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【摘要】隧道塌方是目前隧道工程施工中经常出现的问题，本文归纳了塌方产生的原因和处理方法，结合甘肃省定西市隧道实际工程概况，阐述了塌方段的综合处理措施和相关的工艺，提出了比较全面的防护措施，为类似地下隧道工程的开挖施工提供了经验。
【关 键 词】 隧道塌方超前支护小导管注浆管棚
1．前言
隧道塌方是目前隧道工程施工中经常出现的一个问题，这是为什么呢？简言之，这是因为，隧道中的岩石结构发生了变化的缘故。隧道开挖后，原有的岩体结构和受力平衡被破坏，岩体在自重的作用下，很容易造成塌方。因此，如何采取措施有效预防和治理塌方，将塌方造成的危害降至最低，是隧道施工中最重要一个课题。
2．隧道塌方产生的原因
隧道塌方产生的原因是多方面的，其中包括地质条件方面的客观因素，包括施工时人为方面的主观因素，还有设计时考虑不周方面的因素等。
3．隧道塌方的支护和处理方法
目前对于塌方问题已经有较多的治理方法，而且还有很多专家致力于这项研究中。其中围岩塌方主要是由岩体失稳所引发，从治本的角度考虑，首先应从加强围岩的自稳能力方面着手。主要有锚杆法、注浆法、小导管注浆支护、管棚法。
4．工程实例
每种支护方法都有其适用的地质和实际工程条件，必要时结合起来应用，可以达到更好的效果，以下就以小导管注浆、管棚、锚杆等超前支护方法在某浅埋偏压及软弱围岩隧道塌方段中的应用为例，来阐述了塌方段的综合处理。
4.1 隧道工程概况
定西隧道位于定西高速公路段，甘肃省定西市境内，是一座高速公路长大隧道，呈南北向展布。隧道全长2505米，计算行车速度为80km/h，隧道净空高5.0m，建筑限界净宽：（0.75+0.5+3.75×2+0.75+0.75）=10.25m；本隧道围岩可分为IV、V二级，其中，IV级围岩衬砌长度为2365m，V级围岩衬砌长度为140m。隧道出口SK327+890～SK327+810段属V级围岩。洞口覆盖层厚0～9m，围岩整体性差，上部主要为浅黄色、半坚硬新黄土，土质疏松，垂直节理裂隙发育，具湿陷性；下部为全风化泥岩，结构完全破坏，风化成土状及碎屑状，次生节理裂隙发育。成洞困难，无支护或支护不及时可产生较大坍塌。给隧道出口施工和隧道的稳定性带来较大的困难。
4.2 问题的提出及方案确定
隧道施工自准备进洞开始，随着表土清除，洞口开挖工作面形成，正值雨季，长时间降雨造成围岩受泡富水饱和，洞口段围岩软化，仰坡地表产生裂缝，洞口开挖工作面有发生塌方的危险，施工进洞困难。
根据现场实际情况，结合有关类似隧道的施工经验，认为采取超前支护措施进行施工比较合理，这种施工方法是，先采用大管棚超前预注浆，结合超前注浆小导管或超前锚杆对洞口段进行固结处理，再进行开挖。进洞后，如遇IV级围岩破碎，即采用超前小导管及超前锚杆加固，从而保证了洞身施工的顺利进行。
4.3 超前支护在隧道中的施工
本隧道跨度大，净空高，施工难度很大，为保证施工安全，确保质量和工期，采取了超前长管棚、超前小导管及超前锚杆等施工措施与初期支护配合，从而保证了施工的顺利进行。
4.3.1 管棚施工
4.3.1.1 混凝土导拱施工方法
用砼套拱作为超前管棚导向墙，洞口开挖至成洞面后，停止开挖，整平地面，做一洞面临时支护，搭设管棚施工平台。进洞口段明洞施工完毕后，以大管棚作为超前支护。在洞外衬砌外缘施作C25级钢拱架混凝土套拱（厚80cm，宽200cm），套拱内按间距80cm埋设3榀I20工字钢拱架，管棚的导向管用Φ25钢筋固定在钢拱架上，对称浇筑套拱混凝土，布置图见图1。
4.3.1.2 管棚施工方法
管棚长约32m，外插角度1～3度，沿导向管用地质钻机钻孔后，用高压风清孔；管棚用外径为φ108mm的热轧无缝钢管加工制作，用钻机逐根顶进接长安装，管棚内采用水泥-水玻璃浆注浆。
图1 管棚布置图
4.3.2 注浆小导管施工
在隧道开挖前，采用风钻钻孔、高压风清孔之后，将小导管放入孔内，沿隧道开挖轮廓外排列，管内注入水泥浆液。将预先弯制好的工字钢支垫于小导管之下，并在拱脚处用锁脚锚杆锁定。人工配合风镐开挖上导坑，开挖完成后及时安装工字钢拱架、一次衬砌封闭。这样注浆小导管与工字钢共同组成预支护系统，支撑和加固自稳能力极低的围岩，一次衬砌混凝土将不连续的岩层层面胶结起来，并产生楔形效应而增加岩块间的摩擦系数，防止岩块沿软弱面滑移。
4.3.3 超前锚杆
在本例中，采用Ф22超前早强砂浆锚杆进行隧道施工，杆长4.3m，环向间距40cm，纵向每3.0m设一环，外倾角10°～20°。锚杆由Ф22螺纹钢筋外加药卷锚固剂组成，超前锚杆采用钻孔打入法，其安装的方法和步骤如下：
（1）用YT－28风钻打孔，然后用吹管将孔内岩粉吹出成孔。
（2）插入锚杆，如果插入困难时，可用带冲击锤的YT－28风钻辅助顶入，或者直接用重锤锤入。
（3）超前锚杆采用锚固剂固结。
施工时，应根据岩体来确定锚杆的最佳插入位置和方向。为起到共同支护的作用，要求将超前锚杆尾端焊接在钢支撑的腹部。具体布置图见图2。
图2 超前锚杆布置图
4.4 注意事项
4.4.1 保证整体的稳定性
我们知道，超前支护的主要作用，是防止开挖面的顶部坍塌，在相邻已施工的现场，只有当初期支护抑制了围岩层的有害变形时，超前支护才能承受纵向“次生拱”的压力。因此，施工时一般要求初期支护能可靠地承受超前支护端传来的荷载。在施工实践中，特别要注意距掌子面1.0～1.5倍洞径范围内的初期变形和收敛情况，如果发现有不正常現象，要及时加固，否则就可能出现坍塌事故。
4.4.2 掌控爆破技术
不管什么原因，如果超前支护的顶部被掏空，超前支护的效果就会大大降低。因此，采用爆破技术时，一定要控制好，严禁支护顶部超挖，以便使超前支护起到应有的作用。
4.4.3 选择开挖方法
隧道掌子面前方正面如果发生坍塌，造成的直接后果是，超前支护的失效。所以开挖时，应尽量降低开挖高度，以保证掌子面的稳定，从而保证超前支护的作用能得到有效的发挥。
4.4.4 喷射砼
如果掌子面不整齐，那么在使用钢拱架支护时，掌子面的顶部与钢拱架之间，就会有一定的空隙存在，对这道空隙的处理，可先喷射一层砼，使之与钢拱架外缘齐平，可以起到加强超前支护的作用。
4．5 总体评价
在本文所叙的示例工程中，为检查超前支护施工的实施效果，施工单位专门组织了对隧道洞口段下沉位移量的多点观测，现根据各观测点的高程数值，绘制出口断面地表下沉的位移图，图中Y1～Y5表示出口断面的1-5号观测点。
地表下沉位移图显示，从开挖起，各点下沉趋势明显，20天后，下沉趋于稳定，符合规范要求。这就充分说明，采用大管棚预注浆、超前小导管、超前锚杆超前支护措施，对防止围岩恶化、控制隧道变形的作用是显著的。
5．结语
管棚等几种支护措施的综合应用在定西隧道塌方治理中效果显著，保证了施工速度，缩短了工期，取得了显著的经济效益。
参考文献:
[1] 王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论[M]．合肥：安徽教育出版社，2004．
[2] JTJ026-90，公路隧道设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．
[3] 黄成光．公路隧道施工[M]．北京：人民交通出版社，2001．
[4]. 孙富学，朱秀清. 隧道工程塌方治理及工程实例. 公路交通技术[J]. 2006年4月第2期
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关 键 词】 隧道塌方超前支护小导管注浆管棚
1．前言
隧道塌方是目前隧道工程施工中经常出现的一个问题，这是为什么呢？简言之，这是因为，隧道中的岩石结构发生了变化的缘故。隧道开挖后，原有的岩体结构和受力平衡被破坏，岩体在自重的作用下，很容易造成塌方。因此，如何采取措施有效预防和治理塌方，将塌方造成的危害降至最低，是隧道施工中最重要一个课题。
2．隧道塌方产生的原因
隧道塌方产生的原因是多方面的，其中包括地质条件方面的客观因素，包括施工时人为方面的主观因素，还有设计时考虑不周方面的因素等。
3．隧道塌方的支护和处理方法
目前对于塌方问题已经有较多的治理方法，而且还有很多专家致力于这项研究中。其中围岩塌方主要是由岩体失稳所引发，从治本的角度考虑，首先应从加强围岩的自稳能力方面着手。主要有锚杆法、注浆法、小导管注浆支护、管棚法。
4．工程实例
每种支护方法都有其适用的地质和实际工程条件，必要时结合起来应用，可以达到更好的效果，以下就以小导管注浆、管棚、锚杆等超前支护方法在某浅埋偏压及软弱围岩隧道塌方段中的应用为例，来阐述了塌方段的综合处理。
4.1 隧道工程概况
定西隧道位于定西高速公路段，甘肃省定西市境内，是一座高速公路长大隧道，呈南北向展布。隧道全长2505米，计算行车速度为80km/h，隧道净空高5.0m，建筑限界净宽：（0.75+0.5+3.75×2+0.75+0.75）=10.25m；本隧道围岩可分为IV、V二级，其中，IV级围岩衬砌长度为2365m，V级围岩衬砌长度为140m。隧道出口SK327+890～SK327+810段属V级围岩。洞口覆盖层厚0～9m，围岩整体性差，上部主要为浅黄色、半坚硬新黄土，土质疏松，垂直节理裂隙发育，具湿陷性；下部为全风化泥岩，结构完全破坏，风化成土状及碎屑状，次生节理裂隙发育。成洞困难，无支护或支护不及时可产生较大坍塌。给隧道出口施工和隧道的稳定性带来较大的困难。
4.2 问题的提出及方案确定
隧道施工自准备进洞开始，随着表土清除，洞口开挖工作面形成，正值雨季，长时间降雨造成围岩受泡富水饱和，洞口段围岩软化，仰坡地表产生裂缝，洞口开挖工作面有发生塌方的危险，施工进洞困难。
根据现场实际情况，结合有关类似隧道的施工经验，认为采取超前支护措施进行施工比较合理，这种施工方法是，先采用大管棚超前预注浆，结合超前注浆小导管或超前锚杆对洞口段进行固结处理，再进行开挖。进洞后，如遇IV级围岩破碎，即采用超前小导管及超前锚杆加固，从而保证了洞身施工的顺利进行。
4.3 超前支护在隧道中的施工
本隧道跨度大，净空高，施工难度很大，为保证施工安全，确保质量和工期，采取了超前长管棚、超前小导管及超前锚杆等施工措施与初期支护配合，从而保证了施工的顺利进行。
4.3.1 管棚施工
4.3.1.1 混凝土导拱施工方法
用砼套拱作为超前管棚导向墙，洞口开挖至成洞面后，停止开挖，整平地面，做一洞面临时支护，搭设管棚施工平台。进洞口段明洞施工完毕后，以大管棚作为超前支护。在洞外衬砌外缘施作C25级钢拱架混凝土套拱（厚80cm，宽200cm），套拱内按间距80cm埋设3榀I20工字钢拱架，管棚的导向管用Φ25钢筋固定在钢拱架上，对称浇筑套拱混凝土，布置图见图1。
4.3.1.2 管棚施工方法
管棚长约32m，外插角度1～3度，沿导向管用地质钻机钻孔后，用高压风清孔；管棚用外径为φ108mm的热轧无缝钢管加工制作，用钻机逐根顶进接长安装，管棚内采用水泥-水玻璃浆注浆。
图1 管棚布置图
4.3.2 注浆小导管施工
在隧道开挖前，采用风钻钻孔、高压风清孔之后，将小导管放入孔内，沿隧道开挖轮廓外排列，管内注入水泥浆液。将预先弯制好的工字钢支垫于小导管之下，并在拱脚处用锁脚锚杆锁定。人工配合风镐开挖上导坑，开挖完成后及时安装工字钢拱架、一次衬砌封闭。这样注浆小导管与工字钢共同组成预支护系统，支撑和加固自稳能力极低的围岩，一次衬砌混凝土将不连续的岩层层面胶结起来，并产生楔形效应而增加岩块间的摩擦系数，防止岩块沿软弱面滑移。
4.3.3 超前锚杆
在本例中，采用Ф22超前早强砂浆锚杆进行隧道施工，杆长4.3m，环向间距40cm，纵向每3.0m设一环，外倾角10°～20°。锚杆由Ф22螺纹钢筋外加药卷锚固剂组成，超前锚杆采用钻孔打入法，其安装的方法和步骤如下：
（1）用YT－28风钻打孔，然后用吹管将孔内岩粉吹出成孔。
（2）插入锚杆，如果插入困难时，可用带冲击锤的YT－28风钻辅助顶入，或者直接用重锤锤入。
（3）超前锚杆采用锚固剂固结。
施工时，应根据岩体来确定锚杆的最佳插入位置和方向。为起到共同支护的作用，要求将超前锚杆尾端焊接在钢支撑的腹部。具体布置图见图2。
图2 超前锚杆布置图
4.4 注意事项
4.4.1 保证整体的稳定性
我们知道，超前支护的主要作用，是防止开挖面的顶部坍塌，在相邻已施工的现场，只有当初期支护抑制了围岩层的有害变形时，超前支护才能承受纵向“次生拱”的压力。因此，施工时一般要求初期支护能可靠地承受超前支护端传来的荷载。在施工实践中，特别要注意距掌子面1.0～1.5倍洞径范围内的初期变形和收敛情况，如果发现有不正常現象，要及时加固，否则就可能出现坍塌事故。
4.4.2 掌控爆破技术
不管什么原因，如果超前支护的顶部被掏空，超前支护的效果就会大大降低。因此，采用爆破技术时，一定要控制好，严禁支护顶部超挖，以便使超前支护起到应有的作用。
4.4.3 选择开挖方法
隧道掌子面前方正面如果发生坍塌，造成的直接后果是，超前支护的失效。所以开挖时，应尽量降低开挖高度，以保证掌子面的稳定，从而保证超前支护的作用能得到有效的发挥。
4.4.4 喷射砼
如果掌子面不整齐，那么在使用钢拱架支护时，掌子面的顶部与钢拱架之间，就会有一定的空隙存在，对这道空隙的处理，可先喷射一层砼，使之与钢拱架外缘齐平，可以起到加强超前支护的作用。
4．5 总体评价
在本文所叙的示例工程中，为检查超前支护施工的实施效果，施工单位专门组织了对隧道洞口段下沉位移量的多点观测，现根据各观测点的高程数值，绘制出口断面地表下沉的位移图，图中Y1～Y5表示出口断面的1-5号观测点。
地表下沉位移图显示，从开挖起，各点下沉趋势明显，20天后，下沉趋于稳定，符合规范要求。这就充分说明，采用大管棚预注浆、超前小导管、超前锚杆超前支护措施，对防止围岩恶化、控制隧道变形的作用是显著的。
5．结语
管棚等几种支护措施的综合应用在定西隧道塌方治理中效果显著，保证了施工速度，缩短了工期，取得了显著的经济效益。
参考文献:
[1] 王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论[M]．合肥：安徽教育出版社，2004．
[2] JTJ026-90，公路隧道设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．
[3] 黄成光．公路隧道施工[M]．北京：人民交通出版社，2001．
[4]. 孙富学，朱秀清. 隧道工程塌方治理及工程实例. 公路交通技术[J]. 2006年4月第2期
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。