隧道施工中炭质板岩溜塌处理措施

1工程概况

花椒坡隧道位于青藏高原东南缘，横断山脉中段，属高原剥蚀构造中高山深谷地貌。隧址区地面高程为2?550~3?630?m，相对高差为1?100?m，斜坡陡峻，玄武岩、灰岩多形成陡崖，相对高差较大。区内植被发育，坡面多为松林灌木，隧道进口端有老214国道通往线路附近，交通较便利，而出口便道较少，交通不便。隧址区不良地质有岩溶、顺层偏压、断层破碎带、局部瓦斯等有害气体富集；隧址区发育冷都正断层、花椒坡断层、花椒坡平移断层、冲江河逆断层，主要受冲江河逆断层影响。该隧道为I级风险隧道，也是控制性工程。设计预计正常涌水量Q=23?450?m3/d，雨季最大涌水量Qmax=406?00?m3/d。

2溜塌特点和原因

2.1?溜塌特点

对于炭质板岩隧道施工中，监控量测数据要求具有真实性、及时性、准确性。在隧道初期支护溜塌之前，监控量测数据持续发生变化，日变形速率骤然变大，花椒坡隧道出口溜塌之前D1K?83+940日变形速率达到225?mm/d。溜塌之前监控量测数据的变形速率最能反映施工现场变形大小，同时加强炭质板岩监控量测数据的测量，为施工现场判定初期支护稳定性提供可靠性。

掌子面溜塌之前以黑色的炭质板岩为主，围岩开始变软弱，岩层扭曲松散破碎，褶皱突出，并且含有石英脉，开挖后呈粉末状，遇水软化成泥，围岩自稳能力差，掌子面突然开始渗水和出现股状水。

初期支护溜塌现状，喷射混凝土出现局部掉块剥落，纵向、环向裂缝和树状沟裂缝；?22HRB?400纵向连接筋出现脱焊和崩裂；拱架出现变形扭曲，拱脚出现局部移位，连接板出现脱焊和炸裂，螺栓断裂；因整体受力影响，初期支护出现嗡嗡的异响声。

2.2?溜塌原因分析

花椒坡隧道洞内揭示岩性为板岩夹叶页岩、炭质板岩、炭质灰岩，为薄层状，层面光滑，结合差，节理裂隙极发育，围岩整体破碎，完整性差，正面不能自稳，开挖时易发生溜塌、涌水、涌泥。花椒坡隧道地质构造和结构形式较复杂，施工过程中通过多个断层、褶皱地段，出现溜塌的概率较大。

设计支护参数跟现场隧道施工炭质板岩受原生结构面、构造结构面、次生结构面地质成因的作用和炭质板岩受张性结构面、剪性结构面、压性结构面力学成因的作用不符，导致初期支护变形较大，出现溜塌现象。

洞口段埋深较浅，洞内溜塌处洞顶埋深约7.5?m，洞内二次衬砌施工滞后时间太长，初期支护变形侵限，拱部换拱时围岩扰动过大，拱顶溜塌造成洞内围岩卸荷松弛、松散、无自稳能力，从而引起地表塌陷。洞口地表锚杆框架内锚网喷未喷射密实，浅埋段水系发达，且为雨季，降水较大，地表水渗入风化岩层后地表土松弛，使上部岩层自稳能力下降，增大土体对拱顶的压力，且地表土体进一步固结沉降，导致地表塌陷。

施工过程中初期支护的拱架、锚杆和纵向连接筋施作不规范。对于变形隧道，加固措施相对滞后，都存在被动加固，导致加固不及时，易出现溜塌和换拱现象。初期支护封闭成环时间较慢。

3支护参数和溜塌处理措施

3.1?设计与变更设计支护参数

花椒坡隧道变形工点前期在使用I18b、I20b或I22b钢架施工过程中，由于围岩松散破碎、断层影响、偏压严重、围岩富水，岩体遇水软化崩解，开挖过程中拱顶及边墙发生滑层、溜塌、初期支护侵陷及塌方现象，初期支护施作完成后变形收敛速率频繁出现红色预警，最变形收敛速率504.2?mm/d，为控制变形项目通过增设套拱、边墙打设径向注浆钢管注浆、加大预留变形量、连接板优化加强、加快仰拱初期支护闭合成环时间和工序循环等措施进行控制变形，但塌方现象还是偶尔存在，需要从设计措施、施工措施上找到解决溜塌的方法和出现溜塌时能够有效应对的措施，以便于出现溜塌时为施工人员提供可靠的技术指导。

（1）原设计支护参数。花椒坡隧道出口D1K?83+850~D1K?83+830段地层岩性为板岩夹炭质板岩、灰岩，节理裂隙较发育，完整性较差，围岩级别为Ⅳ级，设计采用车站C段Ⅳ级防灾救援复合式衬砌，按“丽香施隧–11”图施作；拱墙设置四肢格栅钢架加强支护，钢架间距1.0?m/榀，拱部设置 ?42小导管超前支护，纵向间距2?m，环向间距0.4?m，每根长3.5?m，b2=680?cm时每环41根、b2=640?cm时每环40根。拱部系统锚杆采用直径为25?mm组合中空锚杆，每根长3.5?m，间距1.2?m×1.2?m（环向×纵向），b2=680?cm时每延米14根、b2=640?cm时每延米13根；边墙系统锚杆采用直径为22mm砂浆锚杆，每根长3.5?m，间距1.2?m×1.2?m（环向×纵向），每延米7根。采用台阶法施工。

（2）变更设计支护参数：D1K?83+850~D1K?83+ 830段由原设计C段Ⅳ级防灾救援复合式衬砌变更为车站C段Ⅴ级防灾救援抗震设防复合式衬砌，按“丽香施隧变Ⅱ–11–6”图施作。全环设置I25b型钢架加强支护，钢架间距0.6?m/榀；拱部设置直径为42?mm小导管超前支护，纵向间距1.8?m，每根长3.5?m，环向间距0.4?m，每环41根。采用CRD法施工，中隔壁和临时仰拱均调整为I25?b型钢架，钢架间距0.6?m/榀。

3.2?溜塌处理措施

3.2.1?回填反压

掌子面出现溜塌现象时，首先暂停掌子面施工，撤出人员和机械设备，派专职安全员值班，观察溜塌部位，同时加强监控量测频次，及时掌握掌子面和初期支护变形情况，等掌子面稳定后，反压回填采用易压实的渣土或洞内相同的围岩压实，同时注意施工过程中，初期支护和掌子面变形状态，确保人和物的安全状态。对洞内溜塌段进行反压回填，反压至塌腔后方3~5?m，形成1∶1.5坡面，反压体表面使用挖掘机拍压实。

3.2.2?封闭溜塌体厚度15?cm

反压回填后，观察溜塌体部位是否出现异响和监控量测数据是否稳定，当溜塌部位稳定后，开始使用机械设备修整喷射混凝土平台和修整溜塌体部位为台阶，台阶高度为1.5?m，纵向长度为1.0?m，台阶分层根据隧道断面高度计算，一般为2~4个台阶。封闭溜塌体参数采取C?25喷射混凝土，厚度15?cm，溜塌体全部位置。溜塌体喷射混凝土施工工艺流程：施工准备→受喷面处理→机具就位、试机→喷射混凝土作业。

在有水地段进行喷射混凝土作业时，应采取以下措施：先对渗漏水进行处理，当渗漏水范围大时，可设树枝状排水导管后再进行喷射；当渗漏水严重时，可设泄水孔，边排水边喷射；喷射时应先从远离渗漏出水处开始，逐渐向渗漏处逼近，将散水集中，安设导管，引出水，再向导管逼近喷射；改变混凝土配合比，增加水泥用量，先喷干混合料，待其与渗水混合后，再逐渐加水喷射。

3.2.3?采用直径为76?mm中管棚注浆

溜塌体往掌子面方向拱部设置1环直径为76?mm超前中管棚，每根长度为9~30?m。根据溜塌体大小和范围，确定中管棚的长度。中管棚技术参数设置范围为拱部133°38'范围，环向间距40?cm，环向布置45根，每根长9~30?m；管棚规格直径为76?mm无缝钢管，壁厚8mm；外插角1°~3°（不包括线路纵坡）。管棚上钻注浆孔，孔径10~16?mm，孔间距15~20?cm，呈梅花形布置，尾部留不小于150cm的不钻孔止浆段。注浆材料为M20水泥浆，水泥浆液水灰比0.5∶1。中管棚施工工艺流程：施工准备→钻孔→顶进钢管棚→清孔→放置钢筋笼→注浆管路检查→注浆→进入下一道工序。

注浆前先将钢管口外径与导向管之间空隙用水泥砂浆密封，钢管上焊接1个注浆管和1个排气管，注浆时使钢管与孔壁环形空隙内的空气容易从此排气孔冒出。往管口注浆时直至浆液由通气孔冒出为止，注浆可采用多孔同时注浆，或先灌注单号孔，待固结后再灌注双号孔。钻孔成孔后及时安装钢花管，压注水泥浆。注浆初压控制在0.5~1.0?MPa，终压控制在2.0MPa，注浆压力逐步升高，终压后持续10?min。

4结束语

通过采取回填反压、封闭溜塌体厚度15?cm、采用直径为76mm中管棚注浆，可及时、快速地处理溜塌体，为以后遇到炭质板岩溜塌提供技术措施和有效方法。