团圆圜 工程质量与管理 庆兴隧道进口塌方处理及预防 摘要：软弱围岩大断面隧道由于其断面扁平，围岩松散，围岩自稳能力差，容易发生塌方，且其防治困难。本文结合庆兴隧道进 口塌方处理实例，根据新奥法支护结构设计原则对隧道塌方原因及预防进行了分析，对同类围岩隧道施工具有一定的参考意义。 关键词：隧道新奥法软弱围岩 塌方处理及预防 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｆｔ ｒｏｃｋ ｔｕｎｎｅｌ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｆｉａｔ，ｌｏｏｓｅ ｒｏｃｋ，ｒｏｃｋ ｓｔｅａｄｙ ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｐｏｏｒ，ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ， ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｄｉｉｃｕｌｔｆ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｋｙｏｎｇｈｕｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏＨａｐｓｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｉｍｐｏ￣ｓ，ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＳａＢｌｅ ｒｏｃｋ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ． Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ＴｕｎｎｅｌＮｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ＭｅｔｈｏｄＳｏｆｔ ｒｏｃｋＴｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｅ １引言 由于新奥法在目前隧道施工中的成功应用，喷锚构筑法为大断面隧道开 挖施工创造了有利条件，当前已被人们作为隧道结构设计及施工的重要方 法。庆兴隧道进口由于施工过程中不良地质影响、设计考虑不周、施工工法及 ④未及时变换此段围岩支护类型及参数，原设计Ｉ２０ｂＩ字钢难以抵抗冲 击荷载。工序衔接不合理，已施做的初支局部未能密贴与围岩从而造成初支 背后空洞，初支钢架未能充分工作，难以及时控制围岩的变形和松弛。断面不 能及早闭合，难以有效发挥支护体系的作用。 应急措施不当，受到过塌方的教训，通过认真分析隧道塌方原因，结合隧道实际 地质情况，采取合理工法及应对措施，塌方的处理和预防取得了显著的成效。 ３塌方处理措施 ３．１地表沉降观测 ２工程地质概况及塌方原因分析 ２ １工程概况 塌方前每天１次的地表沉降观测加强为每天２次，实际监控量测中地表观 测点在塌方前后并无明显变化。 ３．２隧道内塌方处理方案 庆兴隧道进口为包西铁路通道陕西段庆兴隧道进口施工段，位于陕西省 蒲城县境内，紧邻洛滨镇庆兴村及蒙新庄，设计为大断面双线隧道。庆兴隧道 进口地质情况复杂，集煤层瓦斯、煤窑采空区、正断层与逆断层、１７４ｍ２超大 断面黄土段等重难点工程为一体，煤窑采空率为３０％ ４０％，最大埋深８０ｍ，最 小埋深２．５ｍ。隧道采用三台阶七步开挖法施工。 ２．２隧道工程地质及水文地质条件 ①已出渣土体返运回填并压实，形成掌子面前方的自然稳定斜坡，然后 挂设中８钢筋网，网格间距２０ｃｍ￣２０ｅｍ，喷２０ｃｍ厚Ｃ２５混凝土封闭掌子面。 ②为巩固后方初期支护，在塌方体稳定斜坡处设置３榀Ｉ１６钢拱架护拱， 间距６０ｃｍ，喷Ｃ２５混凝土２０ｃｍ。 ③缩短中台阶长度，施做下台阶及仰拱，使塌方后方初支尽快闭合呈环， 加块二次衬砌的施工。施工过程中遇到的隧道边墙采空区及时进行泵送Ｃ２５ 混凝土及回填浆砌片石处理。加强仰拱采空探测，及时采取注浆措施 隧道在此段埋深约为６０ｍ，据开挖后实际情况观察，隧道上台阶拱腰处 有采煤巷道，内被松散堆积物充满。地质围岩为强风化泥岩夹砂岩，局部夹粉 煤层及煤矸石。岩石极限抗压 强度约１—２Ｍｐａ，节理发育，层 ④二衬施作至拉近各台阶距离后，采用短台阶施工，着手塌方处理，塌方 处设双层中４２超前小导管并注浆加固松散坍塌体，小导管长５ｍ，环向间距 ４０ｃｍ，纵向问距２ｍ。两侧拱脚处各设４根中４２锁脚导管并注浆，确保下部开挖 锁脚导管长３．５ｍ，下插角度１５。～３０。。 理产状不规则，岩层风化严 时侧壁的稳定，重，局部呈软弱夹层产出，岩 ⑤每循环注浆结束后，塌体二次开挖采取人工配合挖掘机开挖。永久初 体自稳性较差，经开挖暴露后 极易风化变软，若初喷砼不及 时，开挖面常有掉块现象造成 超挖。 期支护采用Ｉ２５ａｉ字钢，间距６０ｃｍ，设置双层 ８钢筋网。连接筋采用１８ｋｇ／ｍ钢 轨焊接牢固，增设拱脚槽钢垫板，两侧拱脚处各设４根（Ｉ）４２锁脚导管并注浆， 确保下部开挖时侧壁的稳定，锁脚导管长３．５ｍ，下插角度１５。 ３０ｏ。 ⑥拱部开挖处存在原有采煤巷道处，除在采煤巷道处集中注浆填充加同 外，初期支护预留混凝土泵送管，喷锚封闭后，对初支背后采煤空洞泵送Ｃ２５ 地下水位较低，无大股地 下水出露，但地下水沿节理裂 图１上台阶采煤巷道 ２ ３塌方过程 混凝土以形成护拱，以增强初支抵抗力。拱部泵送混凝土以上塌空区采用袋 装弃渣回填至满。 ⑦塌方及采空段防排水措施加密，二次衬砌参数补强。 ⑧施工过程中加强监控量测频率，以监控量测结果为依据，及时反馈施 工，确保施工安全有效。 隙渗漏使围岩较潮湿。 塌方段里程为ＤＫ６９１＋６９５～＋７１０，此段原设计为Ｉｖ级围岩。隧道施工至 ＤＫ６９１＋６９５￣，围岩受地质构造作用影响节理水平发育，岩石较为松散破碎， 自稳能力较差，掌子面开挖后频繁掉块。向前施工过程中，已施做初期支护砼 表面掉皮，纵、横向裂缝不断出现。隧道施工至ＤＫ６９１＋７１ｏＮ，开挖爆破后，上 台阶出现松散堆积物充塞的采煤巷道，掌子面掉块急剧增加，后方初期支护 严重开裂掉块，施工人员及机械及时撤离，经现场监控量测结果表明此段初 支下沉量最大已达４５ｅｍ，可见围岩应力在不断增大，初期支护已难以稳定。 开挖爆破３小时后，初期支护上台阶发生坍塌，塌方长度约１５ｍ，坍塌方量约 ７００ｍ ，坍塌物为块状泥岩及松散堆积物，最大块径在３０ｃｍ左右。 ２．４塌方原因分析 ， ， ／ ．／ ， ①实际揭露地质状况与原地质报告不符，原地质报告对围岩节理、裂隙 发育、煤窑采空位置及影响范同估计不足。 ②对煤窑采空区段未及时采取措施处理，采空区对围岩整体性影响较 大，使得采空区失稳对初期支护产生冲击荷载。 ③未及时转换开挖方法，控制爆破技术由于作业水平较低对围岩扰动较 大，爆破扰动使采空区松散堆积体失稳，过度破坏了岩体的稳定。 图４塌方处理 ・２１６・ 工程质量与管理 ３ ３塌方处理效果 关重要，因为软弱围岩中部分小石块的松动，就会造成更大范围的松动，且隧 道开挖后围岩暴露过久极易产生风化作用从而降低其稳定性。 ③开挖作业宜采用对围岩扰动较少的控制爆破技术和较少的开挖步骤， 避免过度破坏围岩的稳定。 ④在软弱围岩或不良地质地段，应及早使断面闭合呈环，有效发挥支护 结构的作用。 本次隧道塌方处理以先巩固后方，防止塌方扩大，然后以安全的后方为 依托再向前进行处理为原则。隧道塌方处理过程中的关键在于注浆加固和开 挖支护，注浆过程中严格控制了注浆速率和注浆压力，使之达到了预期效果。 开挖支护遵循“短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，至塌方处理完毕，整 个处理过程再未发生坍塌现象，且无任何安全事故发生。开挖过程中沿节理 及缝隙可以看见固结的水泥块，呈不规则状分布，致使围岩的稳定性及连续 性持续增强，有效地增强了围岩的自承能力，为二次开挖提供了安全保证。 另外通过对隧道塌方段近１个月高频率的监控量测后，取得了大量的量 测数据并对此进行分析。分析结果表明，庆兴隧道进口塌方处理所采取的措 施是可行的，取得了良好的处理效果。 ⑤加强施工中对围岩及支护结构的监控量测，合理安排施工工序及日常 施工管理。 ⑥制定软弱围岩或不良地质地段的应急施工预案，加强超前地质预报， 根据实际揭露的地层性质而及时采取相应的应急施工预案。 ４．３规范施工工艺及操作，严格控制工程质量 ４预防隧道塌方的心得体会 通过本次塌方的教训及塌方处理，得到了一些经验，隧道塌方的原因很 按设计要求及隧道施工规范施工，加强施工管理及质量安全意识，要坚 决杜绝施工质量问题如：钢架间距超标、锚杆长度及砂浆强度不足、喷射砼背 后存在空洞及喷射砼强度厚度达不到设计要求、钢架拱脚未置于稳定坚固的 基础上等。以上质量问题直接造成初期支护抗力达不到设计要求，严重时就 会造成塌方。 多，但决定性因素是地质因素，因此预防隧道塌方的根本措施是加强工程地 质及水文地质工作。采用先进的科技手段对围岩稳定性进行探测、预报、分析 等工作，为设计提供依据及指导工程施＿ｌ 。 ４．１增强支护结构，避免其受破坏 ５结束语 隧道塌方的处理困难而缓慢，在施工过程中要以预防为主。实践表明，设 计的修正在软弱围岩及不良地质类隧道施工中显得极为重要。施工中要严控 施工质量，加强围岩及支护监控量测及地质信息预报，并及时反馈信息，以便 采取正确的决策、合理的措施，从根本上避免隧道出现塌方现象。 ， 分析隧道塌方也就是分析已经施做的支护结构受破坏的原因，支护结构 受破坏的主要原因也就是新奥法支护结构设计原则的体现： ①支护结构受隧道围岩挤压而造成剪力破坏。 ②支护结构不能与围岩粘结紧密，两者不能共同工作。 ③由钢支撑、锚杆、喷射混凝土等所提供的支护抗力不足以抵抗隧道围 岩滑移力。 参考文献 施工中应注意地质信息的预报及采集，加强支护结构的监测，及时反馈 ［１】中华人民共和国行业标准铁路隧道施工规范（Ｊ１６３—２００２）北京：中国铁道 信息，积极与设计、业主单位沟通，修正不合理的设计，根据具体数据计算而 出版社．２００２ 采取安全必要的支护参数。 ［２】何天牛．注浆综合处理在隧道塌方中的应用卟勘察科学技术，１９９９（５） ４．２采用正确的施工方法及措施 【３］关宝树隧道施工中的灾害与防治ｆＡ］／／铁路工程建设科技动态报告文 ①隧道施工要与地质条件相适应，地质条件发生变化，要及时改变施工 集一铁路隧道及地下工程ｆｃ］．北京：中国铁道出版社，１９９３． 方法。 ． 作者简介： ②施工工序安排及衔接要合理，避免施工支护不及时而造成围岩暴露时 于涛，男，１９７４年５月出生，高级工程师，硕士学历，现任中铁十一局五公司保 间过长，引起围岩松动风化，事实证明及时支护并初喷３ｃｍ厚砼的施工工序至 宜项目部项目经理 （上接第２０６页）的专业素质，从而确保建筑工程的质量。 参考文献 ［１］李浩明．浅析建筑工程施工质量控制措施Ｕ］．科技信息，２０１２，３１：３９５ 【２］黄春蕾房屋建筑工程施工质量控制内容及方法研究【Ｄ】．重庆大学，２００８ （上接第２０７页）对业主选择ＢＩＭ建设项目的管理模式的建议如下； ３．１考虑投资性质和资金成本 考虑项目投资性质和资金成本是选择项目管理模式的第一要素。初步确 定项目管理模式的隶属类别，属于投资的大型公共性形象项目；如上海 ［３】刘峰．浅析建筑施工质量管理的影响因素及强化措施 中华民居（下旬刊）， ２０１３，１１：２５７ ［４］马志刚．房屋建筑工程施工质量管理措施浅析卟中小企业管理与科４，ｔ（７ 旬刊），２０１１，０９：１６６． 业主可以依据项目管理的实施方，结合自身的ＢＩＭ技术实力和项目的技术难 度选择项目管理模式。设计单位集中了当前国内应用的ＢＩＭ技术，应考虑ＤＢ 模式或ＥＰＣ模式，有利于充分发挥设计方的ＢＩＭ专业技能。如业主和施工方 ＢＩＭ项目的工程实践不足，可考虑选择ＢＩＭ咨询机构辅助全程管理，选择 ＣＭ、ＰＭＣ等管理模式。 ３ ４根据主导方和企业战略具体确定管理模式 中心大厦、武汉国际博览中心等，对使用ＢＩＭ技术的支持较大，应优先大 胆的考虑集成创新型管理模式，如ＩＰＤ模式，最大程度的发挥ＢＩＭ在全生命 周期功能的应用。 例如，台北市建筑工程管理处要求在建房时交模型，通过ＢＩＭ技术提高 审批效率，完善规划。通过ＢＩＭ等技术构建虚拟城市、提高建筑审批效 率，进一步提高台北的核心竞争力。台北市建筑管理工程处在学习新加 坡模式的基础上，结合较发达的ＧＩＳ技术，大力推进ＢＩＭ的建筑管理无纸 化审查、建筑管理行政程序的全电子化。 ３．２依据应用深度遴选管理模式 具体的项目管理模式是根据ＢＩＭ应用管理的主导方和企业实施战略来 确定。目前基于ＢＩＭ在建设项目的应用方，应用模式可以归纳为四大类：设计 方驱动模式，ＢＩＭ咨询机构驱动模式、承包商驱动模式、建设单位驱动模式。 业主可以结合自身的ＢＩＭ技术实力和项目的技术难度，依据项目管理的实施 方选择项目管理模式。设计单位主要集中了当前国内ＢＩＭ技术的应用，可以 考虑ＤＢ模式或ＥＰＣ模式充分发挥设计方的ＢＩＭ专业技能，如果业主和施工 方ＢＩＭ项目的工程实践不足，应考虑选择ＢＩＭ咨询机构辅助全程管理，可以 选择ＣＭ、ＰＭＣ等管理模式。 通过依据ＢＩＭ技术的应用深度和项目服务范围进一步遴选管理模式项 目。设计施工一体化的应用优先考虑承包管理型模式，单一阶段或功能的应 用能够使用传统的ＤＢＢ模式降低成本和风险。如果运营阶段业主要求ＢＩＭ用 于后期评估，当企业ＢＩＭ经验相对丰富与资金风险不大时，可以尝试集成创 新型模式。 四、结语 ＢＩＭ技术的应用给建筑业带来了挑战和机遇，是未来发展方向，也是未 来建筑业信息化发展的主流。但是，尽管建筑信息模型的理念已被提出十多 例如，住建部关于中国推广ＢＩＭ技术的实施指南中，建议不同企业根据 年，其在世界范围内均还处于推广阶段，仍然存在很多问题，如ＢＩＭ软件不够 自身的信息化基础、结合ＢＩＭ的应用条件，将企业级ＢＩＭ应用划分为初级运 丰富和成熟，信息传输、共享和互用有待提高等。因此，对于ＢＩＭ技术而言，项 用、中级运用和高级运用三个阶段：初级运用单项ＢＩＭ专业应用；中级运用多 目管理的各种模式都有自身的特点和局限性，业主在决策时应充分考虑各种 阶段、多专业的集成应用；高级运用全生命期的全面应用。 模式本身的属性特征，综合考虑项目管理模式与ＢＩＭ技术的集成程度，进一 ３．３依据企业战略确定管理模式 步结合ＢＩＭ项目的自身特点和ＢＩＭ实施战略，作出适宜的ＢＩＭ项目管理模式 的最佳选择。只有这样才能充分发挥ＢＩＭ技术的最大经济效益，实现双赢。 根据ＢＩＭ应用管理的主导方和企业实施战略确定具体的项目管理模式。 ‘２１７。
