1、隧道通过坍方段施工隧道通过坍方段施工隧道施工，所面临的对象围岩不是某种单一材料构成而是由各种岩石、土壤、煤层、有害气体和水等物质混合组成，可以说它既不是均质的弹性体，也不是各向同性的塑性体。因而在这样的对象中开挖、支护施工，很难理想地控制开挖质量，达到光滑平整、完全稳定的状态，也就是说，要完全杜绝坍方是不可能的事情。即使在科学技术日新月异的今天，隧道的地质预报、爆破技术、支护手段、机械化程度等方面已有了长足的进步，却仍然发生了许许多多的坍方。一、隧道坍方处理原则遵循安全、经济、快速和保证质量的原则；遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则；遵循“治坍先治水，治坍先加
2、强”的原则。二、坍方的分类及机理坍方一般分洞口坍方、洞内石质类坍方、洞内土质类坍方三类。洞口坍方:由于洞口一般为堆积层或风化严重、破碎的岩体，其自稳能力及整体稳定性均较差，同时又处在浅埋地段，如果在进洞前未对边仰坡采取一定的技术措施（如刷坡卸载、喷锚支护、注浆加固）或采取的技术措施未能达到要求时，进洞后，必然引起上端的围岩发生应力重分布，在重力作用下，出现下沉或开裂变形，当这些变形发展到一定程度时，极限平衡就被打破，导致大面积整体失稳，进而发生坍方。洞内石质坍方:隧道或洞室开挖后，使其周边的岩石处于悬空状况，同时发生下沉或收敛变形，以释放其内部应力，由于岩体中存在层理和节理（有时还有软弱夹层）
3、，使周边的部分岩块在重力作用下，具有下落和挤出的趋势，如果此时未采取相应的支护措施或采取的支护措施达不到控制其变形发展的要求时，必然会出现“掉块”现象，当这种“掉块”的数量达到一定数值时，就是坍方。洞內土质类坍方:土质类隧道或洞室开挖以后，由于围岩的C、值较低，周边一定范围内很快发生松弛变形，随着这种变形的逐渐扩展，使围岩的整体强度降低，同时土压增加，进而发生局部的塑性破坏，在围岩内部出现空洞，局部发生坍塌、下沉，塑性区进一步扩大，土压力剧增，最终导致整体失稳，大面积坍塌。三、坍方发生的原因分析坍方发生后,应从地质、施工、管理等方面进行原因分析，以便制定处理方案。地质方面:在开挖的过程中，围岩
4、的地质条件突然变差，如从级突然变化到级围岩;施工过程中出现了较大的断层、破碎带或软弱夹层;出现了特殊的不良地质，如膨胀岩、高地应力、溶洞、涌水等。施工技术方面:根据局部地质状况，需要采取超前支护（如超前锚杆、管棚、注浆、小导管预注浆等）措施未采取，或虽然已采取但其质量和效果未能达到要求;开挖方法不正确，如应该采用半断面开挖而实际采用了全断面，应该采用分步开挖的而实际采用了全断面或半断面等;初期支护未按设计参数进行，如锚杆长度、间距、喷射混凝土厚度等，使围岩的稳定性达不到要求;爆破设计有问题，造成对围岩的扰动过大;施作二衬的时间太迟，围岩无法承受应力重分布带来的直接作用而发生坍方;采用长台阶法施
5、工时，上下台阶的间距太大，直接导致坍方的发生;在软弱围岩的施工中，没有及时施作仰拱，未形成封闭的环状受力;采用新奥法施工时，没有及时采用量测工作进行信息反馈，从而造成决策失误。管理方面:未经上级技术部门同意，擅自改变施工方法，如开挖方式、支护方式等;不严格遵守设计文件、施组设计、隧道施工技术规范的要求和规定组织施工；安全、质量意识淡薄，在施工中存在侥幸心理，偷工减料、弄虚作假，造成支护质量远远达不到设计要求。四、坍方处理方案按照坍方分类，将不同坍方处理方案进行综合列表，详见表01坍方处理方案。 表01 坍方处理方案 坍 方分 类类 型处 理 方 案洞口坍方中小型坍方地表处理方案：清除坍体，视坡
6、面稳定情况确定是否刷坡卸载，对坡面锚喷支护。主洞施工方案：采用超前小导管预注浆型钢钢架锚喷网联合手段进洞；台阶法或环形开挖预留核心土法开挖；二衬及时跟进，洞口段加强。说明：对于洞口段已露空洞身时，可采用暗洞明做或改为明洞衬砌，拱圈上部回填土石或浆砌片石。大型或特大型坍方地表处理方案：清除部分坍体，挖成台阶状，对坡面锚喷支护，并在仰坡上设置浆砌片石挡墙防护。主洞施工方案：采用长管棚预注浆支护超前小导管预注浆型钢钢架锚喷网联合手段进洞；台阶法或环形开挖预留核心土法开挖；二衬及时跟进，并予以加强，仰拱紧跟。山体滑动引起坍方滑动体处理方案：对滑动体采用锚索(或锚杆)、抗滑桩等加固。主洞施工方案：采用长
7、管棚预注浆型钢钢架锚喷网联合手段进洞。台阶法或环形开挖预留核心土法开挖。 二衬及时跟进，并予以加强，仰拱紧跟。洞内岩石类坍方中小型坍方坍腔矢跨比H/B0.7支护方案：采用”WNF”方案，即“外层初期支护（W）防护层（F）内层初期支护（N）”处理方案。开挖、二衬方案：先清除上半断面碴体，实施支护手段，再清除下部碴体，进行支护；二衬及时跟进。对于覆盖层较薄（30m以内），有从地表处理洞内坍方条件的，可从地表钻孔到坍体内，采用轻骨料混凝土进行空洞填充，混凝土强度达到后进行洞身开挖支护施工。坍腔矢跨比H/B0.7支护方案：采用”WF”方案，即“外层初期支护（W）防护层（F）”处理方案。开挖、二衬方案：
8、先清除上半断面碴体，实施支护手段，再清除下部碴体，进行支护；二衬及时跟进。大型坍方未冒顶支护方案一：采用超前注浆小导管预加固支护型钢钢架锚喷网联合手段进洞。支护方案二：采用长管棚预注浆超前注浆小导管预加固支护型钢钢架锚喷网联合手段进洞。开挖、二衬方案：台阶法或环形开挖预留核心土法开挖； 二衬及时跟进，并予以加强，仰拱紧跟。冒顶地表处理方案：从地表注浆加固地层；坍口喷射混凝土封闭。洞内支护方案：采用长管棚预注浆型钢钢架锚喷网联合手段进洞。开挖、二衬方案：台阶法或环形开挖预留核心土法开挖；二衬及时跟进，并予以加强，仰拱紧跟。洞内土质类坍方洞内支护方案：采用长管棚预注浆型钢钢架锚喷网联合手段进洞。根
9、据土质的颗粒大小而分别采用渗透注浆、劈裂注浆或化学注浆。开挖、二衬方案：台阶法或环形开挖预留核心土法开挖。 二衬及时跟进，并予以加强，仰拱紧跟。五、坍方处理方法及措施洞口坍方处理方法及措施洞口坍方处理方法及措施见表02洞口坍方处理方法及措施。坍 方 分 类地 表 处 理进 洞 方 法支 护 参 数二 衬 施 工洞口坍方中小型坍 方中小型坍方坍体分层、分段，由上到下进行坍体清除，边清除边对边坡进行防护。松动层全部清除后，坡面按1:1.5刷坡.喷射混凝土厚度1520cm；锚杆采用22，3.05.0m；钢筋网采用8，2020cm；坡顶设截排水沟，将雨水引出坍体之外。开挖前拱部施作两排超前小导管注浆加
10、固岩（土）体，洞口并立两榀20型钢钢架，与小导管焊为一体，喷混凝土支护，并与仰坡支护联成整体；采用台阶法开挖。需爆破时预留不小于0.7m厚岩台作为光爆层，减小爆破对拱部岩体的扰动；土质地层采用人工环型预留核心土开挖；每次进尺50cm70cm，随挖随护。下台阶左右错开开挖，循环进尺与上台阶相同；上、下台阶错开57m；开挖后及时连接上台阶拱架，锚喷支护。洞口段隧道支护参数：42超前小导管，L=3.04.0m，40cm，每2m一环；喷射混凝土厚度20cm，钢筋网8，15cm15cm；径向锚杆L=3.0m, 1.5m1.5m；20型钢钢架50cm80cm/榀洞身二次衬砌采用全断面一次成型，仰拱紧跟封闭
11、成环。根据坍方的大小，二次衬砌应予以加强；加强方法有两种：一是增大二衬厚度，二是采用钢筋混凝土或钢架混凝土衬砌。大型或特大型坍方坍体上部挖台阶清除部分坍体，坡面锚喷网联合支护和浆砌片石封闭，浆砌片石为M10，厚度为35cm；台阶顶面浆砌片石封闭，坍体底部设置浆砌片石挡墙防护；坡顶设截排水沟，防止雨水灌入坍体软化地基。长管棚支护：套拱长度2m,厚度1m,C30混凝土,拱内设三榀20b工字钢；套拱内布设150孔口管；管棚布设在拱部150范围的外轮廓线以上40cm处，管棚中心间距35cm，分节长度4.0m,总长度比坍体长度长5m，两节管棚间丝扣长度10cm，管棚内钢筋笼为420，孔口注浆管42，壁厚
12、4mm。山体滑动引起坍方当坍方是因为洞口附近的山体滑动引起，且坍方发生后，滑动体尚未稳定，此时必须先加固滑动体，然后才能处理坍方，处理滑动体的方法有下列两种：预应力锚索（锚杆）加固法：根据坍体的具体情况确定单根锚索的长度，每孔为23束75钢丝组成，竖向间距为1100mm，水平间距为1200mm。在土层及全风化地层中，选用150型电动螺旋钻机，在强风化地层中选用QK-100型潜孔钻机成孔，在塌孔严重、难以成孔的特殊地段，配备MGJ-50型地质钻机，用套管跟进的方法保证成孔。抗滑桩加固法：根据坍体的情况进行抗滑桩的断面尺寸、桩长、穿过滑动面长度设计，桩体间设混凝土挡板墙。桩孔采取人工开挖，挖至岩层
13、后视岩质情况采用风镐开挖，尽量不采取爆破的方式，以免扰动岩层加速滑坡。出碴采用孔口搭三脚架，电动卷扬机提升；孔壁灌注混凝土护壁，桩身砼通过串桶入孔，分层机械振捣密实；钢筋笼分节制作，汽车吊配合人工吊放，吊装入孔后焊接连接；桩身混凝土达到设计强度后才能进行隧道的开挖，以免引起坍体的进一步扩大。表02 洞口坍方处理方法及措施洞身坍方施工方法及措施 洞身坍方施工方法及措施 表03坍 方分 类地 表 处 理主洞施工方法支 护 参 数二衬施工洞内岩石类坍方中小型坍方坍腔矢跨比H/B0.7采用“WNF”法进行处理：先采用喷锚和小管棚对未坍塌的边墙及拱部进行加固。沿坍塌面设外层初期支护，简称为W。沿二次衬砌
14、外轮廓施作钢筋（或钢架）混凝土支护壳体，即内层初期支护，简称为N。采用工字钢在坍腔内设置横向和竖向的支撑杆件。铺设防水层，进行洞身二次衬砌施工。施作混凝土护拱，简称为F。设土石缓冲层。衬砌背后填充注浆。小管棚支护参数：6080mm的钢花管。外层初期支护参数：锚杆：L=3.54.5m,22钢筋,1.0m1.0m钢筋网:采用8或12的钢筋,20cm20cm喷混凝土:分两层,第一层5.08.0cm,然后施作锚杆和挂网,再复喷第二层1015cm。支撑杆件参数：竖向间距2m,横向间距3m。混凝土护拱参数：厚度1.0m。土石缓冲层厚度1.21.5m。洞身二次衬砌采用全断面一次成型，仰拱紧跟封闭成环。根据坍
15、方的大小，二次衬砌应予以加强；加强方法有两种：一是增大二衬厚度，二是采用钢筋混凝土、钢架混凝土衬砌。坍腔矢跨比H/B0.7采用WF法施工。先采用喷锚和小管棚对未坍塌的边墙及拱部进行加固。沿坍塌面设外层初期支护，简称为W。由外向里清碴，同时进行二次衬砌，预埋注浆管。设置防水板，施作混凝土护拱，设土石缓冲层。衬砌背后填充注浆。小管棚支护参数：6080mm的钢花管。外层初期支护参数：锚杆：22钢筋，L=3.54.5m，1.0m1.0m；钢筋网:采用8或12，20cm20cm；喷射混凝土:分两层,第一层5.08.0cm,然后施作锚杆和挂网,再复喷第二层1015cm。混凝土护拱参数：厚度1.0m。土石缓
16、冲层厚度1.21.5m。 洞身坍方施工方法及措施 续表03坍 方分 类地 表 处 理主洞施工方法支 护 参 数二衬施工大型坍方未冒顶超前小导管预注浆加固，拱部3m范围花管压浆形成稳固圈；台阶法预留核心土开挖，开挖后及时喷射混凝土封闭,架设格柵，仰拱封闭成环。掌子面封闭：在碴脚码砌一条2.0m宽砂袋,并沿坍碴面码砌一层0.8m厚的砂袋,喷射20cm厚混凝土封闭。打入注浆超前小导管，加固支护岩体。台阶法预留核心土开挖：先沿周边开挖出格柵钢架的位置，预留核心土，安放第一榀并与小导管外露部分焊接牢固，喷射混凝土支护；下台阶马口开挖左右错开，进尺0.5m。根据围岩的收敛情况，必要时在拱脚部位设卡口梁。注
17、浆小导管参数：拱部小导管0.35m,L=5m,外插角1015，搭接长度不小于2m,注浆孔孔径10mm，15cm。小导管后端焊接在2榀并联的18临时拱架上。采用水泥水玻璃双液浆。水灰比：W/C=1：11：1.05水泥与水玻璃的体积比：C：S=1：11：0.8水玻璃浓度:35Be注浆压力:2Mpa3Mpa循环进尺0.5m,两榀钢架之间用22钢筋纵向连接,起拱线附近采用4根25中空砂浆锚杆进行锁脚固定。在拱脚部位，加强纵向配筋，以形成底梁的作用。二衬施工：下台阶开挖支护达到35m,进行边墙、拱部二衬施工。根据坍方的大小，二次衬砌应予以加强；加强方法有两种：一是增大二衬厚度，二是采用钢筋混凝土、钢架混
18、凝土衬砌。冒顶采用喷射混凝土和锚杆挂网封闭地表。用粘土堵塞裂缝，用兵10#水泥砂浆修补截、排水沟裂缝，并设置变形点观测。在坍方稳定3天后，清刷坍口松动土方并夯填，打设地表89注浆管，注浆管长度根据坍穴深度而定，灌注纯水泥浆，对松散体加固。对坍口采用喷锚网封闭。对洞内坍体进行固结。长管棚加固支护岩体,采用偏心钻具扩孔同步带进钢套管的钻进技术进行管棚施工。台阶法开挖。开挖前拱部采用42超前小导管支护,沿周边开挖出格柵钢架的位置，预留核心土，安放第一榀格柵钢架，喷射混凝土支护;下台阶马口开挖左右错开,进尺0.5m; 及时安装边墙格柵钢架并与拱部格柵钢架焊接,之后喷射混凝土支护。在拱部打入两排注浆小导
19、管，外排注浆管0.8m,内排注浆管1.0m,内外两排注浆管相距0.8m。注浆压力23Mpa。长管棚支护：套拱长度2m,厚度1m,C30混凝土,拱内设三榀20b工字钢。套拱内布设150孔口管。管棚布设在拱部150范围的外轮廓线以上40cm处，管棚中心间距35cm，分节长度4.0m,总长度比坍体长度长5m，两节管棚之间丝扣长度10cm。管棚内钢筋笼为420，孔口注浆管42，壁厚4mm。洞内土质类坍方与大型坍方冒顶洞内处理方法相同。即“注浆管棚”的整体加固方案处理。根据土质的颗粒大小分别采用渗透注浆、劈裂注浆或化学注浆；当坍体颗粒粒径d1.0mm时,采用渗透注浆；当坍体颗粒的粒径1.0d0.1 mm
20、时,采用劈裂注浆；当坍体颗粒的粒径d0.1 m时,采用化学注浆；施工时通过增大注浆压力、选择较大细度模量(模数2.43.0)或超细水泥等措施，增加浆液的渗透性。六、坍方处理施工组织及设备 坍方处理施工组织及设备短 表04施工项目施工设备配置人员配置小导管注浆施工风动凿岩机7655型3台,双液注浆泵2TGZ-60/120型 2台,泥浆泵BW-250型2台,灰浆搅拌机HJ-200型2台,TK-961型喷射机1台，混合器及其它设备2套。钻孔工5人，钢管加工3人，注浆泵司机1人，灰浆搅拌2人，安设注浆管2人，技术人员1人。注浆量、注浆压力根据现场实际情况确定。注浆每天按三班制作业。长管棚加固、支护施工
21、土星881型管棚钻机2台,DK-150型钻机1台，双液注浆泵2TGZ-60/120型2台,泥浆泵BW-250型2台,空压机4L/20-7型1台，TK-961型喷射机1台，灰浆搅拌机HJ-200型2台,混合器及其它设备2套。钻孔工12人，钢管及钢筋笼加工6人，注浆泵司机2人，灰浆搅拌6人，安设注浆管4人，工作面喷射混凝土封闭8人，技术人员2人。注浆量、注浆压力根据现场实际情况确定。每天按三班倒作业。每台管棚机每天可完成34根。开挖支护施工YT-28风镐4台，7655型风钻3台，空压机4L/20-7型1台，TK-961型喷射机1台，搅拌机1台。侧卸装载机1台，出碴运输车3台。开挖、爆破工12人，出
22、碴工10人，格柵加工安装8人，锚杆施工人员10人，喷射混凝土工9人。每天按两班倒作业，每循环进尺0.50.7m。二次衬砌施工混凝土输送泵HBT-60A型1台，混凝土输送车MR4510型2台，混凝土拌合站YHZK-25型1座，衬砌台车1台。混凝土拌合站8人，混凝土输送泵司机1人，混凝土输送车司机2人，衬砌台车就位及混凝土灌注10人。坍方段每段衬砌46m，每次衬砌时间6小时左右。七、地质超前预报和监测围岩的变形破坏、失稳坍方，是从量变到质变的过程，在量变的过程中，必然会在围岩的工程地质和水文地质特征及岩石力学上反应出一些征兆。围岩失稳坍方的征兆遇到特殊和不良地质条件，如岩溶、岩溶水、断层破碎带、煤
23、层等稳定性差的围岩条件。水文地质条件的变化，如干燥围岩突然出水、地下水突然增多、涌水量增大、水质由清变浊等都是即将发生坍塌的前兆；开挖面上有不稳定块体出露往往是局部围岩坍方的部位；拱顶不断掉下小石块，甚至较大的石块相继掉落，预示着围岩即将发生坍方；岩石裂缝旁出现岩粉或洞内无故发现有岩粉飞扬时，可能即将发生坍方；围岩发生裂缝，并逐步扩大，很可能要发生坍方；支护受力变形甚至发出声响时，说明围岩压力增大，有坍塌的可能；喷射混凝土出现大量的明显裂纹，亦说明围岩压力增大，有可能出现失稳坍方；围岩或隧道支护，拱脚附近的水平收敛大于0.2mm/d,或拱顶下沉量大于0.1mm/d,并继续增大时,说明围岩发生变
24、形,处于不稳定的状态。超前地质预报隧道施工中的地质超前预报关系到工程安全、质量和进度，已引起工程界广泛关注。本线地质条件复杂，隧道施工中坚持将地质超前预报作为一项工序纳入施工组织与管理，很有必要将地质超前预报作为一项工序纳入隧道施工中。超前地质预报主要项目见表05。 超前地质预报主要项目 表05项 目预报主要内容主要方法/仪器重点预报地段常规预报围 岩类 别岩性特征，节理，裂隙发育特征和岩体结构特征地质素描法，TSP202，物探法断层破碎带软弱围岩地段涌 水状 态涌水量大小、压力、变化规律，环境水文地质特征钻探孔，测流计，TSP202，压力计岩溶地段高水压地段异常预报断 层位置，规模，破碎程度
25、，充填情况，含水情况钻探孔，TSP202，地质素描法断层破碎带溶 洞大小，位置，与水的关系钻探孔，地质素描法，物探法岩溶发育带突 水突 泥位置，规模，泥屑流成份性质钻探孔，TSP202，地质素描法，物探法，测流计岩溶发育带向斜核部抗水压衬砌段瓦 斯煤层厚度，瓦斯压力、含量、浓度钻探孔，瓦斯检测仪煤层地段、隧道坍方施工测量监控(1) 监控量测是新奥法设计、施工的重要环节，目的在于掌握围岩变形动态，了解支护结构，谋求施工的经济性、安全性，并指导施工。隧道坍方发生前后，隧道的应力、应变变化较快，根据开挖面状态，周边位移，拱顶下沉量的大小以及速率综合判断围岩及支护的稳定性，以便采取有效的措施，防止安全
26、事故发生。监控量测项目、仪器及方法见表06。 隧道现场监控量测项目及量测方法 表06项目名称方法及工具布 置量 测 间 隔 时 间115天161个月13月3个月以后必测项目洞内、外观察现场观察、地质罗盘开挖后及初期支护后进行每次开挖后进行净空变化收敛计每5m50m一个断面,每断面2对测点12次/d12次/2d12次/w13次/月拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、铟钢尺每5m50m一个断面,每断面3个测点12次/d1次/2d12次/w13次/月地表下沉（H2b）水准测量的方法，水准仪、铟钢尺每5m10m一个断面,每断面810个测点开挖面距量测断面前后2B时，1-2次/d开挖面距量测断面前后5B时，
27、1次/W选 测项目地表下沉（H2b）水准测量的方法，水准仪、铟钢尺每5m10m一个断面,每断面711个测点12次/w12次/w12次/月1次/月隧底隆起水准测量的方法，水准仪、铟钢尺每5m10m一个断面12次/d12次/2d12次/w13次/月围岩内部位移多点位移计每5m50m一个断面,每断面2对测点12次/d12次/2d12次/w13次/月围岩压力、二次衬砌接触压力压力盒代表性地段量测,每断面设5个测点1次/d1次/2d12次/w13次/月钢支撑内力及外力支柱压力计或其它测力计每5榀钢支撑设一对测力计1次/d1次/2d12次/w13次/月注： 1 d -天 W -周 H -隧道埋深 B -隧
28、道开挖宽度 S -量测间距监控量测资料整理及信息反馈及时根据量测数据绘制周边位移、拱顶下沉时态曲线，以及距开挖面距离关系图等。对支护的时态曲线进行回归分析，选择与实测数据吻合的函数进行回归分析，预测可能出现的最大拱顶下沉及周边收敛值。根据量测结果及下表07初步规定指导施工。 变 形 管 理 等 级 表07管理等级管理位移（mm）施 工 状 态U（2U0/3）应采取特殊措施注: U实测位移值； U0最大允许位移值八、隧道坍方预防措施工程地质方面预防措施首先了解设计图上标注的地质情况及特点,并随时与现场地质情况相对照,弄清设计意图。许多隧道坍方的发生，都是因为忽视隧道所处的地质条件或地质条件发生变
29、化而未采取措施造成的。加强地质超前预报，主要的措施有地质预报仪、地质雷达、超前钻孔等以及宏观的工程类比法等。不良地质地段、软弱围岩地段或浅埋地段，是隧道施工最薄弱的地方，必须制定一整套的防坍技术措施，包括：超前支护、加强初期支护、监控量测、二次衬砌紧跟等。施工技术方面措施隧道的开挖：根据新奥法原理，为了尽量利用围岩的自承能力，减少对围岩的扰动，能人工开挖的尽量不采用爆破开挖；需爆破时采用光面爆破；地质条件较差时采用台阶法、微震控制爆破作业开挖。初期支护：初期支护的参数和质量达到设计要求，特殊情况下，可采用迈式锚杆，喷射混凝土可采用钢纤维混凝土等技术手段。超前支护：围岩自稳能力较差时，可采用超前锚杆、小导管注浆、管棚、全断面预注浆、深孔注浆、帷幕注浆以及在洞口浅埋段的地表注浆。二次衬砌：二次衬砌不得滞后初期支护，软弱围岩地段，应紧跟开挖，同时根据量测结果确定最佳施作时间。二次衬砌不应滞后开挖面三个月时间，或距开挖面
