岩溶隧道塌方冒顶处理技术

张忠义ZHANG Zhong-yi

（中铁二十局集团第二工程有限公司，北京100097）

0 引言

岩溶是面临的施工难题，岩溶对山岭隧道的危害主要表现在：洞害、水害、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表塌陷。在岩溶区山岭隧道的施工过程中，采用合理的施工技术对隧道安全施工有着重要的作用。大独山隧道溶洞冒顶处理技术论述了隧道溶洞冒顶的处理设计、施工方法和技术措施。

1 工程概况

大独山隧道全长11882m，最大埋深380m。大独山隧道可溶岩长度为9063m，洞身断层破碎带发育，发育区域断层7处，物探解译断层11处，可溶岩与非可溶岩接触带6处，下穿暗河1处，隧道最大涌水量为170000m3/d。隧道通过可溶岩段岩溶、岩溶水及断层破碎带极可能发生突水突泥现象、地表塌陷等现象。

2 塌方冒顶情况描述

2013年5月1日，大独山隧道平导施工至PD1K854+257时，掌子面溶蚀破碎岩体局部挤出，并引起拱部软弱围岩滑溜，形成一高约10～15m，环向长约4m，纵向长约2m的空腔，地表出现塌陷。5月5日～6月8日当地降雨较大，大量地表水涌入洞内，掌子面围岩软化，呈块状及泥土状，掌子面涌出泥土达1000方左右，将平导掩埋长约350m，地表陷坑进一步扩大，深度分别约为15m及30m，直径20～45m不等。地表陷坑观察，岩体挤压揉皱严重，多呈碎块及粉末状。

3 塌方及冒顶发生原因分析

①岩溶及岩溶水发育是主因。此塌方段地质为灰黄色薄～中层状泥页岩，节理裂隙发育，溶蚀破碎严重，基岩裂隙水发育，地表沟水顺节理裂隙下渗与平导洞内连通，洞内多呈股状及淋雨状流出，围岩呈饱水状态，岩体遇水浸泡后软化较快，部分泥化，围岩稳定性差。②持续降雨对隧道施工影响较大。由于隧道上方岩体节理裂隙发育，地表水很容易渗入，尤其是出现地表裂缝后，地表水可以迅速渗到洞内。又正处于雨季，连续的降雨增加洞顶荷载，使洞顶围岩自稳能力变差。

4 塌方冒顶处理

4.1 总体方案 按照先地表后洞内的顺序处理。在处理地表前用洞碴对掌子面进行回填反压以防止塌陷进一步扩大。先对塌陷区上游地表水进行引排并将塌陷区内的积水抽排干净，在塌陷内积水抽排后对塌陷穴进行分层压实回填并对回填体进行注浆加固。洞内清淤后对塌方腔内松散土石及掌子面前方进行周边注浆补强加固。然后再采用不开挖工作室的跟管大管棚及预留核心土工法开挖等技术方案，同时加强超前地质预报、监控量测等措施确保安全顺利通过。

4.2 地表处理 地表水临时引排：在既有河沟上游100米处采用沙袋堆码挡水墙，并埋设3根φ600PVC管，将冲沟水引至下游。塌腔处理：①先将塌腔内积水抽排干净后对塌腔填充物进行整平，并对填充物进行Ⅰ期钢花管注浆加固，钢花管采用φ75钢管，钢花管施工至拱顶以上4m。钢花管采用60cm×60cm梅花型布置。大约长29.5m。注浆采用1:1水泥浆。②将附近的山包移挖做填，分层压实回填至原有水沟顶面。回填后对开挖段边坡进行防护，并在堑顶修截水沟。边坡防护采用喷锚网护坡。③陷坑回填至改移沟顶后，进行Ⅱ期沟底注浆固结止水。注浆采用φ75钢花管，钢花管长9m。钢花管采用60cm×60cm间距梅花型布置。注浆采用1:1水泥浆。④水沟铺砌：由于上游汇水面积较大，有两条沟的水汇集到此处，采用底宽3m，1:1边坡，高1.5m的水沟。水沟先做一层10cm厚的喷射C25混凝土，然后铺设一层防水板，然后采用30cm厚的浆砌片石铺砌。待洞内开挖通过后拆除临时排水管道恢复地表水沟。

4.3 洞内处理

4.3.1 注浆加固 PD1K854+247～+297段采用超前周边注浆加固。①注浆参数：单孔有效扩散半径2m，孔底间距3.0m；注浆范围为隧道开挖轮廓线外5m；注浆终压为1.5～2.0MPa；注浆开孔直径不小于108mm，终孔直径不小于90mm；每循环注浆段落30m，每循环搭接5m。②注浆材料及配合比。注浆材料主要为水泥浆液，水泥水玻璃双液浆主要在封孔或涌突水时用。水泥：32.5号普通硅酸盐水泥；水玻璃：波美度 Be'=40；水泥浆水灰比＝0.8～1：1；水泥浆：水玻璃浆液=1：0.8。③超前周边注浆施工。注浆采用前进式分段注浆施工。在施工过程中总体上按照先外圈后内圈、先浅孔后深孔、由外而内的顺序进行施工，钻孔开孔直径不小于108mm，终孔直径不小于90mm。第一循环钻至12m进行注浆作业，第二至四循环分别钻进为19mm、24.5m和30m，注浆一次。

4.3.2 加强超前支护 PD1K854+257～+297段拱部设置2环25m大管棚加强支护，钢管采用φ108钢花管，管棚壁厚6mm，环向间距50cm，搭接5m，每环18根。采用水泥浆注浆，注浆压力控制在1.0～2.0MPa。

大管棚施工技术要点：①不开挖管棚工作室。由于塌方冒顶级地质情况较差，为确保施工安全，不开挖管棚施工的工作室，而是采用在临近塌方冒顶掌子面的拱架内侧通过支架安装管棚的导向管，导向管下设置拱架作为管棚套拱。②导向管安装。测量放线定点后进行导向管定位，安装1m长导向管，导向管与钢拱架焊成一体，保证导向管稳固牢靠，并用全站仪准确测量其角度及方向，确保与设计值一致。③套拱施工。在导向管下面安装I16拱架作为套拱拱架，将I16套拱拱架焊接在初支的I16拱架上，在焊接处增加锁脚锚杆，对PD1K854+257～PD1K854+258段进行喷射混凝土施工，形成整体。④根管钻施工。1）大管棚作业平台及施工角度。根据大管棚角度，将通过钻杆向后延伸在确保钻机操作空间的前提下确定钻机的位置、方向，利用方木搭设作业平台。钻机选用MK-5型钻机，钻孔直径最大可达到130mm。注浆泵采用双缸双作用注浆泵，选用YZB-100/9液压注浆泵，其排浆压力可在0～9MPa调节。2）利用跟管钻施工φ108管棚，管内设钢筋笼（4根φ18钢筋）增加大管棚刚度，注浆浆液采用水泥净浆，注浆压力控制在1.0～2.0Mpa。

4.3.3 锚喷支护加强 PD1K854+257～+297段采用Ⅰ16型钢钢架锚喷封闭成环，间距50cm，每榀钢架拱角设置2根Φ42锁脚小导管，单根长3m。

4.3.4 预留核心土工法开挖 因塌方回填体较高并且自稳能力较差，塌方跨度较大。PD1K854+257～+297段采取预留核心土工法开挖，将开挖断面变小，在开挖过程中支撑拱架尽早封闭成环。开挖时每循环进尺控制在0.5～0.6m之间，锚喷支护做到随挖随支。塌方段通过后再根据掌子面围岩情况确定开挖工法。

4.4 施工安全注意事项 ①加强监控量测。②未塌方地段加固时不破坏原有支护结构。③做好地表沉陷处的安全防护，专人看守，杜绝非施工人员进入塌陷区域。④开挖严格按照预留核心土工法进行。

5 实施效果

大独山隧道平导塌方冒顶处理历经90天完成了塌方段的开挖及锚喷支护，整个施工过程安全顺利，最大拱顶下沉量为85mm。

6 结语

本文介绍的喀斯特地质条件下高速铁路的塌方冒顶处理技术对于今后地质复杂条件下的铁路隧道建设具有一定的指导和参考意义。

[1]孙连伟.通过隧道塌方冒顶段施工技术[J].隧道建设，2009，29（3）：229-341.

[2]何成滔，王小林，肖鹏飞.浅埋偏压段隧道塌方综合处理技术[J].铁道建筑，2010（11）：54-56.

[3]杨杰.新建包西铁路东山二号隧道塌方工程地质特征分析[J].铁道建筑，2011（1）：24-26.