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摘要：隧道施工遇到松散的大断裂带，并且在掌子面处发生塌方时，需要采取相关的施工技术保证施工过程中的安全及隧道使用过程的运行安全。本文以厦沙高速公格泉州德化段格仔隧道为例，介绍、分析该隧道ZK70+311-ZK70+335塌方段塌方原因及处理方法，提出了施工过程中的安全、质量控制措施，取得了良好的处理效果，为类似工程施工提供参考。
关键词：山区隧道；断裂破碎带；塌腔处理
1 工程概况
格仔隧道为厦沙高速公格泉州德化段一座分离式隧道，为一座分离的四车道高速公路隧道，隧道净宽为10.25m，净高为5m。隧道左线起长1520m；隧道右线长1545m。隧道结构按照新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌。塌腔段起止桩号为ZK71+311～ ZK71+335，设计围岩等级为Ⅲ级，支护类型Z3，埋深约141m。在施工至隧道大断裂带处时拱顶局部有掉块，形成拱顶局部塌腔，塌腔体有间断性掉块，塌腔逐步加大，直至塌腔长度大约为28m，塌腔高度大约为18-20m，塌腔宽度大约为15m时塌方体稳定。
1.2 工程地质情况
隧址区属剥蚀低山地貌，隧道轴线大致呈北北向西，地形起伏较大，一般坡脚25-300，隧道最大埋深约165米，洞身局部段落下穿沟底，最小埋深不足20米。隧址区地表植被较发育，覆盖层相对较薄。本隧址场区表层多为第四系残积坡土，下伏燕山晚期（γ53）花岗岩及其风化层。受东北区域构造影响，隧址区发育构造带一条及节理密集带数条，构造带内岩石较破碎-极破碎，完整性较差-差，岩体强度较低-底，风化不均匀，无大型滑坡、泥石流、崩塌和岩溶塌陷等不良地质作用。地下水主要为风化岩层的孔隙-裂隙水及洞身基岩裂隙水：风化基岩中裂隙-孔隙赋存于第四系坡残层底部及破碎块强风化岩层中，富水性一般；基岩裂隙水主要受裂隙、节理等的控制，在裂隙宽度变化较大，带内岩体破碎时，富水性较好。
2 塌方段情况简介
2.1塌方经过及塌方段工程地质情况
格仔隧道左洞掌子面施工至桩号ZK71+311，爆破作业完成后，在进行排险工作时，见拱顶有大量石块掉落，约10分钟后，ZK71+311位置拱顶出现局部塌腔（高度约2米），发生塌方后迅速撤离施工作业人员及下方设备，并在距离掌子面100米 以外位置设置警戒线。塌腔体持续间断性掉块，继续扩大，至塌腔长度大约为28m，塌腔高度大约为18-20m，塌腔宽度大约为15m时塌方体稳定，地面形成坍塌体呈锥状，块径多为0.1-0.5m，个别可达2m，较坚硬。
通过对塌腔体进行观察，掉落石块由松散体和石块组成，以中风化-微风化花岗岩为主，为较坚硬岩，岩体破碎-极破碎，节理裂隙很发育，总体呈碎裂镶嵌结构，节理裂隙切割围岩，其组合不利于围岩稳定，局部裂隙可见地下水渗出，呈点滴状。施工过程中在水和空气的作用下，应力释放，拱顶出现掉块并逐渐发展成塌腔。
2.2 塌方原因分析
引起隧道变形并最终导致塌腔是多种不利因素的共同叠加结果：
1、塌腔体由松散体和石块组成，岩体破碎，节理裂隙切割围岩，局部裂隙有地下水渗出，其组合不利于围岩自身稳定；
2、此段围岩处于围岩等级交替过渡段，花岗岩侵入砂岩，形成地质断裂构造带，围岩交接形差，稳定性极差，当周围岩体被开挖时，容易出现岩体应力释放，形成塌方。为典型围岩的断裂层。
3 塌方段处理方法
3.1掌子面回填反压并固化
首先暂停掌子面施工，并在洞外运输洞渣至塌腔面，进行回填反压，对塌腔体外缘范围采用小导管进行注浆加固（小导管直径50mm，长度6m，间距1.5m*1.5m布置）。并对塌腔体表面喷射C25混凝土固化（厚度20厘米，混凝土強度达到100%）。同时对塌腔面往小桩号方向ZK71+307-311立4榀工20型钢进行加固，钢支撑间距1m，环向连接钢筋ф25@1m，L=1m焊接牢固，锁脚锚杆ф25，L=3.5m每榀4根；全断面挂ф12@20cm*20cm钢筋网，并喷射C25混凝土，确保塌方段不继续扩大范围。
3.2 架设砼泵管
往塌腔体内送3根不同角度ф108砼泵管，长度22m，2根用于泵送混凝土（1根备用）、1根用于排气管，并将泵管端头架立牢固。
3.3 泵送C25砼及超前小导管注浆
1、塌腔体若覆盖层大于6m，采用φ50mm超前小导管（环向间距100cm，纵向间距100cm）对覆盖松散体进行注浆固结，确保保护壳厚度不小于6m。ZK71+320-ZK71+328段采用φ76mm钻杆超前支护（外插角为3-50），环向间距50cm，每根钻杆长为19-22米，每钻完一孔便顶进一根钻杆，施工顺序为自下而上，钻进过程中需严格控制钻进角度，钻杆端头约有3cm的孔，可注浆将拱顶塌腔体进行固结，防止开挖过程中由于塌腔体松动造成垮塌。
2、塌腔体若覆盖层小于6m，先用采用径向小导管（环向间距100cm，纵向间距100cm）对覆盖松散体进行注浆固结后，再通过ф108管泵送C25混凝土，确保上方保护壳厚度不小于6m，每次泵送混凝土厚度不得大于2米。
3.4 开挖及初支
ZK71+311-ZK71+335段空腔砼终凝后，进行二次开挖施工。根据“短进尺，弱爆破”原则，开挖采用预留核心土法施工，每循环进尺控制在0.6m范围内，确保已浇筑砼段稳定；开挖后机械对石渣进行清除，待渣体稳定后掌子面喷射C25砼25cm。
初支钢拱架采用I20b工字钢支撑，纵向间距30cm，并根据对拱顶塌方体实际注浆效果，可调整钢拱架间距（最大≤50厘米），每榀钢架拱脚各设置2根L=3.5m锁脚注浆小导管，各阶段须认真施作到位，同时钢拱架应落底到位，工字钢纵向采用φ25钢筋连接，环向间距1米；钢筋网采用φ12，网格间距20cm*20cm；同时采用喷射C25砼进行封闭，厚度30cm。 3.5 二衬施工
二衬采用Ⅴ级加强复合式衬砌（鉴于底部为坚硬的花岗岩，取消仰拱），厚度60cm，主筋采用φ25，纵向间距调整为10cm，混凝土由C25调整为C30，抗渗等级不变；环向及其它配筋参照Ⅴ级围岩ZDK-1支护确定。
3.6 施工过程注意事项
1、本次塌腔属于大型塌腔，塌腔高度高达20米，充填量较大，要求严格按照方案施工，确保施工期间及运营期间的安全。
2、初支施工注意预留φ108*6mm管，其中两根为泵送混凝土管，一根为排气管。
3、开挖方式调整为预留核心土法施工，应加强施工过程中的监控量测工作
4、塌腔段落处理结束以后，应尽快进行二衬施工以确保塌腔段落稳定。
5、鉴于本隧道为小间距隧道，左右线间距不足30米，本次塌腔影响范围较大，为避免塌腔对右线造成影响，右线施工塌腔区段相同里程时，应加强右洞超前地质预报及监控量测工作。
4 施工过程安全、质量控制
1、必须详细查明和分析工程的地质情况与隧道周边环境状况，组织专家制定专项施工方案。
2、全过程监控量测。监测点和监测断面布设应符合设计要求，并力求反映工程实际状态，监测数据分析处理及时反馈设计。必要时加密监测测点、提高监测频率，并根据监测结果及时调整掘进参数。
3、管棚及小导管注浆要保证效果，严格按照试验参数，控制注浆量。在进行注浆作业时，要有专人负责，根据监控量测数据随时调整注浆压力，防止因注浆效果不要，造成次生灾害。
4、每开挖一榀钢架的间距，应及时支护、喷锚、闭合，严禁超挖。钢拱架应与喷射混凝土形成一体，钢拱架与围岩的间隙必须用喷射混凝土填充密实，同时钢拱架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层不应不小于设计要求
5 结语
在面临大断面隧道施工时，承包方必须高度重视，尤其是伴有浅埋偏压、高地应力和节理裂隙发育等不良地质现象，承包方更應加强超前地质预报、监控量测的数据分析工作。选折施工方法前必须经过现场条件调研分析，在技术经济综合比较基础上选折比较适宜的施工方法。做好切实可行的施工技术方案，施工过程中严格准信 “管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、快成环”的施工原则，同时加强监控量测工作。总体来说，此次塌方处理方案合理，符合现场实际，施工工艺得当，施工质量满足设计要求，塌方处理达到了预期效果。隧道的大断裂带塌方在采取上述处理方法后成功实现隧道的贯通，同时经相关单位对塌方段进行检查，隧道结构能够满足隧道营运期间的相关安全要求，为今后隧道的大断裂带塌方处理提供了一种安全可行的方法及施工经验。
参考文献
[1]《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）；
[2]《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）；
[3]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；
[4]张元景 隧道塌腔施工处理技术.《山西建筑》，2016年，第42卷（第二期）。
（作者单位：中交二航局成都城市建设工程有限公司）
关键词：山区隧道；断裂破碎带；塌腔处理
1 工程概况
格仔隧道为厦沙高速公格泉州德化段一座分离式隧道，为一座分离的四车道高速公路隧道，隧道净宽为10.25m，净高为5m。隧道左线起长1520m；隧道右线长1545m。隧道结构按照新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌。塌腔段起止桩号为ZK71+311～ ZK71+335，设计围岩等级为Ⅲ级，支护类型Z3，埋深约141m。在施工至隧道大断裂带处时拱顶局部有掉块，形成拱顶局部塌腔，塌腔体有间断性掉块，塌腔逐步加大，直至塌腔长度大约为28m，塌腔高度大约为18-20m，塌腔宽度大约为15m时塌方体稳定。
1.2 工程地质情况
隧址区属剥蚀低山地貌，隧道轴线大致呈北北向西，地形起伏较大，一般坡脚25-300，隧道最大埋深约165米，洞身局部段落下穿沟底，最小埋深不足20米。隧址区地表植被较发育，覆盖层相对较薄。本隧址场区表层多为第四系残积坡土，下伏燕山晚期（γ53）花岗岩及其风化层。受东北区域构造影响，隧址区发育构造带一条及节理密集带数条，构造带内岩石较破碎-极破碎，完整性较差-差，岩体强度较低-底，风化不均匀，无大型滑坡、泥石流、崩塌和岩溶塌陷等不良地质作用。地下水主要为风化岩层的孔隙-裂隙水及洞身基岩裂隙水：风化基岩中裂隙-孔隙赋存于第四系坡残层底部及破碎块强风化岩层中，富水性一般；基岩裂隙水主要受裂隙、节理等的控制，在裂隙宽度变化较大，带内岩体破碎时，富水性较好。
2 塌方段情况简介
2.1塌方经过及塌方段工程地质情况
格仔隧道左洞掌子面施工至桩号ZK71+311，爆破作业完成后，在进行排险工作时，见拱顶有大量石块掉落，约10分钟后，ZK71+311位置拱顶出现局部塌腔（高度约2米），发生塌方后迅速撤离施工作业人员及下方设备，并在距离掌子面100米 以外位置设置警戒线。塌腔体持续间断性掉块，继续扩大，至塌腔长度大约为28m，塌腔高度大约为18-20m，塌腔宽度大约为15m时塌方体稳定，地面形成坍塌体呈锥状，块径多为0.1-0.5m，个别可达2m，较坚硬。
通过对塌腔体进行观察，掉落石块由松散体和石块组成，以中风化-微风化花岗岩为主，为较坚硬岩，岩体破碎-极破碎，节理裂隙很发育，总体呈碎裂镶嵌结构，节理裂隙切割围岩，其组合不利于围岩稳定，局部裂隙可见地下水渗出，呈点滴状。施工过程中在水和空气的作用下，应力释放，拱顶出现掉块并逐渐发展成塌腔。
2.2 塌方原因分析
引起隧道变形并最终导致塌腔是多种不利因素的共同叠加结果：
1、塌腔体由松散体和石块组成，岩体破碎，节理裂隙切割围岩，局部裂隙有地下水渗出，其组合不利于围岩自身稳定；
2、此段围岩处于围岩等级交替过渡段，花岗岩侵入砂岩，形成地质断裂构造带，围岩交接形差，稳定性极差，当周围岩体被开挖时，容易出现岩体应力释放，形成塌方。为典型围岩的断裂层。
3 塌方段处理方法
3.1掌子面回填反压并固化
首先暂停掌子面施工，并在洞外运输洞渣至塌腔面，进行回填反压，对塌腔体外缘范围采用小导管进行注浆加固（小导管直径50mm，长度6m，间距1.5m*1.5m布置）。并对塌腔体表面喷射C25混凝土固化（厚度20厘米，混凝土強度达到100%）。同时对塌腔面往小桩号方向ZK71+307-311立4榀工20型钢进行加固，钢支撑间距1m，环向连接钢筋ф25@1m，L=1m焊接牢固，锁脚锚杆ф25，L=3.5m每榀4根；全断面挂ф12@20cm*20cm钢筋网，并喷射C25混凝土，确保塌方段不继续扩大范围。
3.2 架设砼泵管
往塌腔体内送3根不同角度ф108砼泵管，长度22m，2根用于泵送混凝土（1根备用）、1根用于排气管，并将泵管端头架立牢固。
3.3 泵送C25砼及超前小导管注浆
1、塌腔体若覆盖层大于6m，采用φ50mm超前小导管（环向间距100cm，纵向间距100cm）对覆盖松散体进行注浆固结，确保保护壳厚度不小于6m。ZK71+320-ZK71+328段采用φ76mm钻杆超前支护（外插角为3-50），环向间距50cm，每根钻杆长为19-22米，每钻完一孔便顶进一根钻杆，施工顺序为自下而上，钻进过程中需严格控制钻进角度，钻杆端头约有3cm的孔，可注浆将拱顶塌腔体进行固结，防止开挖过程中由于塌腔体松动造成垮塌。
2、塌腔体若覆盖层小于6m，先用采用径向小导管（环向间距100cm，纵向间距100cm）对覆盖松散体进行注浆固结后，再通过ф108管泵送C25混凝土，确保上方保护壳厚度不小于6m，每次泵送混凝土厚度不得大于2米。
3.4 开挖及初支
ZK71+311-ZK71+335段空腔砼终凝后，进行二次开挖施工。根据“短进尺，弱爆破”原则，开挖采用预留核心土法施工，每循环进尺控制在0.6m范围内，确保已浇筑砼段稳定；开挖后机械对石渣进行清除，待渣体稳定后掌子面喷射C25砼25cm。
初支钢拱架采用I20b工字钢支撑，纵向间距30cm，并根据对拱顶塌方体实际注浆效果，可调整钢拱架间距（最大≤50厘米），每榀钢架拱脚各设置2根L=3.5m锁脚注浆小导管，各阶段须认真施作到位，同时钢拱架应落底到位，工字钢纵向采用φ25钢筋连接，环向间距1米；钢筋网采用φ12，网格间距20cm*20cm；同时采用喷射C25砼进行封闭，厚度30cm。 3.5 二衬施工
二衬采用Ⅴ级加强复合式衬砌（鉴于底部为坚硬的花岗岩，取消仰拱），厚度60cm，主筋采用φ25，纵向间距调整为10cm，混凝土由C25调整为C30，抗渗等级不变；环向及其它配筋参照Ⅴ级围岩ZDK-1支护确定。
3.6 施工过程注意事项
1、本次塌腔属于大型塌腔，塌腔高度高达20米，充填量较大，要求严格按照方案施工，确保施工期间及运营期间的安全。
2、初支施工注意预留φ108*6mm管，其中两根为泵送混凝土管，一根为排气管。
3、开挖方式调整为预留核心土法施工，应加强施工过程中的监控量测工作
4、塌腔段落处理结束以后，应尽快进行二衬施工以确保塌腔段落稳定。
5、鉴于本隧道为小间距隧道，左右线间距不足30米，本次塌腔影响范围较大，为避免塌腔对右线造成影响，右线施工塌腔区段相同里程时，应加强右洞超前地质预报及监控量测工作。
4 施工过程安全、质量控制
1、必须详细查明和分析工程的地质情况与隧道周边环境状况，组织专家制定专项施工方案。
2、全过程监控量测。监测点和监测断面布设应符合设计要求，并力求反映工程实际状态，监测数据分析处理及时反馈设计。必要时加密监测测点、提高监测频率，并根据监测结果及时调整掘进参数。
3、管棚及小导管注浆要保证效果，严格按照试验参数，控制注浆量。在进行注浆作业时，要有专人负责，根据监控量测数据随时调整注浆压力，防止因注浆效果不要，造成次生灾害。
4、每开挖一榀钢架的间距，应及时支护、喷锚、闭合，严禁超挖。钢拱架应与喷射混凝土形成一体，钢拱架与围岩的间隙必须用喷射混凝土填充密实，同时钢拱架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层不应不小于设计要求
5 结语
在面临大断面隧道施工时，承包方必须高度重视，尤其是伴有浅埋偏压、高地应力和节理裂隙发育等不良地质现象，承包方更應加强超前地质预报、监控量测的数据分析工作。选折施工方法前必须经过现场条件调研分析，在技术经济综合比较基础上选折比较适宜的施工方法。做好切实可行的施工技术方案，施工过程中严格准信 “管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、快成环”的施工原则，同时加强监控量测工作。总体来说，此次塌方处理方案合理，符合现场实际，施工工艺得当，施工质量满足设计要求，塌方处理达到了预期效果。隧道的大断裂带塌方在采取上述处理方法后成功实现隧道的贯通，同时经相关单位对塌方段进行检查，隧道结构能够满足隧道营运期间的相关安全要求，为今后隧道的大断裂带塌方处理提供了一种安全可行的方法及施工经验。
参考文献
[1]《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）；
[2]《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）；
[3]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；
[4]张元景 隧道塌腔施工处理技术.《山西建筑》，2016年，第42卷（第二期）。
（作者单位：中交二航局成都城市建设工程有限公司）