隧洞大變形洞段塌方處理

唐建智 （浙江省第一水電建設集團有限公司 浙江杭州 310051）

隧洞大變形洞段塌方處理

唐建智 （浙江省第一水電建設集團有限公司 浙江杭州 310051）

隧洞開挖后破壞了圍巖原有的應力平衡，為達到新的平衡，圍巖應力必然會重分布，本文就廣西某隧洞工程隧洞大變形洞段的塌方處理為例，介紹隧洞大變形洞段灌漿固結法處理變形的一種成功措施。

隧洞施工；變形；塌方處理

一、工程概況

廣西某隧洞全長10.545km，采用“城門洞”型，襯砌后斷面尺寸為3m×4.4m，開挖斷面為4.16m×高5.38m，發生大變形洞段位于隧洞進口0+541～0+564段，隧洞進口段位于沙坪至舊州公路企石屯前沖溝上，圍巖為三疊系下統（T1）薄層粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，全～強風化，巖體破碎，已風化呈土黃色碎塊石狀粘土，隧洞處于地下水位線之下，有較豐富的地下水活動，洞室自穩性差，圍巖類別為V類，人工配合機械開挖、無爆施工，初期支護為噴砼厚度180㎜，徑向砂漿錨桿(Φ22，L=2500㎜)，縱環間距1000㎜×1000㎜，每排13根，掛網Φ6.5@150㎜×150㎜，超前管式錨桿(Φ33.5，δ=3.25，L=5000㎜)13根、縱環間距3000㎜×400㎜，與水平成50角，工字鋼間距1.0m，鎖腳錨桿(Φ22，L=2.5m)2×2側=4根，隧洞二次襯砌為50㎝厚的鋼筋混凝土結構。

二、變形發生情況

前期對鋼支撐進行觀測時均未發現較大變形問題，但由于隧洞在長期行車和泡水影響，鋼拱架底部存在軟化、泥化，洞室穩定性存在很大影響。因此，暫停隧洞開挖進行二次混凝土襯砌。由于當時正值強降雨季，洞內地下水較多，加上底部軟化泥化較為嚴重，在清理松散和混凝土施工過程中一直不是很順利。變形前發現洞內抽水量較正常情況明顯增多，而后發現0+541～0+564段鋼支撐右側發生較大側向變形。結合近期工程所在地普降暴雨，經過數日滲透遂在本段隧洞簿弱部位聚集、累積而形成較大偏壓力造成隧洞變形、坍塌。現場情況為：左側工字鋼幾乎未變形，右側工字鋼底部發生向內偏移0.6～1.43m的大變形，拱頂下沉約0.2m；右半拱局部已局部浸入二襯結構尺寸要求；右側鋼拱架變形量已遠遠超過二襯結構尺寸要求，必須進行處理；并經鋼筋試探，松散碴體厚體達3m以上、預計碴體厚度達4m左右。

三、隧洞發生塌方原因分析

經分析有如下因素：1.圍巖為全～強風化粉砂質泥巖，巖體已風化呈土黃色碎塊石狀粘土，隧洞有較豐富的地下水活動，已層護洞段的巖體軟化、泥化，圍巖局部變形；2.因開挖期間重型車輛頻繁行走，鋼拱架的底部被水長期浸泡后軟化已懸空，底部重直和橫向支承力減少；3.正值雨季，繁頻降雨，滲水量增加，在隧洞簿弱部位聚集、累積而形成較大偏壓力，為達到新的平衡，必須應力重分布，以致造成隧洞大變形或坍塌。

四、隧洞塌方處理方案確定

發生塌方后，參建各方召開專題研討會，分析塌方發生原因及其規模、規律，提出加固措施迅速處理，防止塌方范圍的延伸和擴大。塌方段施工，應按照以下原則：先采取臨時支護措施加固好端部未破壞的支護洞段，并研究塌方變形處理措施與永久支護、臨時支護相結合的措施進行綜合處理。因此，本段塌方初期考慮以下兩種處理方案：

處理方案一：在對已變形洞段進行橫向臨時加固后，在保持穩定情況下，在既有兩榀鋼拱架之間用風鎬沿洞周掏一槽至原設計開挖線位置，深度與寬度根據該處變形情況確定，再將彎制成形的鋼支撐安裝到槽內，打設鎖腳錨桿鎖定，開挖該段變形土體，再用乙炔、氧氣割劇已變形的鋼支撐，如下循環推進，約一個分塊長度時即澆筑二次襯砌混凝土。

處理方案二：對已變形洞段采用灌漿固結法固結坍塌體進行處理。首先對變形段鋼支撐設置橫向、縱向臨時加固支護措施后，采用風鉆鉆孔，安裝鋼花管進行固結灌漿，在固結灌漿3d達到一定強度后，即在變形段的右側采用風鎬鑿除灌漿固結，用乙炔、氧氣割斷右側已變形鋼支撐，稍加校正后即在設計位置重新安裝、焊接并加固，如下循環推進，約一個分塊長度時即及時進行混凝土襯砌作業。

五、隧洞塌方處理方案確定

塌方處理，經驗不少，但教訓也不少。有的工程在處理塌方時不但未能及時處理好，反而使塌方規模更加擴大，造成人力物力浪費，延誤工期。因此，處理塌方時，必須查明塌方原因、規模等制定施工方案，進行處理。

因本段隧洞大變形塌方段發生進行分析后，并現場觀測左側鋼支撐均未有較大變形，拱頂下沉量因施工時考慮緊貼圍巖面，因此自左側至拱部中間偏右均能滿足設計結構尺寸要求，可不予拆除。另外探測到右側松散碴體較厚，且現場試探取下數塊碴體即引起以上坍體滑動，因此未進行灌漿即開挖將引起上部碴體下落，導致塌方進一步擴大。

因此，最終采取對坍體進行固結灌漿處理的方法即第二種處理方案進行處理較為理想，它通過一定的灌漿壓力將漿液壓入碴體，起到阻水、充填裂隙形成網狀漿脈、對松散碴體進行擠密壓實以提高碴體強度等作用，以使右拱部及邊墻固結,以致坍體本身具有一定的自穩性。

六、隧洞塌方處理方案

隧洞塌方處理方案按照以下原則處理：洞內加固處理→右側變形段固結灌漿→開挖、循環掘進→二次襯砌。具體措施如下：

1.對變形段及未變形段鋼支撐進行加固，防止進一步變形或擴大：

①對未變形段，采用工字鋼于底部以上約1.0m處每隔一榀鋼支撐進行對撐加固，與之焊接.

②對已發生較大變形鋼支撐段，同樣采用工字鋼于底部以上約1.0m處每榀進行對撐加固、與之焊接.

③在拱頂以下軸線附近每榀處設一根重直支撐型鋼、頂住拱頂所受的垂直荷載，鎖定拱頂在處理過程不在發生下沉變形。型鋼采用工字鋼及底部焊接鋼板作墊板底座并與之焊接。

④然后在右側起弧處至左側橫撐連接部位處設置斜撐，限制右側起弧部位發生變形，型鋼尺寸依現場情況確定。

在上述步驟加固完成后變形段鋼支撐橫向、豎向均已限制其變形，為下一步處理創造了條件。

2.對隧洞右側出現裂縫的初期支護進行處理，然后噴砼進行封閉，為灌漿作準備。

3.打灌漿孔，采用風鉆鉆孔，安裝ф33.5的鋼花管，長度L=3.0m，分別在右側設置數排灌漿管，方向垂直鋼支撐或稍往前方。

4.根據圍巖特性和空腔體積，可選用純水泥漿或水泥砂漿、化學灌漿等漿液材料進行固結灌漿，灌漿順序自上游往下游、自下往上的灌漿，灌漿壓力以不擾動噴砼面為宜。

5.在上述灌漿處理3d后，即可以進行開挖，采用風鎬逐榀開挖、乙炔氧氣割除右側變形鋼支撐，稍加校正，安裝工字鋼、焊接，掛網、噴砼等支護；逐榀往前推進，并根據洞室穩定情況約5～10m間距即澆筑二襯混凝土，直至處理完成。

6.隧洞變形較大區域可在每榀鋼支撐底部設置橫向水平對撐型鋼，作為永久支護措施澆入墊層砼內。

本處變形段塌方處理僅耗用63.5t水泥灌漿，其余鋼支撐可全部重復利用或回收，且開挖和初期支護工期兩次總共不到10天時間即完成23m長的隧洞大變形處理，取得了良好的經濟和進度效果。

七、結束語

本文從塌方發生的原因分析，選擇、確定塌方處理方案，提出了符合現場實際情況的“灌漿固結法”加固坍碴體的處理方案，取得了良好效果，若遇到類似塌方變形段則本文介紹的方法是一種值得推薦應用的處理方法。

[1]關寶樹?隧道工程施工要點集?北京?人民交通出版社，2003.