1 工程概况及塌方过程
甘肃省引洮总干渠15#隧洞全长4 762 m，横断面型式为类马蹄型。围岩由可塑～硬塑状的重粉质壤土、粉质粘土及软塑状的粉质壤土等组成，地下水位高于洞顶4～37 m，隧洞围岩属极不稳定的V级围岩，成洞条件差，隧洞在开挖中洞壁、掌子面将有线状甚至面状水流渗出，随着水流的渗出有流土，突泥等现象发生，围岩极易坍塌变形。
2008年5月12日，施工掘进到101+920时隧洞洞壁、掌子面水流渗出明显增大，掌子面及拱顶出现掉块及局部坍塌。随后决定喷混凝土封闭掌子面，在喷射混凝土过程中，拱顶坍塌变大并出现了流土、流泥现象，超前小管棚被塌体破坏，喷混凝土无法进行，为安全起见组织工人撒离机械设备至安全地段。塌方待续至第二天上午，塌体填满了隧洞整个空间。估计长度为20 m（101+915～+935），其塌方方量大约为2 500 m3左右，估计塌方的示意图如图1所示。
2 塌方原因分析
由于101+915～+935里程段处于围岩由可塑～硬塑状的重粉质壤土、粉质粘土及软塑状的粉质壤土等组成，隧洞围岩属极不稳定的V级围岩，该土层有较强的自重湿陷性，遇水迅速泥化，失去自稳能力。隧洞在开挖过程中洞壁、掌子面中部有1.5～2.0 m高位置出现面状水流渗出，随着水流的渗出粉质粘土及软塑状的粉质壤土遇水膨胀泥化，出现流土、流泥现象发生，导致这次塌方。
3 塌方处理方案
经现场研究分析,采用普通的开挖方法，无法施作，因为塌方地段拱顶形成较大空腔，拱顶塌体为高7～10 m、长10～15 m的塌方松散土体，其余全部为3 m左右高的空腔，鉴于空腔上部土体不间断坍塌，危及隧洞内作业安全，拟采取以下处理原则。
稳塌体，管超前，短进尺，多循环，强支护，少扰动，快封闭，勤量测，速反馈，保安全,求质量,动态施工处理方法。其具体原则：施作止浆墙，不清渣,不对塌穴扰动, 对被扰动已支护段进行加强，采用大管棚,小导管超前预支护,上下台阶法开挖、被动形加强衬砌支护的设计与施工。
3.1 稳塌体、对被扰动已支护段进行加强，防止塌方扩大化
3.1.1 塌渣体施作止浆墙
先对塌渣体进行初喷一层C20混凝土，封闭掌子面，然后对塌方体外已进行立拱喷锚支护的地段，对混凝土开裂严重的洞段进行加强支护，加强段长10 m，设置I14钢架加强支护，间距60 cm/榀，拱架脚两侧纵向设［16槽钢支垫防止沉降。同时对拱架背部用钢板垫实，用φ18钢筋纵向连接，环间距100 cm，喷混凝土与支护形成整体，以防塌方的扩大化。
3.1.2 施作平孔排水管
施作平孔排水管,间距为100×100 cm,梅花型布置，降低塌渣体水压应力，防止围岩泥化现象加重。
3.2 大管棚、小导管超前预支护，预加固加强方案
3.2.1 大管棚、小管棚联合施作超前支护
大管棚的支护参数为φ108 mm，L=1 500，环向间距为30 cm，两根之间的搭接为5 m，外插角2°～3°，并注30号双液浆，注浆压力为3 MP。由于大管棚较长在管棚15 m尾部管棚高出拱顶80 cm，造成开挖时超挖严重，因此在大管棚5 m位置底部增设4 m长φ42超前小导管全环封闭，环向间距为20 cm，搭接长度为2 m，来控制超挖量（详见图2塌方处理支护图）。
3.2.2 双液浆配制
（1）水玻璃将稀释成玻美度为2.4，30Be\或37.5Be\，30#水泥浆的水灰比为1:1，注浆压力为0.7～1.0 MPa,并持压15 min。
（2）待加强段加固好、双液浆凝固达到设计强度后再开挖撑子面。
（3）双液浆配合比的确定：根据经验，水玻璃浓度采用玻美度为2.4，30Be\的浆液，水泥浆水灰比为1：1，且水泥浆与水玻璃的体积比为1：0.5，则配制1m325Be/、30Be/、37.5 Be/三种双液浆计算如下。
出厂时水玻璃浓度为50Be\，注浆前必须稀释水玻璃，换算方法如下：
Be`＝145－145/d （1）
d=145/(145－Be`) (2)
V原× d原+V水×d水=V配×d配 (3)
式中：
Be\—波美度；
d—比重；
V原—稀释前体积；
d原—稀释前比重。
取50 Be\的水玻璃各1升,分别稀释为25 Be\、30 Be\、37.5 Be\三种溶液,通过以上公式计算需加水量分别为1.525升、1.04升、0.503升。
配制1：1水泥浆计算公式
Vc=dc×Vq/(1+dc×ρ) (4)
WW=ρ×WC (5)
式中：
Vc—水泥重量；
WW—水重量；
Vq—欲配浆液的体积；
dc—水泥的比重，取3；
ρ—水灰比。
利用（4）、（5）两公式计算得配制1 m3的1：1水泥浆需用水750 kg，水泥750 kg。
Vq: V原=1:0.5 (6)
由（1）（2）（3）（4）（5）（6）式可计算出配制成1m325Be/、30Be/、37.5 Be/三种双液浆，各单位体积用量分别如下：
配制1m325Be/、水泥：水：5 0Be/水玻璃用量分别为500 kg：701.6 kg ：201 kg,
配制1 m 330 Be/、水泥：水：5 0 Be/水玻璃用量分别为500 kg：668 kg ：251.8 kg,
配制1m325Be/、水泥：水：5 0Be/水玻璃用量分别为500 kg：623 kg：337 kg,
根据渗水量实际情况选取配合比参数。
3.3 上下台阶法开挖，预留核心土体，安全通过塌体
3.3.1 上下台阶法开挖
上下台阶法开挖施工顺序说明：（以进洞方向为序）,见附图。
（1）上导坑开挖；
（2）上导坑钢架支撑、锚喷支护；
（3）下导坑开挖；
（4）下导坑钢架支撑、锚混凝土支护；
（5）安装底拱及浇注仰拱混凝土。
3.3.2 预留核心土体
软塑黄土或含水量高的黄土地层隧洞采用短台阶法开挖，预留核心土体，上台阶环形导坑人工开挖，核心土及下台阶采用挖掘机开挖，台阶长度3～5 m。上台阶开挖进尺控制在1榀钢架距离，即0.4～0.6 m，开挖后立即喷射混凝土封闭周边轮廓和开挖掌子面，之后及时施工支护结构。
下台阶开挖进尺同上台阶，中间挖掘机开挖，两侧边墙轮廓人工刷边，减少对黄土的扰动。开挖完成后及时喷射混凝土封闭开挖面，之后及时完成支护结构。
3.3.3 底拱紧跟下台阶施工，使支护结构及时成环，增强支护效果
3.4 加强型初支设计与施作
3.4.1 开挖后局部有混凝土泥现象出现处理方法
开挖后，因渗水量较大，局部有混凝土泥现象出现。处理方法：先喷射C20混凝土，然后挂一层钢筋网片，再喷射C20混凝土，先稳定塌体，防止泥土流失，造成拱架后出现空洞，使拱部的土体应力重新分布，易再次发生小塌方现象，增加初支的荷载，挂网锚喷后，再架I14型钢拱架，防止了流土、流泥现象和再次塌方。
3.4.2 加强型支护
加强型支护，主要体现在将两榀拱架并成一榀使用，并且间距由原设计的60～100 cm，加密至40 cm加强支护，钢拱架外侧全环加设5 mm厚钢插板，采用φ混凝土8钢筋连接，环向间距100 cm。喷混凝土由原设计的15 cm加厚至25混凝土m，预留沉降变形量为15 cm。拱架混凝土中部全环满布φ6.5×200×200钢筋网片加强支护。对于渗水较大地段，拱墙增加φ18、长2.5 m/根、系统锚杆用混凝土固定挂设钢筋网片，对开挖面进行初喷混凝土支护，然后再进行I14拱架安装。
3.4.3 稳拱脚，防止拱架下沉
该段土层含水量较大，承载能力差，为稳拱脚，防止拱架下沉，在软土中，普通砂浆锚杆效果不好，锚杆的抗拨力低，不能满足设计要求，因用锁脚注浆小导管代替砂浆锚杆，对钢拱架进行锁定。每榀钢拱架施打两根φ42锁脚注浆小导管，管长3 m，注30号双液浆，注浆压力为2 MPa，并持压15分种，注浆效果可佳；并且两侧拱脚增设［160槽钢纵向连接加强支撑。
3.5 及时的径向补强注浆处理空腔，勤量测，速反馈，找原因，出方案，快实施，动态施工处理方法
3.5.1 补强注浆处理
初支好后，在洞内拱顶100度范围内，以1.5 m的间距梅花型打入径向注浆小导管，并注双液浆回填空腔：超前小导管的参数为φ42 mm注浆小导管，外插角为50度，小导管的长度为7 m，纵向间距为1.5 m，环向间距为50 cm，并注30号双液浆，注浆压力为3 MPa，注浆效果好。由于洞子净空限制，7 m长小导管采取分段焊接打入。
3.5.2 勤量测，速反馈
勤量测，速反馈，发现开挖时，拱顶下沉和周边收敛较大，经分析，是由于围岩含水量高，泥化现象严重，且塌空区可能在继续塌方，固结体及初支的承载力还达不到设计要求。因此，我部为保安全,求质量,动态施工处理方法。除施作导管注浆外，另在两侧拱腰和边墙增设径向注浆锁脚小导管及注浆小导管，并与拱架焊接牢固，间距为1.0×1.0 m, 长度为3 m，压注30水泥浆,注浆压力为2 MPa，并持压15min。
3.5.3 量测结果
量测结果显示：位移速度有明显的减缓趋势，拱顶下沉和周边收敛小于每天0.02 mm，已产生的位移量占总位移量的80%,并无开裂等异常情况出现。
3.6 保安全、求质量采用大管棚处理侵限部位
由于开挖时101+916～+925段已支护段拱顶下沉和周边收敛较大，本段支护沉降已侵限20～35 cm，已严重占据二衬混凝土空间。混凝土本段的处理措施为：再次使用φ108大管棚，对拱部及边墙进行全环设置长15 m超前大管棚，然后逐榀凿除侵限拱墙混凝土、割除混凝土拱架及钢筋网片，再重新安装钢拱架处理，拱架间距为40 cm/榀(详见侵限处理断面示意图 图4)。
3.7 减少扰动，实行二衬结构的设计与施工
3.7.1 及时施作仰拱
及时施作仰拱，仰拱混凝土内部增混凝土横向钢拱架，增强仰拱的横向侧压力，仰拱循环进尺不大于3 m。
3.7.2 施作二次衬砌
通过监控量测，围岩稳定后，才施作二次衬砌，二次衬砌的厚度，塌方段二衬厚度均不小于65 cm，之间设有2 m的过渡段。
3.7.3 高标号二衬模筑混凝土
我混凝土目通过会议研究决定，在101+915～+935段的二衬均采用C30抗硫酸盐混凝土替代C混凝土0抗硫酸盐混凝土。
3.7.4 降低水压应力，加强引排水，加密塑料盲沟
降低水压应力，加强引排水，加密塑料盲沟，由原设计10 m每道环向塑料盲沟，加密至2 m每道，对水量较大处再增密。
4 体会和总结
工程实践证明：稳塌体，以大管棚和小导管相结合的超前预支护，预加固，上下台阶法开挖，加强型初支，径向补强注浆，加强二衬结构设计与施工，导管导流降水压，等多种施工方法相结合，处理塌方，是可行有效的。安全、高质量的通过了塌方，使软塑围岩得到了加固，围岩应力得以削弱重新分配，为后期施工及运营安全提供保障。
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