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【摘 要】本文介绍涪（陵）--丰（都）高速公路涪陵隧道破碎断裂带涌水段的塌方处治方法，详细阐述了塌方的过程、塌方的原因及塌方的处治措施，并采用“拱顶塌腔泵送混凝土回填拱壳棚护掘进”施工工艺成功穿越塌方段。此技术为此类不良地质段隧道塌方处治提供了可借鉴的经验。
【关键词】隧道；破碎断裂带；涌水；处治；方法
1.工程概况
1.1地形地貌
涪陵隧道位于重庆市涪陵区龙桥镇沙溪村和荔枝街道乌江村之间；隧道穿越涪陵山脉，右洞全长3250m（K1+895-K5+145；）左洞全长3273m（ZK5+158-ZK1+885）隧道的最大埋深约290.6m。
1.2工程地质
隧址区地层上部为第四纪松散覆盖层，下伏基岩有侏罗系中-下统自流井组泥岩、页岩、下统珍珠冲组砂质泥岩以及三迭系上统须家河组砂岩、中统雷口组泥灰岩和页岩、下统嘉陵江组灰岩等。
1.3水文条件
隧址区地下水主要为基岩裂隙水及岩溶裂隙水，砂岩、泥岩、页岩的强-中风化岩体的裂隙较发育，含有一定量的裂隙潜水；物探揭露隧址区有多条岩溶裂隙发育带，是地下水的下泄通道，含有较大的岩溶裂隙水。在建的涪丰高速公路涪陵隧道进口部分局部为砂岩、页岩，灰岩中岩溶裂隙发育，有多处的溶洞、溶槽发育，隧道开挖改变了天然地下水的迳流及排泄等自然条件，隧道将会成为新的局部地下水的排泄基准，有可能会出现沿断裂带、岩溶裂隙发育带发生大规模的涌水或突水问题，特别是雨季发生涌水、突水的可能性更大，从而会影响隧道的正常施工及运营工作安全。
1.4塌方过程
2011年8月24日5：00时，涪陵隧道进口右洞K2+816处掌子面出现坍塌，左侧拱脚处伴有股状流水，水质较清，此里程段据现场揭示强风化泥灰岩，岩石呈碎石状松散结构（碎石土状），岩体极破碎，以碎石、碎块状为主，节理裂隙极为发育，裂隙水非常发育。20：00掌子面在裂隙处有大块坍塌，拱部涌出泥沙，形成流状泥石流。不时伴有坍塌，塌腔口被虚渣封堵。坍体呈剥落状顺延至掌子面深度有8m，塌腔高度约7m（自初支拱顶起算），延伸掌子面为8m，环向宽度约8m。且塌腔有继续发展扩大的趋势。初步估计塌体渣量约450m3。股状流水由左侧增至全断面，水源头不明。经初步估算流水量7000-8000m3/d。（以正台阶施工工艺施作）初步判断为裂隙水。
2.塌方原因分析
此里程段落现场揭示围岩与超前地质预报成果报告及设计地质描述一致。设计支护参数为S5b。
2.1该段塌方的原因主要是该段围岩受地质构造强挤压力影响，节理裂隙极为发育，岩体呈压碎状，极为破碎，判断为断层破碎带，并夹有泥质软弱层，使得围岩层面间胶结极差，岩体呈散体结构，无自稳能力。
2.2涌水使围岩软化，导致大量松散泥沙被水带出，直接造成围岩倒壁失稳坍塌。
2.3施工中未及时调整开挖工艺和支护参数的变更加强。
3.施工方案的比选与选择
隧道塌方塌腔处治方案常见有如下几种：
3.1大管棚注浆超前支护法
该方法主要采用注浆大管棚辐以注浆小导管，对塌方体进行预支护。采用短进尺、分阶段开挖，对塌方体的支护做到随挖随支。由于塌腔跨度大，塌体破碎、松散且由于涌水浸泡造成围岩层面间胶结差，成孔困难，易造成坍孔无法送管；
3.2塌坑注浆法
利用地表塌坑向塌方体注浆加固，再进行塌方体的开挖施工。但该里程段埋深100多米，此方法代价太高，质量不易控制。
3.3强行掘进法
采用多台阶开挖，对塌腔进行喷射砼封闭稳定，强行支护。此方案操作简单，但由于此塌方段塌腔不时伴有掉块、坍塌，围岩状况一直处于不稳定状况。安全风险大，无法提供一个安全稳定的操作空间。
结合本工程特点，为安全高效通过此段不良地质塌方，本着“先加固、防扩展、综合治理”的原则，经四方代表实地踏勘，研究制定“拱顶塌腔泵送混凝土回填拱壳棚护掘进”施工技术，原理为封堵塌体，利用加强筋和岩壁四周摩擦及渣体对空腔泵送混凝土回填，使其塌腔顶部形成一混凝土外壳，然后采用三台阶短进尺、超前强支护的施工工艺掘进开挖。
4.塌方处治施工措施
4.1掌子面塌体反压回填
4.1.1对塌方渣体暂不予清理；
4.1.2洞外运渣对掌子面塌体进行反压回填，在稳定塌体的同时，以作为后续施工阶段的工作平台。在反压回填时，对塌体涌水泥石流较集中部位采用预埋HDPE100水管。并对泥石流集中位置栽钢架拦截，以防大量泥沙量流失造成凌空面形成二次塌方。回填渣以透水性较好的碎石为主，以保证塌腔涌水快速排出。
4.2后续初支护拱加固
施作护拱。对K2+805-K2+813（8m）已施作完成的上台阶初支格栅拱架，进行护拱补强加固，护拱8榀，防止塌方延伸扩大至小里程桩号已施作初支。护拱支护参数为：I18钢架，1m间距，并喷射10cm厚度C20砼。每榀拱架增设L=3.5m锁脚锚杆，以确保不出现反塌。通过监控量测数据的反馈，证明护拱的施作，大大提高了此段塌方段前期初支的抗荷能力，拱顶沉降及周边位移趋于稳定，效果明显。（待此段永久性仰拱完成后，对所施作护拱进行拆除，以确保此段二衬断面尺寸满足设计要求。）
4.3钢架喷射混凝土封堵墙
4.3.1施作上台阶喷射混凝土封堵墙
①据现场右侧2m左右为直立性灰岩，相对稳定。所以封堵墙的施作顺序为由右向左渐进。
②封堵墙施作参数：I18钢架作为立柱和横梁，立柱与横梁的间距均为1m，井字形布设，钢架顶端与原初支钢架或增设锚杆焊接，底部埋至中导岩体50cm。采用ф22连接筋、ф8钢筋网片连接，木板铺设封闭，采用喷射混凝土封堵，封堵墙厚度为40cm。为保证封堵墙牢固可靠，可用木支撑或反压土方进行加固形成整体墙。（利用钢架与喷射混凝土形成整体封堵墙，相较于模筑混凝土封堵墙具有施工工序简单、操作方便、施工速度快、成本小、安全可靠的特点。） 4.3.2封堵墙施作的注意事项：
①在上台阶封堵塌体的同时，在水流集中部位预埋HDPE100引水管，以便涌水迅速引出至封堵墙体。避免水压力对封堵墙侧压冲击。
②在施作封堵墙的同时，预埋混凝土泵管和观察窗，观察窗的作用为监控泵送混凝土过程，以便及时调整泵送混凝土的方位、方量。泵管预埋根数视现场实际情况预留。
分层分次泵送C20混凝土，混凝土的坍落度控制在200mm左右。
③设计泵送砼厚度不小于1.5m拱形壳体。泵管口支架支撑加固，确保泵送混凝土过程中，泵管口不会因为泵管振动支架倒塌，影响泵送混凝土顺利进行。管口高度高于泵送混凝土厚度，2m-2.5m。泵送混凝土顺序以两侧向中央进行，利用渣体及岩体四周壁摩擦力支撑泵送混凝土自稳。根据裂隙水流量或观察窗、事先估算每个预留泵管泵送混凝土方量综合判断每个泵管输送混凝土的效果，估算泵送混凝土总体方量约600m3。
④待混凝土浇筑完成后48小时后，以砼具备一定强度，满足自稳。根据裂隙水出水位置和钻眼探孔的方式判断泵送混凝土效果，采用钻眼探孔主要检查泵送混凝土的厚度、分布范围等。钻眼的个数以左右两侧各三个，拱顶位置钻眼三个。
4.4施作加劲钢管
施作加劲钢管。拱顶环向120度，环向间距50cm，采用钻机钻孔，施作L=12m，ф76×4超前中钢管穿越混凝土壳体、塌腔抵至掌子面，并保证入岩锚固长度不小于2m，并对钢管压注1：1-0.5：1水泥浆液，形成一密实杆体，确保泵送混凝土壳体与岩壁四周、加筋钢管及渣体形成一稳固整体。
4.5拆除封堵墙
拆除封堵墙。泵送混凝土探测达到设计理想状况后，拆除封堵墙。拆除顺序依从右向左。
4.6开挖掘进
4.6.1开挖采用三台阶弧形导坑预留核心土法，混凝土拱壳内打设L=3.5m，ф42×3.5超前小导管，，仰角3°～5°，环向间距40cm，范围120°，循环搭接长度不小于1m，并压注水泥浆液进一步填充混凝土间、混凝土与塌方渣体间裂隙固结整体。为确保压注水泥浆效果，可以采用喷射混凝土封闭掌子面。
4.6.2采用弱爆破：尽可能人工配合机械开挖，对固结混凝土壳体弱爆破，避免过度震动引起二次塌坍；
4.6.3短进尺：每次进尺为75cm即每榀拱架的间距，以此为支撑点掘进；
4.6.4强支护：将K2+816-K2+826（10m）段初支支护参数由S5b变更为：I18钢架，间距50cm，加密拱架连接筋间距为50cm，增补锁脚锚杆采用ф42×3.5，L=4.0m小钢管，根数不少于4根。系统锚杆适当加长，以穿越混凝土壳体锚固至岩体为最佳，以便更好的悬挂稳定混凝土壳体。其余支护参数依S5a支护参数不变。
4.6.5加大预留变形量为25cm。并且视监控量测数据及时调整，以防止侵限换拱的事故发生。依据此施工步骤，循环掘进支护。2011年9月17日成功穿越塌体至掌子面。据现场掌子面揭示强风化泥灰岩，岩石呈碎石状松散结构（碎石土状），岩体极破碎，以碎石、碎块状为主，节理裂隙极为发育，裂隙水明显减少，初步估算流量约为700m3/d。依据引排水通畅、短进尺、强支护、后续跟进仰拱及早成环的施工方法，完全可以满足隧道的安全掘进。
5.结语
涪陵隧道破碎断裂带涌水塌方段，采用“拱顶塌腔泵送混凝土回填拱壳棚护掘进”施工工艺顺利穿越塌方段，通过监控量测反馈的数据，证明此工艺方法可行，安全可靠。对于跨径较大10m以上拱顶塌腔，可以采取多循环封堵墙泵送混凝土施工方法。针对此类不良地质类塌方处治采用“拱顶塌腔泵送混凝土回填拱壳棚护掘进”施工技术值得推广和借鉴。
参考文献：
[1]JTG F60—2009.公路隧道施工技术规范[S].
[2]钱东升.公路隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2003.
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.
[4]丛恩伟.浅谈隧道塌方的处理[J].西部探矿工程，2002（2）：43-44.
【关键词】隧道；破碎断裂带；涌水；处治；方法
1.工程概况
1.1地形地貌
涪陵隧道位于重庆市涪陵区龙桥镇沙溪村和荔枝街道乌江村之间；隧道穿越涪陵山脉，右洞全长3250m（K1+895-K5+145；）左洞全长3273m（ZK5+158-ZK1+885）隧道的最大埋深约290.6m。
1.2工程地质
隧址区地层上部为第四纪松散覆盖层，下伏基岩有侏罗系中-下统自流井组泥岩、页岩、下统珍珠冲组砂质泥岩以及三迭系上统须家河组砂岩、中统雷口组泥灰岩和页岩、下统嘉陵江组灰岩等。
1.3水文条件
隧址区地下水主要为基岩裂隙水及岩溶裂隙水，砂岩、泥岩、页岩的强-中风化岩体的裂隙较发育，含有一定量的裂隙潜水；物探揭露隧址区有多条岩溶裂隙发育带，是地下水的下泄通道，含有较大的岩溶裂隙水。在建的涪丰高速公路涪陵隧道进口部分局部为砂岩、页岩，灰岩中岩溶裂隙发育，有多处的溶洞、溶槽发育，隧道开挖改变了天然地下水的迳流及排泄等自然条件，隧道将会成为新的局部地下水的排泄基准，有可能会出现沿断裂带、岩溶裂隙发育带发生大规模的涌水或突水问题，特别是雨季发生涌水、突水的可能性更大，从而会影响隧道的正常施工及运营工作安全。
1.4塌方过程
2011年8月24日5：00时，涪陵隧道进口右洞K2+816处掌子面出现坍塌，左侧拱脚处伴有股状流水，水质较清，此里程段据现场揭示强风化泥灰岩，岩石呈碎石状松散结构（碎石土状），岩体极破碎，以碎石、碎块状为主，节理裂隙极为发育，裂隙水非常发育。20：00掌子面在裂隙处有大块坍塌，拱部涌出泥沙，形成流状泥石流。不时伴有坍塌，塌腔口被虚渣封堵。坍体呈剥落状顺延至掌子面深度有8m，塌腔高度约7m（自初支拱顶起算），延伸掌子面为8m，环向宽度约8m。且塌腔有继续发展扩大的趋势。初步估计塌体渣量约450m3。股状流水由左侧增至全断面，水源头不明。经初步估算流水量7000-8000m3/d。（以正台阶施工工艺施作）初步判断为裂隙水。
2.塌方原因分析
此里程段落现场揭示围岩与超前地质预报成果报告及设计地质描述一致。设计支护参数为S5b。
2.1该段塌方的原因主要是该段围岩受地质构造强挤压力影响，节理裂隙极为发育，岩体呈压碎状，极为破碎，判断为断层破碎带，并夹有泥质软弱层，使得围岩层面间胶结极差，岩体呈散体结构，无自稳能力。
2.2涌水使围岩软化，导致大量松散泥沙被水带出，直接造成围岩倒壁失稳坍塌。
2.3施工中未及时调整开挖工艺和支护参数的变更加强。
3.施工方案的比选与选择
隧道塌方塌腔处治方案常见有如下几种：
3.1大管棚注浆超前支护法
该方法主要采用注浆大管棚辐以注浆小导管，对塌方体进行预支护。采用短进尺、分阶段开挖，对塌方体的支护做到随挖随支。由于塌腔跨度大，塌体破碎、松散且由于涌水浸泡造成围岩层面间胶结差，成孔困难，易造成坍孔无法送管；
3.2塌坑注浆法
利用地表塌坑向塌方体注浆加固，再进行塌方体的开挖施工。但该里程段埋深100多米，此方法代价太高，质量不易控制。
3.3强行掘进法
采用多台阶开挖，对塌腔进行喷射砼封闭稳定，强行支护。此方案操作简单，但由于此塌方段塌腔不时伴有掉块、坍塌，围岩状况一直处于不稳定状况。安全风险大，无法提供一个安全稳定的操作空间。
结合本工程特点，为安全高效通过此段不良地质塌方，本着“先加固、防扩展、综合治理”的原则，经四方代表实地踏勘，研究制定“拱顶塌腔泵送混凝土回填拱壳棚护掘进”施工技术，原理为封堵塌体，利用加强筋和岩壁四周摩擦及渣体对空腔泵送混凝土回填，使其塌腔顶部形成一混凝土外壳，然后采用三台阶短进尺、超前强支护的施工工艺掘进开挖。
4.塌方处治施工措施
4.1掌子面塌体反压回填
4.1.1对塌方渣体暂不予清理；
4.1.2洞外运渣对掌子面塌体进行反压回填，在稳定塌体的同时，以作为后续施工阶段的工作平台。在反压回填时，对塌体涌水泥石流较集中部位采用预埋HDPE100水管。并对泥石流集中位置栽钢架拦截，以防大量泥沙量流失造成凌空面形成二次塌方。回填渣以透水性较好的碎石为主，以保证塌腔涌水快速排出。
4.2后续初支护拱加固
施作护拱。对K2+805-K2+813（8m）已施作完成的上台阶初支格栅拱架，进行护拱补强加固，护拱8榀，防止塌方延伸扩大至小里程桩号已施作初支。护拱支护参数为：I18钢架，1m间距，并喷射10cm厚度C20砼。每榀拱架增设L=3.5m锁脚锚杆，以确保不出现反塌。通过监控量测数据的反馈，证明护拱的施作，大大提高了此段塌方段前期初支的抗荷能力，拱顶沉降及周边位移趋于稳定，效果明显。（待此段永久性仰拱完成后，对所施作护拱进行拆除，以确保此段二衬断面尺寸满足设计要求。）
4.3钢架喷射混凝土封堵墙
4.3.1施作上台阶喷射混凝土封堵墙
①据现场右侧2m左右为直立性灰岩，相对稳定。所以封堵墙的施作顺序为由右向左渐进。
②封堵墙施作参数：I18钢架作为立柱和横梁，立柱与横梁的间距均为1m，井字形布设，钢架顶端与原初支钢架或增设锚杆焊接，底部埋至中导岩体50cm。采用ф22连接筋、ф8钢筋网片连接，木板铺设封闭，采用喷射混凝土封堵，封堵墙厚度为40cm。为保证封堵墙牢固可靠，可用木支撑或反压土方进行加固形成整体墙。（利用钢架与喷射混凝土形成整体封堵墙，相较于模筑混凝土封堵墙具有施工工序简单、操作方便、施工速度快、成本小、安全可靠的特点。） 4.3.2封堵墙施作的注意事项：
①在上台阶封堵塌体的同时，在水流集中部位预埋HDPE100引水管，以便涌水迅速引出至封堵墙体。避免水压力对封堵墙侧压冲击。
②在施作封堵墙的同时，预埋混凝土泵管和观察窗，观察窗的作用为监控泵送混凝土过程，以便及时调整泵送混凝土的方位、方量。泵管预埋根数视现场实际情况预留。
分层分次泵送C20混凝土，混凝土的坍落度控制在200mm左右。
③设计泵送砼厚度不小于1.5m拱形壳体。泵管口支架支撑加固，确保泵送混凝土过程中，泵管口不会因为泵管振动支架倒塌，影响泵送混凝土顺利进行。管口高度高于泵送混凝土厚度，2m-2.5m。泵送混凝土顺序以两侧向中央进行，利用渣体及岩体四周壁摩擦力支撑泵送混凝土自稳。根据裂隙水流量或观察窗、事先估算每个预留泵管泵送混凝土方量综合判断每个泵管输送混凝土的效果，估算泵送混凝土总体方量约600m3。
④待混凝土浇筑完成后48小时后，以砼具备一定强度，满足自稳。根据裂隙水出水位置和钻眼探孔的方式判断泵送混凝土效果，采用钻眼探孔主要检查泵送混凝土的厚度、分布范围等。钻眼的个数以左右两侧各三个，拱顶位置钻眼三个。
4.4施作加劲钢管
施作加劲钢管。拱顶环向120度，环向间距50cm，采用钻机钻孔，施作L=12m，ф76×4超前中钢管穿越混凝土壳体、塌腔抵至掌子面，并保证入岩锚固长度不小于2m，并对钢管压注1：1-0.5：1水泥浆液，形成一密实杆体，确保泵送混凝土壳体与岩壁四周、加筋钢管及渣体形成一稳固整体。
4.5拆除封堵墙
拆除封堵墙。泵送混凝土探测达到设计理想状况后，拆除封堵墙。拆除顺序依从右向左。
4.6开挖掘进
4.6.1开挖采用三台阶弧形导坑预留核心土法，混凝土拱壳内打设L=3.5m，ф42×3.5超前小导管，，仰角3°～5°，环向间距40cm，范围120°，循环搭接长度不小于1m，并压注水泥浆液进一步填充混凝土间、混凝土与塌方渣体间裂隙固结整体。为确保压注水泥浆效果，可以采用喷射混凝土封闭掌子面。
4.6.2采用弱爆破：尽可能人工配合机械开挖，对固结混凝土壳体弱爆破，避免过度震动引起二次塌坍；
4.6.3短进尺：每次进尺为75cm即每榀拱架的间距，以此为支撑点掘进；
4.6.4强支护：将K2+816-K2+826（10m）段初支支护参数由S5b变更为：I18钢架，间距50cm，加密拱架连接筋间距为50cm，增补锁脚锚杆采用ф42×3.5，L=4.0m小钢管，根数不少于4根。系统锚杆适当加长，以穿越混凝土壳体锚固至岩体为最佳，以便更好的悬挂稳定混凝土壳体。其余支护参数依S5a支护参数不变。
4.6.5加大预留变形量为25cm。并且视监控量测数据及时调整，以防止侵限换拱的事故发生。依据此施工步骤，循环掘进支护。2011年9月17日成功穿越塌体至掌子面。据现场掌子面揭示强风化泥灰岩，岩石呈碎石状松散结构（碎石土状），岩体极破碎，以碎石、碎块状为主，节理裂隙极为发育，裂隙水明显减少，初步估算流量约为700m3/d。依据引排水通畅、短进尺、强支护、后续跟进仰拱及早成环的施工方法，完全可以满足隧道的安全掘进。
5.结语
涪陵隧道破碎断裂带涌水塌方段，采用“拱顶塌腔泵送混凝土回填拱壳棚护掘进”施工工艺顺利穿越塌方段，通过监控量测反馈的数据，证明此工艺方法可行，安全可靠。对于跨径较大10m以上拱顶塌腔，可以采取多循环封堵墙泵送混凝土施工方法。针对此类不良地质类塌方处治采用“拱顶塌腔泵送混凝土回填拱壳棚护掘进”施工技术值得推广和借鉴。
参考文献：
[1]JTG F60—2009.公路隧道施工技术规范[S].
[2]钱东升.公路隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2003.
[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.
[4]丛恩伟.浅谈隧道塌方的处理[J].西部探矿工程，2002（2）：43-44.