨影响，岩体中含水量增加，在水的软化作用下，岩体粘结力及层间结合力降低，内摩擦角值减小，岩体强度减弱、自重增加，致使岩体稳定性变差，从而导致坍塌。

2.2、施工因素

施工过程中洞身爆破开挖造成岩体扰动，打破原有平衡稳定状态，加之围岩突变，未能及时调整开挖工法及加强支护。

2.3、设计因素

设计图纸说明中有关于陡咀断层破碎带和洞顶冲沟描述，但未明确断层与隧道区域空间位置关系及影响，设计隧道穿越冲沟的里程与现场实际不对应，隧道顶山体地形与设计剖面地形也有不符，不能有效指导对现场围岩情况进行准确研判，未提前采取有力措施。

3、处理措施

3.1、洞顶塌坑处治

依据现场地势对洞顶塌坑进行顺坡回填轻压（严禁震动），填料为6%石灰土，在接近表层设置50cm厚隔水粘土层，并采用腐殖土或种植土进行覆盖，以便后期复绿，回填完成后在塌坑顶面覆盖防雨布。地表塌坑外周边1m范围内设置截水沟，以引排坡面汇水至塌坑外侧，截水沟断面尺寸为0.8m*0.8m，底部采用水泥砂浆封闭，防止降雨浸泡坑洞内土体导致洞内围岩稳定性遭到进一步破坏，影响洞内处治方案的实施和洞身安全。

3.2、洞内掌子面反压封闭

在塌方体基本达到稳定状态后，采用洞碴对掌子面进行反压回填，修筑操作平台，并采用喷射混凝土对塌方体进行封闭，进一步保证塌方体整体稳定。

3.3、掌子面后方初支注浆加固

在掌子面后方10m范围内已施工初支面打设Φ42*4径向小导管（间距1*0.8m，梅花形布置），进行二次注浆加固，稳固后方初支，同时在初支上增设监控量测点，加强沉降观测，确保冒顶处治施工安全。

3.4、冒顶段处治措施

因隧道埋深较深、塌方体积较大且穿越冲沟（洞身跨越冲沟长度约12m）和断层破碎带，围岩自稳性极差，为确保安全顺利通过冒顶段落，经现场方案论证后，决定采用洞内大管棚配合局部超前小导管注浆方案进行处治，同时采取缩小初支拱架间距，增大拱架型号，增加二次衬砌厚度和配筋等措施。考虑松散体中普通管棚施工工艺成孔困难，采用Φ108*6mm自进式管棚配合偏心钻头进行施工（原材料为热轧无缝钢花管，管节长1.5m，管节间采用丝扣套筒连接），管棚具有梁和注浆导管双重作用，长18m，环向间距中至中40cm，拱顶环向120°范围内布设，局部再配合超前小导管（Φ42*4无缝钢管）注浆，浆液采用水泥水玻璃双液浆，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa。通过注浆有效固结拱顶2～3m范围内松散体，在拱顶松散体中形成一个连续性固结壳体，起到缓冲垫层的作用，提高超前支护的抗劈裂能力。

开挖工法采用三台阶预留核心土法，单循环开挖进尺控制为1榀（0.5m），施工过程中加强监控量测，根据沉降情况及时动态调整预留沉降量和支护参数，确保二衬厚度。

初期支护钢拱架型号由原设计I18调整为I22型，间距由0.8m调整为0.5m，锁脚小导管由原设计单排调整为双排，小导管采用Φ42*4无缝钢管，长4.5m，锁脚小导管与钢拱架连接采用Φ25“U”型钢筋焊接牢固，钢拱架拱脚采用槽钢垫实。

冒顶处治过程中，增加洞内外沉降观测频次，开挖面初期支护及时闭合成环，加快仰拱及二衬施工进度，后续工序的及时跟进也可保证冒顶处治段能够尽快闭合成环，提高整体稳定性。

冒顶段在处治过程中局部有渗水现象，该段落采用分区防排水系统，处理方式如下：①采用Ф110环向波纹管加密单独引排至隧道设计清水沟；②初支设置Ω型弹簧管引排至纵向排水管，通过横向排水管引排至清水沟；③隧道衬砌环向施工缝采用中埋式止水带及HDPE自粘胶膜防水卷材，纵向施工缝采用背贴式塑料止水带。

冒顶段处治通过后，在该段落单独设置一模二衬，在该二衬前后端全环设置沉降缝，沉降缝宽度2cm，采用沥青麻絮填塞。

4、总结与建议

（1）断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质现象，是造成隧道塌方、大变形、突涌水等施工地质灾害的主要原因，对隧道围岩稳定影响极大。隧道施工前应认真分析研究设计地质资料，确定断层破碎带走向与隧道中心线的夹角和断层破碎带倾向、倾角与隧道的空间关系，分析对隧道施工的影响，提前联系业主、设计、监理等对现场情况进行研判，采取有力措施，以避免出现塌方或其他灾害。

（2）隧道施工过程中发现掌子面围岩发生突变时，需关注隧道实际埋深、开挖揭露岩层情况及地表地形地质情况，结合超前地质预报，及时调整开挖工法及爆破参数，加强超前支护，缩短进尺，加强洞内外监测。

（3）隧道掌子面发生塌方冒顶时，应先详细调查塌方的范围、形状，塌坑及周边的地质情况及构造，塌坑与隧道轴线的位置关系，隧道实际埋深，塌方体岩质组成，并与设计的基础资料相对较，总结分析原因，进而制定合理处治方案。

（4）隧道新奥法施工是一个动态的过程，监控量测是隧道施工的至关重要的环节之一，需切实落实各项方案措施，及时预报围岩变形情况，总结围岩变形规律，发现异常，及时预警，有效指导现场施工。

5、结束语

本文针对隧道中型塌方冒顶，介绍了洞内自进式管棚配合局部超前小导管注浆处治方案。通过管棚和小导管注浆在隧道塌方处拱顶形成固结壳体，同时采取缩小钢拱架间距，加强二次衬砌，进行洞外地表处治等措施，顺利通过了冒顶区域。经监测，初期支护及地表沉降量均较小，该处理方法可为类似隧道冒顶处治提供参考，但还需结合现场实际情况制定安全可行的施工方案。

参考文献：

[1]隧道断层破碎带施工技术[J]. 杨继转, 陈东. 中国新技术新产品, 2010(14)

[2]隧道工程开挖支护技术分析[J]. 辛丙辉. 山西建筑. 2018(30)

[3]浅析隧道塌方段处治施工技术[J]. 吕伟. 科技信息, 2011(05)