張涿高速公路黑山隧道塌方段處治技術

于寶勝

（中鐵十九局集團第五工程有限公司 大連 116100）

1 工程概況

張家口至涿州高速公路位于張家口市東南部。L4合同段位于涿鹿縣境內的下井溝村附近，線路總長2.4km，公路等級為高速公路－I級，計算行車速度v＝100km／h［1］。

黑山隧道是一座長大隧道，是左右線分幅雙向6車道隧道。隧道凈高5m，凈寬14.25m，開挖寬度最大達到17.06m，開挖面積最大達到159 m2。洞口所處地貌為低山丘陵地貌，山體自然坡度為15°～18°。V 級圍巖為黃土狀土，地下水影響較小，圍巖具有濕陷性，開挖后沉降及收斂時間長不易穩定，易坍塌。IV 級圍巖為風化白云巖，較破碎，地下水影響較大，開挖時易掉塊，易塌落。隧道區存在7條斷層，斷層多為張性，巖脈充填較多，少數為壓性逆向斷層。隧道左線K23＋220～K23＋720區段內為濕陷性黃土、碎石、白云巖、f7斷層破碎帶等富集的變坡區，地下水較發育，地質構造十分復雜，是隧道掘進中的一大難點。

塌方前，掌子面施工至K23＋636里程，仰拱施工至K23＋553，二襯混凝土施工至K23＋528。

塌方前，初期支護拱頂沉降量監測數值反映出日沉降量速度急劇加快，為前1周內的近5倍；初期支護裂縫寬度在持續加大；初期支護表面滲水濕潤面積加大，個別處出現滴水現象；偶可聽見初期支護“嘣嘣”的輕響。

2010年8月29日07：25，黑 山 隧 道 左 線K23＋562～K23＋568已初期支護段右上方發生塌方，現場觀察塌穴深度6 m，塌方段前方K23＋568～K23＋573及塌方段后方K23＋562～K23＋556初期支護出現嚴重裂縫。

經觀察，塌方體間隔20min左右間斷從塌穴開口處（即K23＋562～K23＋568段）涌出，至8月30日16：30，塌方體下落間隔時間開始變長，約1h左右。為了防止塌方繼續擴大，立即組織施工人員在塌方段后方搭設腳手架，準備打小導管注漿固結渣體。

8月31日凌晨2：30左右，當腳手架基本搭設完畢時，塌方體上方發生較大響動，所有人員及設備立即撤離塌方段，約20min后，原塌穴口左側初期支護被大量松散石塊壓落，30 min 后，大量的滑落碎石將隧道已開挖的全斷面封閉，緊接著塌方段前方傳出多次較大的響動。塌方體非常松散，呈破碎狀流出狀，石塊間夾有泥，有較大的水流出。

針對塌方情況，如何安全、快速、高質量地進行處理，是保證高速公路工程順利進行的關鍵。

2 塌方處治

2.1 準備工作

設計前需要充分做好以下工作：施工圖、地質水文勘察資料、施工規范的準備；施工日志、施工質檢表格、旁站記錄、開挖爆破記錄、地質素描等施工原始記錄的準備；沉降及收斂等監控數據的準備；類似工程塌方處理文獻、經驗數據等的查閱準備；從塌方發生開始的24h監控記錄，響動情況、渣體滑動情況、渣體破碎情況、水流情況等的記錄。并且聘請多位有經驗的專家教授來現場“會診”，對處理方案進行論證，并對處理施工進行指導。

2.2 技術與措施

（1）向塌方段推進二次襯砌混凝土，確保塌方段后方的安全與穩定。在已完成二次襯砌混凝土的前端（K23＋528）距塌方處34 m，抓緊向塌方處施作2 臺車長的襯砌混凝土，共24 m（K23＋528～K23＋552），確保塌方段后方的安全與穩定，保證搶險后方作業空間的安全。

（2）對塌方段后方已支護段進行加強支護。為了防止塌方向小里程擴大給已完成初期支護造成破壞，對于塌方段后方（現場條件限制）不能施作二次襯砌混凝土的K23＋552～K23＋562已支護段進行加固，具體措施為：

①采用I 25b工字鋼拱架臨時支撐，并增加臨時仰拱支撐成環。臨時支護鋼架間距50cm 并與原初期支護密貼，間隙用木楔頂緊，對縱向直徑25mm 螺紋鋼筋環距50cm 進行鋼架連接，采用3.5m 長、直徑42mm 的鋼管鎖腳。

②噴C25混凝土將臨時支護鋼拱架與原初期支護面間隙噴實（臨時仰拱噴C25 混凝土封閉），使之形成整體結構。此加強結構在二襯混凝土澆注前拆除。

③對K23＋552～K23＋562段，采用全環徑向自進式中空注漿錨桿注漿，對初期支護周圈較大范圍內的圍巖進行加固，防止坍塌。自進式錨桿型號為直徑35mm，長3.5m×2，環向間距20 cm，縱向排距2.5m，錨桿周壁按15cm 間距交錯設置注漿孔，孔徑8mm。注漿漿液采用1∶1水泥漿，注漿壓力0.5～1.0 MPa。施工流程為：搭建腳手架→徑向施作自鉆式中空錨桿3.5 m×2→注C30水泥漿。

（3）塌方段處理設計。考慮確保正常使用年限內不會出現二次病害，各結構設計要適當加強。

隧道塌方長度直接決定隧道塌方處理方法，如何合理確定塌方長度成為一個關鍵問題。為此，采用基于超前地質預報技術來確定塌方長度。采用瑞典MALA 公司Cu III主機，25 MHz超前耦合天線和100，250及500m 屏蔽天線。確定塌方長約40～50m，為長大坍塌。

渣體十分松散破碎，呈流出的狀態，判斷周邊圍巖不可能自穩二次成拱。再根據“小坍清，大坍堵”的經驗，不可能采用清走塌渣、施工初期支護、回填塌穴的處理方式，得向注漿固結再開挖的思路去考慮。現場渣體破碎情況表明，渣體及周邊圍巖不易鉆孔，鉆孔后不易出鉆，成孔后易塌孔，不可能采用小導管或普通中空錨桿去注漿，因此，設計如下：

①塌方段后方加固處理完成后，對塌方渣體噴C25鋼纖維混凝土封閉止漿，厚度10cm。

②從K23＋562開始全環采用雙排（排間距10cm）自進式中空注漿錨桿注漿，對上方及側方松散圍巖進行固結，以利成拱。自進式錨桿型號為直徑35mm、長3.5m×2，環向間距20cm，縱向排距2.4m（見圖1、圖2），錨桿周壁按15cm間距交錯設置注漿孔，孔徑8mm。

圖1 塌方段處理斷面圖

圖2 雙排自進式錨桿施工圖（尺寸單位：cm）

漿液采用1∶1水泥水玻璃雙液漿，雙液漿堵水的同時凝結速度快，可提高塌方處理速度，注漿壓力0.5～1.0 MPa。注漿前噴10cm 厚鋼纖維混凝土封閉掌子面止漿。

施工流程：以75°角施作第一排中空錨桿3.5 m×2→第一排錨桿注漿→以45°角施作第二排中空錨桿3.5m×2→第二排錨桿注漿。

③從K23＋562處開始，以15°全環施作超前自進式中空注漿錨桿。自進式錨桿型號為直徑35mm、長3.5m，環向間距20cm，縱向排距1.5 m（見圖3），錨桿周壁按15cm 間距交錯設置注漿孔，孔徑8mm。

④對塌方體人工風鎬開挖，個別處輔以小藥量的松動爆破，每次開挖支護進尺控制在0.3m。采用三步短臺階開挖，上臺階留核心土。

采用I 25b工字鋼拱架進行支護，并增加臨時仰拱工字鋼拱架支撐成環。工字鋼架縱向間距為30cm，采用直徑25 mm 縱向連接鋼筋，采用3.5m 長、直徑42mm 鋼管鎖腳。然后掛直徑8 mm 雙層鋼筋網，鋼筋網格間距10cm×10cm，噴C25 鋼纖維混凝土（臨時仰拱用石渣回填壓實），噴混凝土厚度為31cm。初期支護沉降預留由設計的12cm 增加至20cm。

圖3 超前錨桿施工圖（尺寸單位：cm）

⑤重復以上各步驟施工，直至塌方處理完成。

⑥二襯混凝土及時緊跟初期支護澆筑。二襯混凝土厚度由原設計的60cm 加厚至80cm，環向主筋由原設計的20cm 間距加密至10cm 間距，以承擔塌方處的較大的圍巖壓力。

（4）塌方段前方處理。因圍巖自穩能力差，為保證安全，對塌方段前方10m 設防，加強方式同塌方段后方K23＋552～K23＋562段。

（5）處理工藝流程見圖4。

圖4 處理工藝流程圖

3 施工注意事項

（1）為了保證塌方處理能有序、安全地進行，應迅速成立塌方處理領導小組和安全領導小組。

（2）塌方處理的工前教育較正常施工更顯重要，必須讓一線所有施工的人員了解熟悉處理方案、安全注意事項等。

（3）塌方處理施工要遵循軟弱圍巖的施工原則，即要做到“短進尺、弱爆破、早封閉，強支護、勤量測、快襯砌”［2］。

（4）通過監控量測和實測等手段，做到動態地調整優化各種施工參數。本處理工程在錨桿施工至第三個循環時，根據固結效果，邊墻3排錨桿調整為45°施工的一排錨桿。

（5）錨桿端部最好與鋼拱架施以焊接，這樣可成整體。

（6）在少水或無水地段，可將雙液漿調整為單液漿來固結松散圍巖，這樣可以降低塌方處理的工程成本。

（7）為了可再利用，可將臨時仰拱工字鋼拱架的半徑加工成與仰拱永久結構拱架的半徑相同。

（8）上臺階開挖核心土可能失穩時，可豎向布設自進式錨桿注漿對其進行加固。

（9）必須做好水的疏導、引排工作，防止水浸泡拱腳和臨時仰拱。要適當加強永久結構的引、排、堵水的設計。

（10）襯砌混凝土必須緊跟，不要整臺車的澆筑，要小段小段的澆筑，這樣襯砌能盡早地與初期支護、圍巖共同受力。

（11）采用GPR 檢測技術對處理后的坍塌段的治理效果進行檢測。

4 結語

從2010年10月31日塌方處理施工到施工結束，2個月處理了長達45.6 m 的塌方，施工過程中無一例滑塌現象，無一例人員傷亡事故。無論是在處理施工過程中，還是在處理后一年半的時間內，監控量測及處理后的檢測其各項數據均在合理正常的范圍內。因此，從實施效果來看，處理方案貼合現場實際，是比較成功的塌方處理實例。

［1］劉治宇.張涿高速公路L4合同段施工圖設計［Z］.沈陽：遼寧交通勘測設計院，2009.

［2］JTG F60－2009公路隧道施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2009.