隧道塌方应用技术

采用护拱法处理隧道塌方应用技术

摘要：结合甘肃省引洮水利引水隧洞工程实例，分析了隧道拱部造成塌方的原因，提出了治理方案，主要介绍了护拱法施工过程及施工安全措施。

关键词：护拱 应用 一、工程概况：

甘肃引洮工程磨沟峡段为总干渠3#隧洞中间段，由两个斜井组成，正洞桩号为9+800-15+300，长5500m，设计为围岩类别为Ⅲ-Ⅴ类，采用全断面开挖，支护形式为,Φ22L-2.5m锚杆、I16钢拱架、φ6.5@200×200mm钢筋网片、喷射C20砼进行支护。Ⅲ类围岩洞段采用局部锚杆、局部网片和喷射砼10cm；Ⅳ类采用系统锚杆、拱部网片、喷射砼15cm；Ⅴ类采用钢拱架、系统锚杆、拱部网片、喷射砼15cm及Φ22L-4.5m超前锚杆或Φ48L-4.5m超前管棚进行联合支护。

二、地质情况：

主要为三叠系（T2）青灰色变质砂岩与泥钙质板岩，为软硬互层，层间错动剧烈，岩体较破碎，为Ⅲ类围岩，洞身地下水一般呈滴渗状态，局部线状流水，灰岩段有暂时性涌水。

三、塌方情况：

隧洞正洞磨沟峡斜井上游侧施工至9+980-975时，在掌子面开挖后地质围岩观察中发现，沿隧洞右侧拱部与洞身纵向平行的断层，并伴有渗水，项目部随即决定采用钢拱架配合超前小导管进行加强支护，还没有及时进行加固处理，拱部发生了塌方，塌方高度为2-3m，长度为8m，宽度为4.5m左右，由于塌方段围岩不断出现掉块，处理进度缓慢。第二天，又一次出现滑塌，塌量约40m,为处理塌腔增加了难度。

四、原因分析： 1、主观因素：

（1）、项目部对隧道施工的安全和质量重视不足。在业主要求的工期日益逼近的情况下，在指导思想上过于偏重进度，对质量和安全要求有所放松，致使很多基础工作做的不扎实，留下质量及安全隐患，没能做到稳中求快。

（2）、支护质量难以达到设计要求以及围岩欠挖（支立钢拱架欠挖满足不了二衬厚度）。 前期在支护质量上，我们只重视保证拱架的质量而忽视了对锚杆、网片、喷砼、尤其是锁脚锚杆的质量控制，使整个支护系统形成不了一个整体（底拱没有施工）。支护方面的要求也只是定性而非定量。对支护不到位的现象，在管理上也存在得过且过的心理。由于支

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护质量多处不到位，存在质量隐患，最终导致隧道出现喷砼开裂、甚至出现小型塌方。

（3）、对围岩量测重视不足也是造成滑塌的一个因素。虽然我们在后期加强了围岩收敛量测，但是由于对围岩量测数据重视不足、分析不彻底、经验不足以及对关键部位监测不及时及始终抱有一丝侥幸心理，因此量测对整个隧道支护情况缺乏指导性和预见性。

2、客观因素：

隧洞围岩较为破碎，隧洞右侧边墙及拱部在开挖过程中一直不好，针对这种情况，我们并没有制定有效的对策。

（1）、围岩实际情况与设计相差较大，初期支护过于薄弱。

设计该段地质情况为III类围岩（II型断面）开挖，但是在施工中该段围岩一直不好，虽然在施工中已按设计IV类围岩的支护形式加强了支护，但是由于节理裂隙发育，部分张开，有的夹杂较厚的泥岩，并有渗水，因此采用钢拱架支护加系统锚杆网喷混凝土难以适应围岩。爆破后，围岩自稳时间短，来不及喷混凝土就发生局部剥落或牵连性的小塌方，以致超挖严重，支护面凸凹不平，围岩变形难以得到有效约束，最终难以收敛，围岩局部变形应力荷载和松动区荷载不断加大而导致支护失效。

（2）、地下水流量增大引起围岩软化膨胀，变形增大，应力释放剧增，最终导致拱顶坍塌。

五、制定塌方治理方案：

在9+980-975施工中，由于岩体较破碎，加之地表下渗水的长期侵蚀，隧洞多处渗水，呈面状洇湿和滴状、线状出水。现场观察围岩所夹泥岩层易风化、剥落，砂岩多破碎呈块径约30cm的岩块，局部易沿不利节理面变形、塌方。在爆破出碴后不久，拱顶就开始有掉石现象。在IV类围岩初期支护后，随着隧道拱顶、边墙开始渗水，初期支护地段逐渐产生变形，严重时出现裂缝及局部坍方。

2、总体施工顺序和原则：

总体施工顺序：加强坍腔两侧初期支护、加固支护右侧通道，先由里向外强支护、作护拱、形成稳定初期支护。

施工原则：在确保坍腔前后和右侧的绝对安全下，左侧坍腔施作按照短进尺、强支护、早封闭原则施作。要严格控制初期支护的安全和质量。

1、坍方处理主要技术实施与实施步骤

1）、 在临近塌腔外围采取措施，以稳固坍方影响区，防止坍方扩展 （1）设立两侧监控网点，随时反馈信息，掌握坍方变化情况；

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（2）加强原有支护，对坍方范围前后的原有支护进行加固，以防止坍方继续扩大。 （3）注意加强观测初期支护局部裂缝的发展，以便于及时处理；

2）、在坍方范围内的顶部与侧壁危石及大裂缝，先行清除。由下而上实施素喷钢纤维混凝土封闭坍腔裸露面，初步稳定坍墙围岩；

3）、拆除已损坏的钢拱架，没有拆除的部分补打锁脚锚杆以加强围岩稳定性。 4）、坍腔部分为防止回填物过重致使拱架和衬砌局部受力过大，在坍腔内采用径向支撑（可利用已拆除的工字钢）支撑坍腔内的岩壁，同时焊接钢筋加密网片或加备板形成封闭坍腔；

5）、封闭底拱。

拱部塌方支护形式如下图所示：

2、施工质量存在问题。

主要是光爆效果不佳，轮廓不圆顺；钢拱架背后超挖回填不密实，初期支护不能紧贴围岩；锚杆施作不能垂直岩面、锚杆全长锚固饱满度、密实度较差，设计没有锚杆垫板，锚固效果差；量测信息反馈不及时。

3、处理措施：

（1）、对于临近坍塌段落9+980～9+995长15m的围岩，由于变形量较大，但还没有坍塌，采取小导管注浆方式给予加固，以稳定围岩，防止坍塌范围继续扩大。注浆小导管长度4.5m，起拱线以上环向布置，间距0.3ｍ，采用双液注浆。

（2）、已坍塌地段对坍塌岩体采取喷钢纤维砼进行封闭，厚度20cm，根据围岩情况可分层喷砼；待围岩稳定后打设锚杆，锚杆要求Ｌ-4.5ｍ，＠0.8*0.8ｍ，并挂设网片20*20cm，

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再喷砼厚20cm，以维持坍塌围岩稳定。确保下面作业人员的安全。

对于此次坍腔较大部位，可支立拱架，增加喷砼厚度以形成拱壳，而后在其后浇筑钢筋混凝土护拱或增设径向支撑，待稳定后，再施工下一循环。

（3）、清理、摊平碴体，满足支护台车作业净空要求。要确保拱架直腿段能支立在基岩面上，同时在支护地面放置双榀I16焊接成体的纵梁，长度5-6m。

（4）、按2榀/m支立I16型钢拱架。

（5）、焊接拱架间连接筋，环向布置、间距不大于50cm，由于拱顶连接处较为薄弱，应在每两榀拱架间的拱顶部位设弧长不小于2m的Ф22钢筋＠0.1m，平行于拱架布置，便于连接处喷射混凝土后的锚固加强。

（6）、架立、焊接拱架后的钢筋网片，网片为双层，网格间距20*20cm。

（7）、喷射混凝土，厚度为50cm，起拱线以上需多次分层喷射至要求厚度。同时环向留置天窗，每个循环不少于2个，形成护拱。

（8）、安设径向支撑，采用I16，与拱架焊接，紧贴岩面，支撑牢固。 4、其它施工注意事项：

（1）支立拱架前必须对净空尺寸进行检测，保证衬砌设计厚度。

（2）对已支护完的拱架要检查净空收敛及拱顶沉降。每支护循环埋设检测点不少于1个，每天观测两次。数据及时整理分析。

（3）每一支护循环立足于循“序”渐进、“稳”中求进。 5、人员组织与安排

为便于抓住围岩较为稳定的有力时机，随时应对意外情况，项目部和施工队主要管理人员实行24小时值班制度。同时，做好技术交底和施工方案传达工作，使工班长和工人对每一步的工作都心中有数、标准明确。同时，根据各工序标准和要求配备足够的人力和设备。详见下表：

支护循环资源配备表 序号 1 2 3 4 工班组 拱架支护工班 喷砼工班 钢筋加工安装工班 杂工班 六、预防塌方的体会

1、重视地质，对围岩状况要进行动态分析

人员 12 12 5 6 设 备 4台焊机、气割 4台喷砼机 2台焊机 焊机、气割 备注 临时加固任务 4 / 5

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隧道与地下工程设计是根据代表性的地质勘探资料进行的，若钻孔较少，设计图纸就不能描绘出整条隧道的地质状况，依此隧道的支护设计只能称为预设计，设计的适合程度最终要通过施工开挖得以验证，因此，设计除了要重视施工前的地质勘探结果，更要重视施工中得出的地质验证结论，在地质有变化要及时变更设计。

2、为防止塌方，在施工过程中，应加强施工技术管理，保证围岩及支护的稳定。并做到：

（1）加强围岩量测及地质的超前预报工作，发现开挖面前方有异常情况出现时，应及时研究并采取相应对策措施；

（2）软弱围岩、特殊岩土和不良地质地段，应采取正确的开挖方法及有效的支护手段，并严格遵循软弱围岩的开挖原则。

（3）要充分重视地下渗水量的变化对围岩稳定性的影响。对具有贯通性节理、裂隙发育、岩石遇水软化、膨胀性强的围岩对其地下渗水更应该认真对待。

3、隧洞施工应符合下列规定

（1）应根据锚喷构筑法的基本要求进行开挖，合理选定开挖方法，同时采用光面爆破和预裂爆破技术，减少对围岩的扰动；

（2）严格按照设计文件及施工组织设计要求进行施工，未经批准，不得擅自改变开挖方法及支护形式；在开挖过程中，发现任何特殊情况发生时，应暂停施工，待处理后方可继续掘进；

（3）认真进行支护作业，确保支护参数和质量达到设计要求。初期支护必须及时施作并保证质量，在特殊情况下，应采取特殊的支护措施。

（4）要重视和认真开展监控量测工作，并及时反馈量测资料，指导施工。

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