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摘要：随着我国公路交通事业的快速发展，西南地区公路建设也在不断发展进步。喀斯特地质隧道施工极为普遍，本文对安龙铺隧道右线进口施工中出现的大范围、深埋段塌方冒頂及采用人工打工字钢的处理方法进行了分析，并对当前隧道施工中的防塌技术进行了详细论述。
关键词：喀斯特；隧道；治坍；防塌
1、工程实例
沪瑞国道主干线（贵州境）西段，起于镇宁县城北和尚庄，与在建的（GZ65）清镇至镇宁段高速公路相接，止于贵州省盘县与云南省富源县的交界-胜境关，与云南省曲靖至胜境关高速公路相连接。本工程项目对改变地区交通基础设施落后的局面，促进地区协调发展，将起着极其重要的作用。
安龙铺隧道位于关岭县境内，是一座典型的喀斯特地质隧道，该隧道为上下行分离的四车道高速公路长隧道，隧道最大埋深约为226m，隧道进口为削竹式洞门，出口为端墙式洞门。
隧道净空为10.5m×5.0m（宽×高）。根据设计图纸，隧道单线Ⅱ类围岩295m，Ⅲ类围岩565m，Ⅳ类围岩2286m。
隧道处为中山区，为构造剥蚀、溶蚀峰丛-槽谷地貌类型，峰丛基座相连，山顶呈大致齐平的剥夷面。山体间发育有中等～强烈发育的冲沟。地势陡峻，最大坡角约40度，隧道连续穿越过几座山坡、山脊或山峰，海拔高程约为1320～1580米，相对最大切割深度约400米。最高山峰为五香林，海拔1584.6米。隧道后半段植被较发育。
隧道处不良地质现象主要为岩溶和构造破碎带。
2、塌方发生情况、原因分析、处理方法及效果
地表塌方冒顶
由于隧道地质复杂，岩溶发育，安龙铺隧道右线进口洞身开挖到YK35+328时，开挖面出现坍方，坍方体为松散土体，坍方量约500m3，同时地表出现冒顶，地表坍陷区范围为一直径约10m的圆，该处拱顶覆盖层厚度为30m。出现坍方后，立即进行了处理，先用喷砼封闭开挖面，然后打加密注浆小导管（Φ42，环向间距0.3m）注浆，由于坍方量太大，洞顶松散堆积体太厚，经过这样处理过后只能保证临时稳定，不能往前掘进。
原因分析：
1、开挖时采用上断面分部开挖法，而且全是人工和挖机作业，没有爆破，开挖后又及时进行了支护。因此，施工方法是对的。
2、从塌方体情况来看，全是松散土体，中间夹有少量孤石，可判断为溶洞内充填物。
3、从地表坍陷区内可见土体与岩石的分界面，整个土体沿岩石面滑动，说明该处为一大型溶洞，溶洞呈竖向贯通，塌方体为溶洞内充填物，数量巨大，开挖时溶洞暴露，引起塌方。
处理方法：
由于塌方体为溶洞内充填物，土体松散，自身无承载力，拱顶覆盖层厚，如果轻易动下面的土，将会引起地表继续沉陷。通过对这次塌方原因的仔细分析，结合以往的施工经验，决定采用人工打工字钢的方法处理：
图二 人工打工字钢布置图
1、暂时不扰动塌方堆积体。
2、沿环向打入φ42×3.5mm小导管，小导管长度为6m，环向间距.3m，打完后注浆，让拱顶一定范围内的土体形成一整体，下面施工时不再往下塌。
3、沿开挖面周边打入I18工字钢，工字钢环向间距为0.3m（共30根），长度尽量往里打。
4、、工字钢打入土体后，尾端焊接在已安装好的拱架上，形成一简支梁结构。
5、由于开挖断面的限制，尾端工字钢必然会侵入净空，等这段塌方处理过去后，再回头来处理侵入净空的工字钢。
处理完后，“顶设导坑核心支撑法”进行下步开挖：
图三 处理好后的工字钢
图四 顶设导坑核心支撑法
图五 隧道出口洞口原始地质
具体施工步骤为：
1、先打入φ42超前小导管，小导管长6m，环向间距0.3m，打完后注浆。
2、开挖Ⅰ部分，进尺为0.5～0.8m，开挖后及时安装工字钢，并用φ20圆木将工字钢顶住，然后进行喷砼支护。
3、开挖03～5m后，后面紧跟着打径向小导管注浆，小导管长也是6m，环向间距0.3m，将拱部塌方松散体全部固结。
4、重复以上工序，一直把塌方段开挖、支护完。
5、Ⅰ部开挖完后，回过头来开挖Ⅱ部分，开挖时，也采用短进尺，每环进尺0.5～0.8m，开挖后，及时安装工字钢，打锁脚锚杆和系统锚杆，然后喷砼，左、右两侧不能同时开挖，采用跳槽或错开一定距离开挖。
6、Ⅱ部分开挖完后，才能开挖核心土Ⅲ部分。
处理效果：这样处理后，没有再出现大的塌方，开挖过程很顺利，处理费用也不高。
3、隧道施工中的防塌技术
3.1、洞口施工时的防塌
3.1.1开挖边、仰坡之前先做好截水沟：
洞口的特点：洞口是进出隧道的咽喉和隧道两端施工的通道，也是整个隧道的薄弱环节；
由于边、仰坡和隧道的开挖使山体受到破坏，而洞口地段既受地表水冲刷又是地下水汇集之处，致使山体的稳定性受到很大削弱。
图六 施工套拱时预留核心土防塌方
洞口岩层多为严重风化的堆积体，它与风化带或完整岩层间的分界面是个薄弱层，若受雨水的冲刷或受开挖扰动，易丧失稳定而产生坍塌、滑动。
洞口地形多是一侧倾斜，覆盖层较薄，边、仰坡切割山体后产生水平推力，若处理不当，极易造成洞口浅埋偏压而失稳。
因此，洞口施工时，不能操之过急，特别是在边、仰坡开挖之前，一定要先做好截水沟，防止雨水对开挖出的边、仰坡面进行直接的冲刷，同时，边、仰坡开挖时应边开挖、边防护，如果是高边坡，应逐级开挖、逐级防护。
3.1.2长管棚施工
仰坡开挖到成洞面时应预留核心土，然后施工套拱及长管棚。待长管棚注浆完毕，浆液凝固后，再开挖洞身。 3.1.3抗滑桩及锚索加固
安龙铺隧道出口左线地形较陡，地质条件较差，由于正值雨季施工，加上山体偏压严重，左线洞身开挖到ZK36+777后，山体出现多处裂缝，最大的裂缝宽度达到9cm，同时，因为隧道受山体偏压，套拱部分拱顶下沉，已侵入二衬净空8.5cm，整个隧道由于受山体偏压向左侧偏移了12cm。
2005年6月25日上午，经总监办、驻地监理办、设计院等现场考查，决定采用抗滑桩加锚索的方案处理：
（1）、在左线洞口右侧再增加2根抗滑桩，新增加的抗滑桩中线沿已施工好的三根抗滑桩方向，抗滑桩中心间距为7m；在洞口左侧沿施工便道方向增加5根抗滑桩，抗滑桩中心间距为5m，抗滑桩净空断面为2m×3m，由于地形较陡，为确保施工安全，抗滑桩护壁应在原设计的基础上加强。
（2）、洞顶仰坡增加8φj15.24锚索，锚索间距2×2m，长32m，锚索方向与线路方向成45°角。
经过这样的处理后，洞口初期支護稳定，没有再出现变形。
图七 洞口增加抗滑桩抗偏压
图八 洞口增加锚索抗偏压
图九 超前探孔布置图
3.2、洞内施工时的防塌
3.2.1超前地质预报
安龙铺隧道较长，地质结构复杂，超前预报就显得尢为重要。安龙铺隧道从一开始进洞就用上了超前地质预报，每隔40m测一次，可及时掌握前方围岩状况，提前作好处理措施。
3.2.2超前探孔
在超前地质预报的基础上每隔10m打一次超前探孔，可以更进一步的了解前方围岩状况，探孔每开挖断面布置5个。
3.2.3注浆法
注浆预加固地层是把具有充填和凝胶性能的浆液通过配套的注浆机具设备压入所需加固的地层中，经过凝胶硬化作用后充填和堵塞地层中裂缝纫，减小注浆层区地层渗透系数及坑道开挖时的渗漏水量，并能固结软弱和松散岩体，使围岩强度和自稳能力得到提高。注浆加固围岩适用于下列地层：Ⅰ、Ⅱ类软弱围岩地段；断层破碎带地段；水下隧道或富水围岩地段；坍方或涌水事故处理地段及其它不良地质地段。
安龙铺隧道出口左线位于煤系地段，岩层非常破碎，节理裂缝发育，地下水丰富，上半断面开挖后采用了对围岩周边预注浆，注浆管采用φ42×3.5mm小导管，环向间距为1.5m，纵向间距为2m，注浆压力0.5～1Mpa，效果很明显。
图十 洞内周壁注浆
3.2.4超前锚杆
超前锚杆是作为支护结构的一部分轴力构件而发挥其作用，以改善拱顶斜上方的围岩稳定性。超前锚杆多用在易崩塌的围岩中，作为支护拱顶的辅助方法，在安龙铺隧道Ⅲ类围岩施工中均有超前锚杆，超前锚杆采用20MnSi&22超前药卷锚杆，锚杆环向间距40cm，外倾角约10°～15°，锚杆长度3.5m，每环应保持不小于1.0m的搭接长度，尾端应焊接在系统锚杆的尾端。
拱部超前锚杆用以支托拱上部临空的围岩，边墙超前锚杆将起拱线附近的岩体所承受的较大拱部荷载传递至深部围岩，从而提高了施工中围岩的稳定性。
图十一 超前小导管预注浆加固
3.2.5超前小导管
超前小导管构造与超前锚杆类似，也是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定角度，或者沿隧道横向在拱脚附近向下方一定角度的密排注浆花管，注浆花管的外露端通常支于开挖面后方的钢拱架上，共同组成预支护系统。
超前小导管既能加固洞壁一定范围内的围岩，又能支托围岩，其支护刚度和预支护效果均大于超前锚杆。
通过超前小导管向掌子面附近的围岩注浆，可以改善围岩状况，保证掌子面的稳定，在安龙铺隧道Ⅱ类围岩施工中，均设计了超前小导管，在处理塌方时也用了小导管注浆，实践证明效果非常好，对稳定围岩起了很大的作用。
4、经验教训及其他
安龙铺隧道属于地质结构极为复杂的隧道，由于贵州境内多为喀斯特地形，溶洞、溶槽非常发育，施工中遇到塌方也在所难免，通过对以上塌方的处理和对塌方的预防措施，安龙铺隧道整个施工历时2年顺利施工完毕，同时我们认识到，有些塌方是可以预防、可以避免的。因此，施工前，一定要熟悉设计图纸，一定要了解当地地形、地貌；施工中，要重视监控量测，重视超前地质预报；塌方发生后，要根据具体情况分析塌方发生的原因，才能制定出切实可行的处理方案。安龙铺隧道这种喀斯特地质隧道治坍防塌的经验也为以后的隧道施工提供了宝贵经验.
关键词：喀斯特；隧道；治坍；防塌
1、工程实例
沪瑞国道主干线（贵州境）西段，起于镇宁县城北和尚庄，与在建的（GZ65）清镇至镇宁段高速公路相接，止于贵州省盘县与云南省富源县的交界-胜境关，与云南省曲靖至胜境关高速公路相连接。本工程项目对改变地区交通基础设施落后的局面，促进地区协调发展，将起着极其重要的作用。
安龙铺隧道位于关岭县境内，是一座典型的喀斯特地质隧道，该隧道为上下行分离的四车道高速公路长隧道，隧道最大埋深约为226m，隧道进口为削竹式洞门，出口为端墙式洞门。
隧道净空为10.5m×5.0m（宽×高）。根据设计图纸，隧道单线Ⅱ类围岩295m，Ⅲ类围岩565m，Ⅳ类围岩2286m。
隧道处为中山区，为构造剥蚀、溶蚀峰丛-槽谷地貌类型，峰丛基座相连，山顶呈大致齐平的剥夷面。山体间发育有中等～强烈发育的冲沟。地势陡峻，最大坡角约40度，隧道连续穿越过几座山坡、山脊或山峰，海拔高程约为1320～1580米，相对最大切割深度约400米。最高山峰为五香林，海拔1584.6米。隧道后半段植被较发育。
隧道处不良地质现象主要为岩溶和构造破碎带。
2、塌方发生情况、原因分析、处理方法及效果
地表塌方冒顶
由于隧道地质复杂，岩溶发育，安龙铺隧道右线进口洞身开挖到YK35+328时，开挖面出现坍方，坍方体为松散土体，坍方量约500m3，同时地表出现冒顶，地表坍陷区范围为一直径约10m的圆，该处拱顶覆盖层厚度为30m。出现坍方后，立即进行了处理，先用喷砼封闭开挖面，然后打加密注浆小导管（Φ42，环向间距0.3m）注浆，由于坍方量太大，洞顶松散堆积体太厚，经过这样处理过后只能保证临时稳定，不能往前掘进。
原因分析：
1、开挖时采用上断面分部开挖法，而且全是人工和挖机作业，没有爆破，开挖后又及时进行了支护。因此，施工方法是对的。
2、从塌方体情况来看，全是松散土体，中间夹有少量孤石，可判断为溶洞内充填物。
3、从地表坍陷区内可见土体与岩石的分界面，整个土体沿岩石面滑动，说明该处为一大型溶洞，溶洞呈竖向贯通，塌方体为溶洞内充填物，数量巨大，开挖时溶洞暴露，引起塌方。
处理方法：
由于塌方体为溶洞内充填物，土体松散，自身无承载力，拱顶覆盖层厚，如果轻易动下面的土，将会引起地表继续沉陷。通过对这次塌方原因的仔细分析，结合以往的施工经验，决定采用人工打工字钢的方法处理：
图二 人工打工字钢布置图
1、暂时不扰动塌方堆积体。
2、沿环向打入φ42×3.5mm小导管，小导管长度为6m，环向间距.3m，打完后注浆，让拱顶一定范围内的土体形成一整体，下面施工时不再往下塌。
3、沿开挖面周边打入I18工字钢，工字钢环向间距为0.3m（共30根），长度尽量往里打。
4、、工字钢打入土体后，尾端焊接在已安装好的拱架上，形成一简支梁结构。
5、由于开挖断面的限制，尾端工字钢必然会侵入净空，等这段塌方处理过去后，再回头来处理侵入净空的工字钢。
处理完后，“顶设导坑核心支撑法”进行下步开挖：
图三 处理好后的工字钢
图四 顶设导坑核心支撑法
图五 隧道出口洞口原始地质
具体施工步骤为：
1、先打入φ42超前小导管，小导管长6m，环向间距0.3m，打完后注浆。
2、开挖Ⅰ部分，进尺为0.5～0.8m，开挖后及时安装工字钢，并用φ20圆木将工字钢顶住，然后进行喷砼支护。
3、开挖03～5m后，后面紧跟着打径向小导管注浆，小导管长也是6m，环向间距0.3m，将拱部塌方松散体全部固结。
4、重复以上工序，一直把塌方段开挖、支护完。
5、Ⅰ部开挖完后，回过头来开挖Ⅱ部分，开挖时，也采用短进尺，每环进尺0.5～0.8m，开挖后，及时安装工字钢，打锁脚锚杆和系统锚杆，然后喷砼，左、右两侧不能同时开挖，采用跳槽或错开一定距离开挖。
6、Ⅱ部分开挖完后，才能开挖核心土Ⅲ部分。
处理效果：这样处理后，没有再出现大的塌方，开挖过程很顺利，处理费用也不高。
3、隧道施工中的防塌技术
3.1、洞口施工时的防塌
3.1.1开挖边、仰坡之前先做好截水沟：
洞口的特点：洞口是进出隧道的咽喉和隧道两端施工的通道，也是整个隧道的薄弱环节；
由于边、仰坡和隧道的开挖使山体受到破坏，而洞口地段既受地表水冲刷又是地下水汇集之处，致使山体的稳定性受到很大削弱。
图六 施工套拱时预留核心土防塌方
洞口岩层多为严重风化的堆积体，它与风化带或完整岩层间的分界面是个薄弱层，若受雨水的冲刷或受开挖扰动，易丧失稳定而产生坍塌、滑动。
洞口地形多是一侧倾斜，覆盖层较薄，边、仰坡切割山体后产生水平推力，若处理不当，极易造成洞口浅埋偏压而失稳。
因此，洞口施工时，不能操之过急，特别是在边、仰坡开挖之前，一定要先做好截水沟，防止雨水对开挖出的边、仰坡面进行直接的冲刷，同时，边、仰坡开挖时应边开挖、边防护，如果是高边坡，应逐级开挖、逐级防护。
3.1.2长管棚施工
仰坡开挖到成洞面时应预留核心土，然后施工套拱及长管棚。待长管棚注浆完毕，浆液凝固后，再开挖洞身。 3.1.3抗滑桩及锚索加固
安龙铺隧道出口左线地形较陡，地质条件较差，由于正值雨季施工，加上山体偏压严重，左线洞身开挖到ZK36+777后，山体出现多处裂缝，最大的裂缝宽度达到9cm，同时，因为隧道受山体偏压，套拱部分拱顶下沉，已侵入二衬净空8.5cm，整个隧道由于受山体偏压向左侧偏移了12cm。
2005年6月25日上午，经总监办、驻地监理办、设计院等现场考查，决定采用抗滑桩加锚索的方案处理：
（1）、在左线洞口右侧再增加2根抗滑桩，新增加的抗滑桩中线沿已施工好的三根抗滑桩方向，抗滑桩中心间距为7m；在洞口左侧沿施工便道方向增加5根抗滑桩，抗滑桩中心间距为5m，抗滑桩净空断面为2m×3m，由于地形较陡，为确保施工安全，抗滑桩护壁应在原设计的基础上加强。
（2）、洞顶仰坡增加8φj15.24锚索，锚索间距2×2m，长32m，锚索方向与线路方向成45°角。
经过这样的处理后，洞口初期支護稳定，没有再出现变形。
图七 洞口增加抗滑桩抗偏压
图八 洞口增加锚索抗偏压
图九 超前探孔布置图
3.2、洞内施工时的防塌
3.2.1超前地质预报
安龙铺隧道较长，地质结构复杂，超前预报就显得尢为重要。安龙铺隧道从一开始进洞就用上了超前地质预报，每隔40m测一次，可及时掌握前方围岩状况，提前作好处理措施。
3.2.2超前探孔
在超前地质预报的基础上每隔10m打一次超前探孔，可以更进一步的了解前方围岩状况，探孔每开挖断面布置5个。
3.2.3注浆法
注浆预加固地层是把具有充填和凝胶性能的浆液通过配套的注浆机具设备压入所需加固的地层中，经过凝胶硬化作用后充填和堵塞地层中裂缝纫，减小注浆层区地层渗透系数及坑道开挖时的渗漏水量，并能固结软弱和松散岩体，使围岩强度和自稳能力得到提高。注浆加固围岩适用于下列地层：Ⅰ、Ⅱ类软弱围岩地段；断层破碎带地段；水下隧道或富水围岩地段；坍方或涌水事故处理地段及其它不良地质地段。
安龙铺隧道出口左线位于煤系地段，岩层非常破碎，节理裂缝发育，地下水丰富，上半断面开挖后采用了对围岩周边预注浆，注浆管采用φ42×3.5mm小导管，环向间距为1.5m，纵向间距为2m，注浆压力0.5～1Mpa，效果很明显。
图十 洞内周壁注浆
3.2.4超前锚杆
超前锚杆是作为支护结构的一部分轴力构件而发挥其作用，以改善拱顶斜上方的围岩稳定性。超前锚杆多用在易崩塌的围岩中，作为支护拱顶的辅助方法，在安龙铺隧道Ⅲ类围岩施工中均有超前锚杆，超前锚杆采用20MnSi&22超前药卷锚杆，锚杆环向间距40cm，外倾角约10°～15°，锚杆长度3.5m，每环应保持不小于1.0m的搭接长度，尾端应焊接在系统锚杆的尾端。
拱部超前锚杆用以支托拱上部临空的围岩，边墙超前锚杆将起拱线附近的岩体所承受的较大拱部荷载传递至深部围岩，从而提高了施工中围岩的稳定性。
图十一 超前小导管预注浆加固
3.2.5超前小导管
超前小导管构造与超前锚杆类似，也是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定角度，或者沿隧道横向在拱脚附近向下方一定角度的密排注浆花管，注浆花管的外露端通常支于开挖面后方的钢拱架上，共同组成预支护系统。
超前小导管既能加固洞壁一定范围内的围岩，又能支托围岩，其支护刚度和预支护效果均大于超前锚杆。
通过超前小导管向掌子面附近的围岩注浆，可以改善围岩状况，保证掌子面的稳定，在安龙铺隧道Ⅱ类围岩施工中，均设计了超前小导管，在处理塌方时也用了小导管注浆，实践证明效果非常好，对稳定围岩起了很大的作用。
4、经验教训及其他
安龙铺隧道属于地质结构极为复杂的隧道，由于贵州境内多为喀斯特地形，溶洞、溶槽非常发育，施工中遇到塌方也在所难免，通过对以上塌方的处理和对塌方的预防措施，安龙铺隧道整个施工历时2年顺利施工完毕，同时我们认识到，有些塌方是可以预防、可以避免的。因此，施工前，一定要熟悉设计图纸，一定要了解当地地形、地貌；施工中，要重视监控量测，重视超前地质预报；塌方发生后，要根据具体情况分析塌方发生的原因，才能制定出切实可行的处理方案。安龙铺隧道这种喀斯特地质隧道治坍防塌的经验也为以后的隧道施工提供了宝贵经验.