软岩隧道塌方处理.docx
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软岩隧道塌方处理
软岩隧道塌方处理
软岩隧道塌方处理
中铁隧道集团二处有限公司巫奉A15合同
巫奉A15合同马垭口隧道右线
塌方处理建议方案及后续施工控制措施
一、施工情况
1、设计情况
马垭口隧道YK34+610-YK34+670段原设计为IV级围岩，施工时进行了设计变更，按V级围岩S5b型衬砌断面进行施工并对支护进行加强，相关参数如下：
（1）拱部Φ42超前小导管L=300cm，环向间距40cm，每环37根，纵向每2
榀打设一环。
（2）全断面I18型钢支撑，纵向间距75cm。
（3）拱墙Φ22药卷系统锚杆，L=300cm，纵、环向间距75×100cm；上、下台
阶拱脚处每处各增设2根Φ32锁脚锚杆，L=450cm。
（4）预留变形量20cm。
（5）衬砌按S5b形式设臵。
根据地质情况YK34+670以后，按照V级S5a型衬砌断面进行施工。
2、隧道施工情况
（1）地质情况
YK34+610-YK34+670段距离进口620-680m，埋深约100m，正处在背斜与向斜的转换地段，岩体挤压严重、节理发育、切割破碎；围岩为泥岩，泥质胶结，自稳能力差；施工过程中，围岩湿润有沁水，无较大的线状出水。
在上断面掌子面YK34+672.25处的右下方出现一股状涌水，初期水量70m3/h，后有明显增大的趋势，达到100m3/h，目前无衰减。
（2）开挖及支护方法
隧道按照管超前、短进尺、初期支护快速封闭的原则进行施工。
开挖循环进尺1.5m，每循环严格按照设计施工超前小导管并注浆，钢支撑间距75cm，误差严格控制在规范规定范围内。
上断面弱爆破，预留0.2-0.5m的周边层，周边层采用人工风镐开挖，下断面以反铲开挖为主，局部弱爆破。
微台阶法施工，上台阶长度4-7m，高度4.5m，下台阶高度4m，与仰拱之间的距离控制在10m左右，
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中铁隧道集团二处有限公司巫奉A15合同锁脚锚杆在拱架安装时施作，系统锚杆在喷射混凝土后进行，下断面两侧错开2-3m，仰拱一次开挖长度4.5-6m。
上、下断面错开平行作业，每循环时间12-16h，平均日进度2.5m；仰拱紧跟，上下断面每完成3-4个循环进行一次仰拱施工。
自上断面开挖至初期支护仰拱封闭成环约6-7天。
（3）衬砌施工情况
模筑混凝土衬砌施工紧跟隧道仰拱填充进行，与仰拱填充距离25-35m。
衬砌每循环施工进尺9m，每循环时间30-36h。
3、监控量测情况
YK34+630.0-YK34+670段开挖后变形持续较大，最大处的沉降达到1474mm，此段初期支护已经不同程度的侵入二次衬砌净空。
此段的变形特点为：
拱顶的沉降值大于周边水平位移值。
上断面开挖后变形发生突变后呈缓慢下降趋势，下断面及仰拱开挖时有明显的增加，后呈缓慢下降趋势，但收敛速率持续较大；在坍塌前2天出现一次突变，沉降值超过300mm/d，2天后发生坍塌。
YK34+630.0-YK34+670段典型初期支护变形情况见下图：
隧道初期支护变形情况图
初步判定，沉降出现最后一次突变时，初期支护结构已经基本破坏。
随着围岩压力的增加，最终导致坍塌。
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典型的初期支护变形数据统计见下图表：
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沉降回归分析图
YK34+643.3时间-累计沉降关系图
YK34+651.7时间-累计沉降关系图
4、针对初期支护变形较大情况采取的主要措施
（1）对初期支护加强、变形侵限段换拱
针对隧道初支出现局部开裂及7月27日YK34+643.3断面沉降值加大的现象，施工单位与业主代表、设计代表现场协商确立了对YK34+610-YK34+670段初期支护进行加强的施工方案。
该段在拱顶130°范围内增加Φ42径向小导管注浆，环向间距200cm，纵向间距150cm；小导管长度L=350cm；注浆采用注水泥浆，注浆压力0.5~1.0Mpa，水灰比为0.5~1：
1；对初期支护变形较大已侵限部位进行换拱处理，换拱施工前先对原初期支护钢支撑进行加固。
每榀钢支撑拱腰及拱顶连接处各增加4根Φ32锁脚锚杆，L=400cm，每榀共增加12根；与所换钢支撑前、后相邻的钢支撑采用Φ22钢筋纵向连接，环向每端各设1根，
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中铁隧道集团二处有限公司巫奉A15合同L=200cm，每环2根；换拱段增加超前小导管注浆，Φ42小导管参数：
L=300cm，环向间距40cm，每环13根。
（2）增加护拱施工
8月1日隧道初支在YK34+640至YK34+660段开裂明显，伴有初喷混凝土剥落、掉块现象发生。
YK34+647至YK34+651段右侧拱腰位臵钢支撑变形。
出现上述情况后，当日立即进行护拱安装作业，护拱采用I18b型工字钢，纵向间距100cm，Φ22连接钢筋环向间距100cm设臵。
至8月3日凌晨变形情况恶化停止施工，人员、设备撤离，此前该段共增加护拱施工5榀，里程YK34+646-YK34+650。
二、坍塌情况
1、坍塌过程
2007年8月1日，马垭口隧道右线YK34+645处拱墙初支钢支撑发生断裂，初喷C20混凝土表面严重开裂，边拱墙初喷混凝土出现剥落现象，量测显示日最大沉降值339mm；同时掌子面处右侧上方出现一股涌水，涌水量约为1.73m3/min。
针对此种情况，8月2日，项目部组织人员对YK34+646至YK34+650段增加了套拱施工，套拱纵向间距1m；对掌子面涌水设臵了集水坑进行抽排。
8月3日早晨8：
08时，YK34+645至YK34+655段拱顶初喷混凝土大块剥落，拱顶开始塌陷，持续塌方约13分钟。
通过现场塌方渣堆情况分析，塌方里程估计在YK34+645.5-YK34+665.5（下断面终点里程）段，长度20米。
塌方段隧道埋深约100米，塌体为破碎泥岩。
2、掌子面各工序的情况
塌方前，随到各施工工序的里程如下：
上台阶掌子面开挖里程YK34+672.25，下台阶左侧YK34+662.5,右侧YK34+665.5，拱边墙初期支护与开挖同步;仰拱初期支护里程YK34+658；正式仰拱施工里程左侧YK34+615，右侧YK34+618。
塌体封口里程YK34+645.5，渣堆坡脚里程YK34+634。
3、塌方原因分析
塌方段地质条件差，围岩极为破碎，开挖后隧道初期支护的拱顶沉降及周边收敛持续较高，在变形过程中围岩松动圈不断扩大，初期支护无法承受扩大后松动圈范围内松散岩体自身的压力，隧道初支喷射混凝土从局部受压变形到大面积
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开裂、剥落、掉块，喷射混凝土与钢支撑剥离，工字钢折弯变形、失稳，最终导致塌方。
另7月29日下午16时至次日凌晨3：
40时区域内持续暴雨，掌子面出现大量涌水，水量约100m3/h，塌方体处伴有大量涌水出现，也是引发坍塌的主要原因之一。
坍塌前各工序关系见下图
4、教训
作为施工单位主要教训为应变能力差，虽然采取了多种措施，未有效的避免塌方发生。
在施工中，初期支护变形持续偏高并超过安全警戒限值后，未认真分析原因、特别是对初期支护强度能否抵抗住强大的围岩压力进行认真分析，以便采取更加有效的措施，仍旧采取前段时间一直采用的快速封闭、注浆固结周边围岩等措施，抑制变形效果不明显。
三、塌方处理的建议方案
由于塌方处已封口，无法准确确定塌方段长度、高度，初步处理意见如下，待与业主协商后即开始处理塌方。
1、塌体后方稳固
（1）未塌地段加固
YK34+625-YK34+645.5段拱顶130度范围内打设径向注浆小导管，加固周边岩体。
小导管采用Φ42钢管、长度300cm，环纵向间距30（环）×100（纵）cm，注浆采用注水泥浆。
（2）增加护拱
YK34+628-YK34+634段增加护拱施工，护拱采用I20b工字钢，拱脚设臵在
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YK34+672.25
YK34+585.
2
YK34+618.0
YK34+634.0
YK34+645.5
YK34+658.0
YK34+665.5
中铁隧道集团二处有限公司巫奉A15合同仰拱混凝土上并埋于填充层内，套拱纵向间距50cm，Φ22连接钢筋环向间距100cm。
钢支撑连接点每端50cm处各打设2根Φ32锁脚锚杆，锚杆单根长450cm，每环20根。
（3）二次衬砌仰拱跟进
跟进仰拱及仰拱回填施工，仰拱及回填施工至里程YK34+628。
（4）拱墙衬砌紧跟
跟进模筑混凝土衬砌施工，模筑混凝土衬砌施工至里程YK34+595。
2、塌体稳固
（1）对塌体堆渣水平向打设Φ42小导管，导管单根长400cm，200×200梅花
形布臵。
（2）喷射C20混凝土，厚度30cm，全面封闭塌体外露面。
（3）注浆加固塌体松散堆碴，注浆采用注水泥-水玻璃双液浆。
3、坍塌处理
（1）碴堆松散体反压回填
对YK34+628-YK34+634段运碴回填，碾压密实，创造施工平台。
（2）换拱及欠挖处理
YK34+634-YK34+645.5段进行换拱，欠挖处理，换拱采用I20b工字钢支撑，纵向间距50cm，设单层钢筋网20×20cm，Φ22纵向连接钢筋环向间距100cm，C20喷射混凝土厚28cm。
欠挖处理考虑30cm预留沉落量进行加大，同时作为自进式锚杆的工作室。
工作室进行欠挖处理，换拱施工如量测显示沉降数值较大则在该段范围内加设临时竖向支撑，支撑采用Φ159钢管，钢管顶、底部焊A3钢板封闭管口。
（3）打设超前注浆锚杆
长度暂定22.5m，里程YK34+645.5-668，施工中根据钻孔探明坍塌体实际长度进行调整，原则为超过坍塌体终端2-3m。
锚杆采用Φ76mm自进式锚杆，环向间距30cm，注双液浆，以定量注浆为结束注浆标准，浆液加固圈范围定为1.0m。
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工作室段开挖轮廓图
（4）塌体段开挖
拱部130度范围内打设Φ42超前注浆锚杆，长300cm，环向间距30cm，纵向间距100cm。
注浆采用注水泥浆，注浆压力0.5-1.0MPa。
采用上、中、下三台阶开挖塌体，架立I20b工字钢支撑，纵向间距50cm，每次开挖一榀。
开挖时先施工上台阶，待上台阶全部贯通后开始施工中台阶，最后施工下台阶（含仰拱）。
同时视围岩稳定情况上台阶开挖增设临时仰拱支撑。
中台阶推进时左右错开不小于3.0cm，仰拱一次开挖长度不大于3.0m，在上、下台阶每个台阶的拱脚处分别设臵2根Φ42注浆锁脚锚管，L=400cm。
（5）排水
上台阶开挖贯通后沿开挖段通长设臵Φ159钢管，将隧道掌子面处涌水抽排出洞外。
（6）塌空腔（松散体）处理及二次衬砌等后续工作
坍塌段开挖完成后，对整个坍塌区拱部130度范围内的松散体进行固结注浆，固结层厚度为钢支撑背后3.0m，采用Φ42小导管注水泥浆，小导管长度3.5m，间距1.0m。
YK34+634-YK34+670二次衬砌按照V级围岩S5a型衬砌断面进行施工，衬砌结构加强为C30钢筋混凝土。
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YK34+628-YK34+634设臵套拱地段的拆换在塌方段衬砌完成后进行，开挖及衬砌支护断面按照V级围岩S5a型衬砌断面进行施工，并增设Φ42系统注浆锚杆且在拆换前进行。
塌体段开挖施工图示
塌体开挖施工各工序施工关系如下图
YK34+628
YK34+63
4
YK34+64
5
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YK34+672.2
5
YK34+628.0
YK34+634.0
YK34+645.5
YK34+658.
YK34+665.
5
YK34+59
5
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4、坍塌处理过程的资源配臵与施工计划
（1）资源配臵情况①劳动力配臵：
②材料配臵：
需用材料已进场检验合格。
③机械设备：
机械设备统计表
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（2）施工进度计划横道图
塌体段施工计划横道图
5、坍塌处理中的施工技术保证措施
（1）技术交底
①召开施工技术交底会，将处理方案，技术要求贯彻落实到参与施工的每个作
业工人。
②分解各工序施工，书面技术交底至工班。
③技术管理人员跟班作业，执行现场技术交底并督察。
（2）监控量测
①对锁口段，塌体施工段每日早、晚进行监控量测，及时提供量测数据分析结
果。
沉降、收敛突出段增加量测频率。
②要求重庆大学量测队每日对锁口段，塌体施工段进行监控量测，每日量测结
果交底至项目部工程部。
2、安全保证
①设臵专职安全员2名，12小时制全过程安全旁站作业。
②领导值班。
项目部领导分工负责跟班作业，现场指导、督察安全工作。
③安全生产责任到人，逐级负责，制定分明的奖罚制度、专人负责落实。
④坚持特殊工种持证上岗。
⑤坚持班前安全讲话、周一安全会等活动。
⑥合理化施工场地布臵，加强作业范围安全照明。
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中铁隧道集团二处有限公司巫奉A15合同⑦每日交班会后，对现场安全工作进行检查，检查结果记录归档，对于存在有
安全隐患的及时进行整改，复查。
3、质量保证
①项目质检工程师配合总工完成各重点工序，隐蔽工序检验。
②制定正确、适宜、详细的施工方法。
开挖工作采取有效辅助措施配合：
环形
开挖、留核心土；预注浆加固；C20喷射混凝土封闭浆子面；设临时仰拱封底。
③分部开挖法施工开挖中层或落底，为确保拱部稳定，在拱脚边预留0.5m～
1.0m宽度的平台。
④加强洞内渗、透水，施工用水管理。
避免开挖体受水浸泡。
⑤严格按设计、变更方案相关要求作业。
开挖与初期支护工作同步跟进，初期
支护工作做到及时衔接开挖，及早封闭。
⑥开挖面先初喷平顺再架立钢支撑，以有效控制钢支撑受力均匀。
⑦加强混凝土配合比管理及试验检测工作。
四、下一步预防初期支护大变形及塌方的措施
1、技术措施
（1）鉴于马垭口隧道地质破碎、围岩应力状态复杂，设计施工需采取动态控制，建议业主针对此情况召开专家论证会，对本隧道的设计施工情况进行论证，制定较为科学安全的技术方案用于指导施工。
⑵加强超前探测手段，确定合理支护参数
通过超前地质预报、地质素描、监控量测等多种技术手段的综合使用，对隧道的地质情况更有力的提前预测；同时要求监测单位增设围岩内部应力、钢支撑内力、初期支护三维变形、二次衬砌结构内力等检测内容，并根据预测情况及时调整支护参数。
⑶短进尺
严格控制隧道开挖进尺，洞身开挖每循环进尺控制在不大于2倍的钢支撑间距，必要时控制在1倍的钢支撑间距。
⑷强支护
主要内容有：
增加初期支护钢支撑的强度，如采用I20b型工字钢或H175
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中铁隧道集团二处有限公司巫奉A15合同型钢、减小型钢支撑的间距到0.5m、加强钢支撑间纵向连接强度；加强超前支护，超前小导管间距缩短到30cm，长度采用3.0m和4.5m长短结合；将药包系统锚杆改为系统小导管注浆锚杆，对周边围岩进行注浆加固，加固圈厚度不小于3.0m最大达到6.0m；在台阶法施工中每一台阶的钢支撑设注浆小导管锁脚、拱脚处加设支撑枕木。
2、组织措施
⑴加强教育培训工作。
根据专家论证会的精神和施工图设计的要求，对全体施工人员进行培训教育工作，统一全体人员的思想意识，优化施工工艺设计，强化施工纪律，使全体人员确实掌握施工工艺要点和安全控制重点，熟练的进行特殊隧道地段的施工。
⑵加强联系，主配配合监控和设计单位的工作
本隧道是一条施工难度较大的隧道，施工单位必须积极主动的配合监控和设计单位的工作，确立有效的定期沟通的机制，及时提供监控量测资料配合设计单位做好动态技术方案的设计。
⑶严格施工工序控制
按照微台阶法进行施工，上台阶长度5-8m，下台阶接腿时左右错进，初期支护仰拱与下断面的距离控制在15m左右，使初期支护尽快封闭成环；缩短循环时间，钢支撑、喷浆、系统注浆锚杆等初期支护系统在24小时内完成；二次衬砌仰拱及拱墙紧跟，二次衬砌仰拱及填充与下断面距离控制在30m左右，拱墙衬砌与下断面距离控制在60m左右。
⑷严把施工质量
严把原材料的质量，杜绝不合格材料的使用；严格按照设计文件和相关质量标准进行施工，确保施工质量。
⑸加强施工材料与应急材料的储备
针对水泥等材料供应紧张、严重影响了二次衬砌紧跟的情况，加强材料的采购工作，增大现场的储备能力；同时洞内备足方木、套拱等应急材料，已备抢险之用。
附：
施工及塌体图片记录
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1、初期支护开裂变形
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2、发现初期支护变形采取的加固措施
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4、涌水情况
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