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【摘 要】官地水电站对外交通公路改造工程磨盘山隧道出口段施工期间出现了塌方，塌方规模和范围均较大，文中详细介绍了处理塌方时采取的措施，并由塌方处理的过程总结出“小塌要抢，大塌要等”的施工原则，同时本文详细介绍了塌方处理的方案和处理的全过程，可为类似工程提供参考。
【关键词】磨盘山隧道;不良地质洞段;处理方案
1、工程概况
官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市与盐源县交界的雅砻江打倮河弯上，官地水电站对外交通公路（经久转运站至金河段）改造工程是电站对外交通和物资运输的重要通道，磨盘山隧道是其控制性工程，全长3.43km。纵坡为0.3%和-2.99%双向人字坡。隧道进口段为直线，出口段为R=350m圆曲线，隧道断面型式为三心圆断面，净空断面尺寸为9.74m*8.45m，该隧道施工采用上下台阶开挖法，上台阶开挖断面尺寸为11.12m*6.66m。
2、工程地质
磨盘山隧道所属区域位于发育的安宁河断裂带、磨盘山断裂带、金河断裂带三大断裂带中，该隧道岩体由于直接遭受磨盘山断裂带活动影响，派生性断层较多，岩体遭受切割、挤压，裂隙发育、破碎，地下水沿岩体裂隙、破裂面渗透致使岩体蚀变严重，完整性差，破碎带宽度较大，不稳定洞段较多。出口段开挖揭露围岩主要为侏罗系中统新村组（J1x）紫红色、灰绿色泥页岩粉砂质泥岩夹砂岩，侏罗系下统益门组（J1ym）灰黄色、暗紫红色粉砂岩、三叠系上统白果湾群（T3bg）石英细砂岩夹灰黑色碳质页岩及煤系，上～中元古代河西系列（Bγδ）浅灰色、灰白色中细粒黑云母花岗闪长岩。
3、塌方概况
2007年10月29日，隧道出口开挖至K644+466时，掌子面出现渗水，同时开挖洞身拱顶部至两拱肩范围内出现高度1.4m～1.8m小坍塌，根据现场情况,在岩体趋于稳定的情况下迅速的对该段进行了封闭，鉴于这次的坍塌预兆，在后期的开挖中采用短进尺、强支护施工措施。
2007年11月1日上午，K644+459.5～K644+460.5段上半断面掌子面在出渣结束后准备初喷C20混凝土时，K644+459.5处拱顶部围岩岩体滑落。由于失稳因素，掌子面前方岩体与已开挖部分洞身拱顶及边墙部位岩体陆续滑落，超前锚杆下坠，同时掌子面中部开始有大股流水涌出(经现场用三角堰测定出水量为80.7m3/h),已支护完成的K644+461.5～K644+460.5段2榀钢拱架砸变形，喷射混凝土脱落露出钢筋网片，自制钻爆台车砸弯变形。现场临时确定：暂不清除塌方渣体；观测记录塌落体每次掉块的大小和时间，每隔1h测定一次涌水量，待塌体稳定后在确定下一步处理方案。截止2007年11月2日9：00，塌方段塌落体零星掉块，时间明显延长（掉块时间为3min～5min/次），块体明显变小（体积约0.015m3），塌落体为片状灰色泥岩。此次塌方，拱顶塌腔最大高度约10m，塌方长度12.5m，塌方量约360m3，塌腔体呈一较稳定的三棱体结构。
经现场勘测，分析本次塌方的主要原因是洞身围岩为三种岩性分布，进洞右侧为灰绿色、浅紫色泥页岩，进洞左侧为黑色碳质泥岩，中部及拱顶部位为泥质粉砂岩夹少量泥灰岩，裂隙面和结构面将岩体切割成破碎岩块，块体间充填0.8cm～1.2cm厚的方解石，裂隙水发育，完整性极差，同时三种岩性都属膨胀性岩体，遇水和接触空气极易软化（软化系数0.1～0.3），强度显著降低（饱和抗压强度5～12MPa），属软岩，开挖后围岩不能承受上腹水压致使前方围岩失稳，岩体连锁反应陆续发生滑塌。
4、塌方处理方案比较与确定
2007年11月2日，现场确定了如下两种处理方案：
方案一：塌落渣体不予清除，从洞外拉渣反压塌方腔体，减少回填混凝土的用量；渣体反压不到的部位，采用人工堆码砂袋至开挖轮廓线，作为堵头模；预埋若干ф108混凝土输送泵管至空腔内，间距1～1.5m，向空腔内泵送C20混凝土回填至一定厚度；在回填混凝土周边施工L=6m、ф32自进式锚杆，使其与周边的岩体形成整体；开挖前，沿开挖轮廓线钻进ф42钢花管，注浆固结开挖轮廓线周围松散体和混凝土回填后遗留的空隙；在混凝土强度达到3天龄期后按上下3级台阶、预留核心土、超前钢花管短进尺法向前掘进。
方案二：清除全部塌落渣体，考虑现场钻爆台车被砸坏无备用台车，且塌落体趋于稳定和塌腔掉块体积变小（片状碳质岩体自落后成小碎块状）等因素，采用人工辅助装载机架立钢拱架，并加密布置钢拱架和连接筋，局部放置多层钢筋网片，及时喷射C20混凝土进行封闭，形成一道初期钢筋砼保护墙；按0.5m短进尺逐步向前推进；同时在安全位置对支护好的钢拱架补打系统锚杆和锁脚锚杆；在拱顶和拱肩两侧沿洞轴线方向2m间距布置1m～6m长度的ф108混凝土泵送钢管，以便后期回填塌腔(各工序施工时应派专人负责安全管理)。
分析两种方案，结合人员、设备数量、施工工艺、工作面狭窄等情况，第一种方案至少用时15d以上，处理周期较长；第二种方案用时7d，周期相对较短；同时第二种方案减少了灌浆固结工序，节约投资和施工时间较第一种方案经济；考虑目前塌腔体较稳定，同时业主要求用最短时间通过塌方段，最终选择实施方案二。
在实际施工过程，具体施工步骤如下：
（1）补强已支护段 在K644+461.5～K644+460.5段被砸变形的2榀钢拱架之间安装腹拱，立双层钢拱架支护该段，并及时喷射混凝土进行支护。
（2）加强K644+460.5～K644+449塌方段的初期支护，将I18钢拱架间距调整至30cm的双层钢拱架（钢拱架间距可根据现场实际情况调整到20cm～50cm）；钢拱架间的连接筋环向间距由100cm调整为40cm，钢筋网片局部加强；喷C20混凝土形成壳；ф25L=4.5m中空注浆系统锚杆根据钢拱架的间距进行调整，在拱肩及拱腰部位适当增加锚杆数量；ф25L=4.5m锁脚砂浆锚杆由4根调整为8根，分别布置在拱脚和拱墙部位。具体的开挖支护方案见图（1）、(2)所示。
（3）回填泵送混凝土前，在拱背喷1m厚的C20喷射混凝土，作为保护初期支护的缓冲层，根据现场實际需要预埋喷射砼钢管和回填砼钢管，泵送C20混凝土，填充厚度达到5m。具体的开挖支护方案见图（1）、(2)所示。
5、存在的问题及对应措施
（1）塌方段洞身局部岩体侵入开挖轮廓线
对松软岩体，采取挖掘机挖除；对硬岩部位，采取施工人员在安全位置钻浅眼、弱爆破方法开挖。
（2）立钢拱架和焊接连接筋
施工人员利用装载机装料斗安装钢拱架，由于料斗空狭小，不允许多名施工人员同时作业，又因塌腔部位不断掉块，施工人员架立钢拱架时存在安全隐患，针对此种情况，现场采取了临时拼装钢拱架和根据装载机料斗尺寸自制和安装了立拱护栏，最后装载机举拱，施工人工使用钢钎校正钢拱架位置；焊接连接筋时，针对塌腔不间断掉块问题，施工时要求施工人员处于已支护段，迅速在两拱架间搭设多层钢筋网片，并与钢拱架之间点焊，作为安全防护措施，同时快速将连接筋焊接在拱架内腹侧（施工过程中务必加强安全措施）。通过以上措施，很好的解决了立拱和焊连接筋中存在的问题。
（3）泵送混凝土
塌腔回填混凝土必须达到6m厚度，在塌腔部位分别安装了1m-6m长度不等的混凝土泵输送管，采用具有较好流动性的二级混凝土（塌落度14-16cm），保证填满坍塌产生的空腔；根据泵送混凝土量采用间隔、待凝等方式，避免因泵送压力过大致使初期支护边拱部位发生变形。
6、塌方段变形监测
（1）塌方段处理完成后，沿洞轴线方向在顶拱和左右拱肩、边墙每隔2m～5m距离各布设1个监测点，定期对塌方段边顶拱进行变形监测，监测采全站仪和水平收敛仪。
(2)通过整理和分析监测数据，判断塌方段围岩的松动和稳定变化状态，据此采取加强支护措施；通过监测资料显示，隧道变形为向空腔内充填混凝土时随充填量大小变形逐渐加剧，往后随着时间推移，变形逐渐趋缓。
7、结语
(1)此次塌方与该区域的地质、地下水的作用密切相关，在裂隙水压力作用下软弱岩体陆续滑塌。因此，在地下水丰富的区域进行隧道施工，做好“三超”（超前地质预报、超前排水、超前支护）工作是减少或避免塌方的重要措施。
(2)通过处理该塌方，总结出“小塌要抢，大塌要等”原则，“小塌要抢”就是在塌方量不大、当岩体趋于稳定时，迅速将塌方顶部支护牢固；“大塌要等”就是在塌方量很大，一时难以清除，塌穴形状和大小无法查明时，先通过观测塌落体情况分析后再决定采取的处理方案；一般情况下塌方发生后在一段时间内会趋于稳定，形成自然拱，判断塌方的稳定情况是准确制定塌方处理方案的关键。
(3)本次塌方通过清除渣体，采用加密钢拱架、拱架间连接筋和加设钢筋网片等处理措施，在2007年11月8日顺利的通过该塌方段，用时7天，总体较为成功，为今后处理同类问题积累了经验。
【关键词】磨盘山隧道;不良地质洞段;处理方案
1、工程概况
官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市与盐源县交界的雅砻江打倮河弯上，官地水电站对外交通公路（经久转运站至金河段）改造工程是电站对外交通和物资运输的重要通道，磨盘山隧道是其控制性工程，全长3.43km。纵坡为0.3%和-2.99%双向人字坡。隧道进口段为直线，出口段为R=350m圆曲线，隧道断面型式为三心圆断面，净空断面尺寸为9.74m*8.45m，该隧道施工采用上下台阶开挖法，上台阶开挖断面尺寸为11.12m*6.66m。
2、工程地质
磨盘山隧道所属区域位于发育的安宁河断裂带、磨盘山断裂带、金河断裂带三大断裂带中，该隧道岩体由于直接遭受磨盘山断裂带活动影响，派生性断层较多，岩体遭受切割、挤压，裂隙发育、破碎，地下水沿岩体裂隙、破裂面渗透致使岩体蚀变严重，完整性差，破碎带宽度较大，不稳定洞段较多。出口段开挖揭露围岩主要为侏罗系中统新村组（J1x）紫红色、灰绿色泥页岩粉砂质泥岩夹砂岩，侏罗系下统益门组（J1ym）灰黄色、暗紫红色粉砂岩、三叠系上统白果湾群（T3bg）石英细砂岩夹灰黑色碳质页岩及煤系，上～中元古代河西系列（Bγδ）浅灰色、灰白色中细粒黑云母花岗闪长岩。
3、塌方概况
2007年10月29日，隧道出口开挖至K644+466时，掌子面出现渗水，同时开挖洞身拱顶部至两拱肩范围内出现高度1.4m～1.8m小坍塌，根据现场情况,在岩体趋于稳定的情况下迅速的对该段进行了封闭，鉴于这次的坍塌预兆，在后期的开挖中采用短进尺、强支护施工措施。
2007年11月1日上午，K644+459.5～K644+460.5段上半断面掌子面在出渣结束后准备初喷C20混凝土时，K644+459.5处拱顶部围岩岩体滑落。由于失稳因素，掌子面前方岩体与已开挖部分洞身拱顶及边墙部位岩体陆续滑落，超前锚杆下坠，同时掌子面中部开始有大股流水涌出(经现场用三角堰测定出水量为80.7m3/h),已支护完成的K644+461.5～K644+460.5段2榀钢拱架砸变形，喷射混凝土脱落露出钢筋网片，自制钻爆台车砸弯变形。现场临时确定：暂不清除塌方渣体；观测记录塌落体每次掉块的大小和时间，每隔1h测定一次涌水量，待塌体稳定后在确定下一步处理方案。截止2007年11月2日9：00，塌方段塌落体零星掉块，时间明显延长（掉块时间为3min～5min/次），块体明显变小（体积约0.015m3），塌落体为片状灰色泥岩。此次塌方，拱顶塌腔最大高度约10m，塌方长度12.5m，塌方量约360m3，塌腔体呈一较稳定的三棱体结构。
经现场勘测，分析本次塌方的主要原因是洞身围岩为三种岩性分布，进洞右侧为灰绿色、浅紫色泥页岩，进洞左侧为黑色碳质泥岩，中部及拱顶部位为泥质粉砂岩夹少量泥灰岩，裂隙面和结构面将岩体切割成破碎岩块，块体间充填0.8cm～1.2cm厚的方解石，裂隙水发育，完整性极差，同时三种岩性都属膨胀性岩体，遇水和接触空气极易软化（软化系数0.1～0.3），强度显著降低（饱和抗压强度5～12MPa），属软岩，开挖后围岩不能承受上腹水压致使前方围岩失稳，岩体连锁反应陆续发生滑塌。
4、塌方处理方案比较与确定
2007年11月2日，现场确定了如下两种处理方案：
方案一：塌落渣体不予清除，从洞外拉渣反压塌方腔体，减少回填混凝土的用量；渣体反压不到的部位，采用人工堆码砂袋至开挖轮廓线，作为堵头模；预埋若干ф108混凝土输送泵管至空腔内，间距1～1.5m，向空腔内泵送C20混凝土回填至一定厚度；在回填混凝土周边施工L=6m、ф32自进式锚杆，使其与周边的岩体形成整体；开挖前，沿开挖轮廓线钻进ф42钢花管，注浆固结开挖轮廓线周围松散体和混凝土回填后遗留的空隙；在混凝土强度达到3天龄期后按上下3级台阶、预留核心土、超前钢花管短进尺法向前掘进。
方案二：清除全部塌落渣体，考虑现场钻爆台车被砸坏无备用台车，且塌落体趋于稳定和塌腔掉块体积变小（片状碳质岩体自落后成小碎块状）等因素，采用人工辅助装载机架立钢拱架，并加密布置钢拱架和连接筋，局部放置多层钢筋网片，及时喷射C20混凝土进行封闭，形成一道初期钢筋砼保护墙；按0.5m短进尺逐步向前推进；同时在安全位置对支护好的钢拱架补打系统锚杆和锁脚锚杆；在拱顶和拱肩两侧沿洞轴线方向2m间距布置1m～6m长度的ф108混凝土泵送钢管，以便后期回填塌腔(各工序施工时应派专人负责安全管理)。
分析两种方案，结合人员、设备数量、施工工艺、工作面狭窄等情况，第一种方案至少用时15d以上，处理周期较长；第二种方案用时7d，周期相对较短；同时第二种方案减少了灌浆固结工序，节约投资和施工时间较第一种方案经济；考虑目前塌腔体较稳定，同时业主要求用最短时间通过塌方段，最终选择实施方案二。
在实际施工过程，具体施工步骤如下：
（1）补强已支护段 在K644+461.5～K644+460.5段被砸变形的2榀钢拱架之间安装腹拱，立双层钢拱架支护该段，并及时喷射混凝土进行支护。
（2）加强K644+460.5～K644+449塌方段的初期支护，将I18钢拱架间距调整至30cm的双层钢拱架（钢拱架间距可根据现场实际情况调整到20cm～50cm）；钢拱架间的连接筋环向间距由100cm调整为40cm，钢筋网片局部加强；喷C20混凝土形成壳；ф25L=4.5m中空注浆系统锚杆根据钢拱架的间距进行调整，在拱肩及拱腰部位适当增加锚杆数量；ф25L=4.5m锁脚砂浆锚杆由4根调整为8根，分别布置在拱脚和拱墙部位。具体的开挖支护方案见图（1）、(2)所示。
（3）回填泵送混凝土前，在拱背喷1m厚的C20喷射混凝土，作为保护初期支护的缓冲层，根据现场實际需要预埋喷射砼钢管和回填砼钢管，泵送C20混凝土，填充厚度达到5m。具体的开挖支护方案见图（1）、(2)所示。
5、存在的问题及对应措施
（1）塌方段洞身局部岩体侵入开挖轮廓线
对松软岩体，采取挖掘机挖除；对硬岩部位，采取施工人员在安全位置钻浅眼、弱爆破方法开挖。
（2）立钢拱架和焊接连接筋
施工人员利用装载机装料斗安装钢拱架，由于料斗空狭小，不允许多名施工人员同时作业，又因塌腔部位不断掉块，施工人员架立钢拱架时存在安全隐患，针对此种情况，现场采取了临时拼装钢拱架和根据装载机料斗尺寸自制和安装了立拱护栏，最后装载机举拱，施工人工使用钢钎校正钢拱架位置；焊接连接筋时，针对塌腔不间断掉块问题，施工时要求施工人员处于已支护段，迅速在两拱架间搭设多层钢筋网片，并与钢拱架之间点焊，作为安全防护措施，同时快速将连接筋焊接在拱架内腹侧（施工过程中务必加强安全措施）。通过以上措施，很好的解决了立拱和焊连接筋中存在的问题。
（3）泵送混凝土
塌腔回填混凝土必须达到6m厚度，在塌腔部位分别安装了1m-6m长度不等的混凝土泵输送管，采用具有较好流动性的二级混凝土（塌落度14-16cm），保证填满坍塌产生的空腔；根据泵送混凝土量采用间隔、待凝等方式，避免因泵送压力过大致使初期支护边拱部位发生变形。
6、塌方段变形监测
（1）塌方段处理完成后，沿洞轴线方向在顶拱和左右拱肩、边墙每隔2m～5m距离各布设1个监测点，定期对塌方段边顶拱进行变形监测，监测采全站仪和水平收敛仪。
(2)通过整理和分析监测数据，判断塌方段围岩的松动和稳定变化状态，据此采取加强支护措施；通过监测资料显示，隧道变形为向空腔内充填混凝土时随充填量大小变形逐渐加剧，往后随着时间推移，变形逐渐趋缓。
7、结语
(1)此次塌方与该区域的地质、地下水的作用密切相关，在裂隙水压力作用下软弱岩体陆续滑塌。因此，在地下水丰富的区域进行隧道施工，做好“三超”（超前地质预报、超前排水、超前支护）工作是减少或避免塌方的重要措施。
(2)通过处理该塌方，总结出“小塌要抢，大塌要等”原则，“小塌要抢”就是在塌方量不大、当岩体趋于稳定时，迅速将塌方顶部支护牢固；“大塌要等”就是在塌方量很大，一时难以清除，塌穴形状和大小无法查明时，先通过观测塌落体情况分析后再决定采取的处理方案；一般情况下塌方发生后在一段时间内会趋于稳定，形成自然拱，判断塌方的稳定情况是准确制定塌方处理方案的关键。
(3)本次塌方通过清除渣体，采用加密钢拱架、拱架间连接筋和加设钢筋网片等处理措施，在2007年11月8日顺利的通过该塌方段，用时7天，总体较为成功，为今后处理同类问题积累了经验。