淺埋黃土隧道塌方處理技術

摘 要:黃土隧道施工難度大，圍巖幾乎無自穩能力，施工中極易造成塌方，文章根據青蘭高速直羅隧道黃土段的塌方處理施工經驗，總結出了技術可行、經濟合理的施工方案，取得了良好效果，對類似工程的處理提供了借鑒。

關鍵詞:淺埋黃土隧道 塌方處理

中圖分類號:U45文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2012)01(a)-0117-02

1 工程概況

青蘭高速公路直羅隧道位于陜西省富縣直羅鎮境內，設計為雙車道分離式公路隧道。左線起訖里程ZK153+245～ZK154+286，全長1041m；右線起訖里程YK153+250～YK154+300，全長1050m。隧道出口段左線ZK154+100～+286段，長186m、右線YK154+110～+300段，長190m，設計為強風化泥巖、砂巖互層，三、四級階地堆積黃土，洞底為亞粘土，黃土發育大空隙，有垂直節理，直立性好，土質均一，含少量鈣質結核，表層新黃土具較強的濕陷性。

2 塌方情況及原因分析

2.1 塌方情況

2009年1月3日，直羅隧道右線出口上導掌子面進行開挖作業，拱部大量落土，同時靠掌子面約1m段初期支護開始破裂。約5分鐘后，掌子面段4m范圍內拱架垮下，并向洞口方向拉扯后續拱架，同時大量松散黃土由掌子面向洞口方向涌來，10分鐘之內約10m成洞垮塌，30分鐘之內垮塌20m，至已施工的9m仰拱段停止，洞內黃土已涌至洞口。YK154+235～+256段地表塌陷成為漏斗形陷坑，陷坑最深處距地面6m。

2.2 原因分析

2.2.1 地質因素分析

對于黃土隧道，其圍巖的自承能力不足源于黃土的類型及其物理力學性質、結構、構造以及滲流場狀態的特殊性。

2.2.1.1 強度特性

它是施工塌方的關鍵因素。隧道開挖的過程也是地層內應力重新分布的過程，在隧道開挖前，土體處于天然的應力平衡狀態；隧道開挖后，土體原有的天然應力狀態被破壞，圍巖應力在洞周一定范圍內產生了重新分布。黃土強度較低，在開挖后，當圍巖應力超過其強度后。產生徑向塑性位移，形成塑性松動區，應力一部分釋放，另一部分向外傳遞，導致松動區周邊繼續產生塑性變形。松動區向外擴大，黃土隧道周邊松動范圍擴展較快，隨著這些變形的逐漸擴展，圍巖的整體強度降低，在圍巖土體內部出現空洞導致局部發生坍塌，淺埋時在地表出現下沉，塑性區進一步擴大，土壓力的劇增最終導致整體失穩，大面積塌方。

2.2.1.2 工程特性

直羅隧道出口黃土段土體含水量最大達到30.8％，拱腳承載力不足200Kpa。成洞后圍巖基本無自穩能力，加之埋深不足12m，拱頂上土體全部成為荷載作用于初期支護之上。

2.2.2 設計及施工因素分析

該段設計隧底無型鋼拱架，落底后未封閉成環。造成地表沉降及拱頂下沉量測數據過大。該處12月份氣候寒冷，噴射混凝土強度增長緩慢，承受土體荷載能力弱。

3 處理措施

3.1 現場應急處理

停止右線的供電、供水、供風。清點現場人員及設備，對照人員花名單逐次點名、見人。在洞頂距坍塌坑邊緣20米范圍內設置警戒線，安裝大功率照明設備，并在洞頂安排4人值班。未得到現場值班人員的允許，任何人不得靠近施工現場。調配機具、人員至現場備用?；厩闆r確定后，上報塌方情況及初步處理方案。

3.2 左線處理措施

立即停止直羅隧道左線進口掌子面的施工，增加扇形支撐對21m上臺階進行支撐，每5m一道。核心土處使用25×25cm方木進行支撐。上臺階及落底拱架腳處增加φ42錨管，長5m，每榀拱架8根，使用風槍直接頂進。管中使用錨固劑進行填塞。立即施作二次襯砌至目前仰拱落底成環處，其中侵限段二襯主鋼筋由Φ22變為Φ25，間距不變，待左線進口二襯施工段超過右線出口掌子面后，再開始右線施工。同時加大左線監控量測的頻率，重點為地表下沉及拱頂沉降。

3.3 右線處理措施

3.3.1 對洞口鋼拱架封閉成環未坍塌段及時進行斷面量測，并立即施作二襯，其中局部侵線處二襯鋼筋由Φ22變為Φ25，主筋間距由25cm調整為20cm。嚴重變形處進行換拱處理。

3.3.2 坍塌段采用半明半暗法施工，上半斷面明挖，并施作護拱，下半段面掏槽，護拱施作完成后及時回填施作二襯，坍塌段所有邊仰坡按1:0.3開挖，并在中部留一臺階，臺階寬度1.0m。

具體處理步驟：①由地表開始對陷坑靠開挖前進方向坑邊進行刷坡。以5～6米為一臺階，由上至下坡比為1：0.75、1：1、1：0.5。刷坡及坍塌的土方量由洞內運走。②刷坡完成后，土方預留一部分做為工作平臺，由YK154+235開始做重新進洞處理，施作大管棚。管棚采用Φ89×6無縫鋼管，注漿，管棚長30m。③清理剩余土方并施做坍塌段仰拱。安裝Ⅰ16型鋼，縱向間距75cm，拱架外側安裝木模，噴射C25混凝土。從拱腳向上5m處邊坡與鋼拱架連接部位用片石混凝土進行回填，④立即施做塌方段二襯，待二襯強度達到75％后，進行素土回填，回填前用土袋提前壓到拱頂，再分層夯實回填，每層厚度為1.5m，使用挖掘機進行碾壓。同時進行右線洞頂進行卸載，卸載厚度6～8m，形成由內而外2%的縱向斜坡，便于雨季排水。一部分土做為陷坑回填土，一部分棄掉。待陷坑回填至卸載底面時，則對左右線洞頂面進行封閉。然后在邊仰坡外5m處施做洞頂截水溝，在坡與卸載底面相交處施做環向水溝，并與洞口兩側水溝進行連接。圖示如下：(如圖1)

3.3.3 待洞頂回填基本完成后，二襯施工至掌子面時，進行重新進洞施工。重新進洞處按三臺階方式施工，仰拱距掌子面的距離控制在15m范圍內，二襯盡量及時跟進。鋼拱架拱腳用50cm×50cm×1.6cm的鋼板進行支墊。將原設計鋼拱架之間的Φ22聯接鋼筋調整為Φ25，聯接鋼筋環形間距調整為1.0m，鋼拱架間距維持原設計不變，將超前小導管搭接長度調整為其二分之一長度。將原設計的系統錨桿全部改為系統錨管，單側分配為：上導4根，中導4根，下導2根，共計20根，單根錨管長4.0m，進行注漿處理。

4 總結

根據直羅隧道出口坍塌處理過程，按照工序步驟簡單闡述一下。

4.1 開挖及支護

黃土隧道開挖應采用機械配合人工開挖，嚴禁爆破。老黃土地段采用上下臺階留核心土開挖法，新黃土采用三臺階留核心土開挖法，在施工中應可能保護周圍原狀土的穩定。新黃土、深埋段老黃土，在保證安全的前提原則上應遵循“管超前，少擾動，短開挖，強支護，勤量測、早封閉”的施工原則。噴射砼、施作鎖腳錨桿等，各工序緊跟，嚴禁長距離開挖制造險情。注意加強對拱部、拱腳、墻腳以及邊墻部位的保護及臨時支撐。對于新黃土在隧道進、出口30m范圍內，預留變形量應按25cm考慮，進洞30m以后應根據監控量測數據進行合理調整，一般按10-12cm。對于老黃土在隧道進、出口30m范圍內，預留變形量應按18-20cm考慮，進洞30m以后應根據監控量測數據進行調整，一般按8-10cm考慮。總之，預留變形量的預留數值應以現場實際地質情況按監控量測的數據合理確定，以保證二襯砼厚度為原則。

通過對現場黃土地質小導管注漿試驗，發現管棚注漿時未見漿液從土體表面滲出，主要是在加壓過程中從管口噴出，無法保證一定時間的靜壓，漿液擴散效果不理想，在施工中須加強對管口的封堵，以確保管棚內漿液飽滿，與周圍土體粘結緊密。

從現場隧道內藥包式錨桿施工效果來看，系統錨桿在拱部采用藥包式錨桿，邊墻部位采用早強水泥砂漿錨桿效果較好，錨桿要加墊板才能起作用。

4.2 監控量測

黃土隧道變形量較大，在施工中應建立完善的地表變化與洞內變形的監測系統，要注重地質超前預報，使隧道變形量測系統化，并作為指導施工的依據，即在整個施工過程中應實行信息化管理，動態控制。

4.3 二襯及仰拱

針對黃土隧道，二次襯砌應盡早施工，一般應仰拱超前，在隧道進、出口50m范圍內，二次襯砌距掌子面的距離：老黃土不大于35m，新黃土不大于25m。對于洞口地段有嚴重偏壓或覆蓋層太薄不能滿足進洞安全時，應妥善制定進洞方案，提前解決和克服各種不利因素，防止由于山體不穩定而造成襯砌開裂。每個隧道進洞前就應安排組裝臺車，當開挖進入到規定距離時，便于及時澆筑二次襯砌。

4.4 水的處理

4.4.1 施工中，對于施工用水需加強管理，可臨時鋪設塑料布以利于洞內水的匯集與排放，保護土體，嚴禁積水浸泡拱腳或邊墻基礎。當地下水較為豐富時宜采用鉤機裝土，不用裝載機（主要是考慮裝載機來回碾壓，對土體影響大）。仰拱開挖后，要立即將地下滲水抽走，嚴禁地基及邊墻根部被水浸泡，造成水位上升，若基礎遇水軟化，應及時進行換填或加固處理。

4.4.2 黃土地區沖溝、陷穴較發育，由于沖溝、陷穴處埋深相對較淺，地表水匯集下滲，土層中含水量一般較大，地質情況較差，當隧道通過時易發生塌方，因此隧道施工前應對洞頂陷穴、落水洞和積水洼地進行回填夯實并整平，或漿砌片石鋪砌處理，防止地表水下滲，對隧道施工安全產生不利影響。

4.4.3 另外地表排水設施也應先施作，并保持其良好的工作狀態，當不具備條件先施作洞頂天溝時，應考慮設置臨時排水溝，以降低雨季地表水對洞口段坡體的影響，避免雨水軟化土體而誘發滑塌，這些工作均應在隧道準備進洞前完成。洞口周邊的截水溝應設置防滑平臺，并不得使用風化石鋪砌，底部應先坐漿再鋪砌片石，防止雨水下滲。

參考文獻

[1]滿冠峰.黃土隧道塌方處理技術.科學之友，2009年04月(11).

[2]邵生俊.黃土力學與黃土工程.

[3] 余芝升.高速公路隧道塌方段的施工監測.科技創新導報，2010年第9期.