白玉隧道塌方處理及隧道塌方預防

王錦繁

(福建省交通建設工程試驗檢測中心)

白玉隧道塌方處理及隧道塌方預防

王錦繁

(福建省交通建設工程試驗檢測中心)

敘述了山嶺隧道坍塌的一般處理措施。提出采取詳實的地質勘查、超前地質預報、合理的施工方案等手段預防隧道坍塌。

隧道塌方;地質勘查;防排水處理;預防控制

1 概述

福建省蛟城高速公路白玉隧道位于福建省上杭縣境內，屬于典型的山嶺隧道。白玉隧道起迄樁號為左洞ZK29+925～ZK32+467，右洞YK29+900～YK32+455。左洞長2 542 m，右洞長2 555 m，左右洞平均長2 548.5 m，屬長隧道。采用分離式雙洞布置。隧道進口段位于直線上，出口段右線位于在半徑為1 500和1 400 m的平曲線上;出口段左線位于在半徑為1 200和1 419.13 m的平曲線上。左洞縱坡為-2.5%，右洞縱坡為-2.50%。

場區上覆殘積粘性土(Qel)，下伏基巖為白堊系寨下組(K1z)砂礫巖、凝灰質砂巖(159°∠25°或 50°∠25°);泥盆系天瓦崠坑組(D3t)含礫砂巖夾泥質粉砂巖(115°∠40°);震旦系樓子壩群(Z1z)變質砂巖(309°∠45°);進口段有燕山期花崗斑巖侵入(γπ)。

擬建路線區域上位于閩西南華力西—印支拗陷帶，次級構造屬北東向明溪—武平拗陷帶東部，北西向上杭—云霄深斷裂構造帶的北側。隧址區見7條斷裂構造發育。

經地表調繪、淺層地震物探及鉆探成果表明：隧址區有7 條斷層(F37、F38、F40、F41、F42、F43、F44)橫穿或平行隧道軸線。對本隧道的穩定性和圍巖級別有一定的影響。

隧道圍巖從已開挖的地段看，地質變化頻繁、節理裂隙發育，巖層走向無規則，石質破碎，圍巖自承能力極差，原設計為Ⅳ類，實屬Ⅱ類。

2011年6月16日，白玉隧道出口左洞ZK31+469處洞頂出現大面積塌方，坍體松散、破碎，巖體自拱頂塌孔處自左向右呈傾斜狀漏出。山坡地表形成直徑15 m深9 m的陷坑。

2 坍方段支護情況

隧道建筑限界高5.0 m，寬11.5 m，開挖斷面高7.5 m，寬12.5 m，采用新奧法設計復合式襯砌。其原支護措施為：拱墻全斷面設置Ⅱ級φ16螺紋鋼筋網(25×25 cm)，拱部系統錨桿為3 m長φ25中空注漿錨桿，間距1 m×1 m，梅花型布置;邊墻施作3.0 m長φ22砂漿錨桿，間距1 m×1 m，梅花形布置;拱墻全斷面噴C20混凝土(厚10 cm)，預留變形量10 cm;二次襯砌采用40 cm厚C25混凝土(還未施工)。開挖時地下水較小，幾天后噴射混凝土表面出現滲水，且滲水面積逐漸增大增多。2011年6月16日洞頂出現大面積塌方，坍塌巖渣堆滿工作面，坍腔高度約估計10～12 m高，15～20 m寬，坍塌巖渣估計四千多方，覆蓋原開挖斷面達20延米。同時ZK31+450～440段初期支護發生變形開裂，噴射混凝土裂縫寬達10～30 mm，環向長度貫穿整個斷面，剝落掉塊，鋼筋網外露，初期支護被破壞，失去其支護能力。

3 塌方處理措施

3.1 塌方處理工藝流程

防排水處理→塌方處附近加固→塌方段處理→地表固結注漿→超前管棚→塌方處開挖支護→仰拱開挖支護→仰拱及二襯鋼筋混凝土襯砌→塌腔處理

3.2 防排水處理

山嶺隧道含水豐富，做好防排水工作，對隧道圍巖的自穩起很大的作用。由于隧道向下坡方向開挖，在工作面上開挖水溝和集水坑，通過水溝和水泵將水及時排出。通過對圍巖的注漿不僅提高圍巖自穩能力，同時也起防水作用。

3.3 坍方處附近加固

對ZK31+450～440段段初期支護開列段進行了加固處理，以防止坍塌發展。具體措施為：加設Ⅰ18工字鋼架作為臨時支撐，剛架間距為1米，拱架角噴射C20混凝土固定，并做臨時仰拱，拱背與噴混凝土面緊帖，空隙處噴混凝土封閉。每榀臨時支撐設8根φ22砂漿錨桿(長3 m)鎖定。臨時支撐之間作φ22螺紋鋼筋拉桿。全斷面增補5 m長φ25錨桿加固圍巖，間距1 m×1 m，梅花形布置。

3.4 塌方段處理

(1)坍塌面處理

對坍塌巖渣外露面噴10 cm厚C20混凝土進行封閉處理，噴混凝土并設φ6鋼筋網(25 cm×25 cm)。

(2)塌方段固結注漿

對坍方體進行固結注漿，以提高渣體自身穩定性和強度，同時在襯砌附近形成防水墻，起防水作用。注漿管采用6 m長φ42鋼花管，注漿孔深6 m。洞周注漿孔外插2 m，環向間距為1 m，中部及下部注漿孔間距可調整為2 m。注漿擴散范圍為2～4 m，漿液采用C∶W=1∶1之水泥漿，并摻入水玻璃，注漿壓力為0.8～1.2 MPa。每4延米為一循環，共計5個循環。

3.5 地表加固

對隧道洞內塌方體注漿加固的同時，對地表塌陷處進行注漿處理，提高地表自穩能力。并在確定地表已處于穩定之后，方可進行隧道內的開挖。

注漿漿液采用C∶W=1∶1之水泥漿，并摻入10%的水玻璃，注漿壓力為0.8～1.2 MPa。

3.6 管棚超前支護

采用全液壓鑿巖臺車沿開挖輪廓以3～5度外插角打設φ102 mm、深6 m的孔，然后用液壓鑿巖臺車頂入φ89鋼花管，每循環長度為6 m，搭接長度2 m，環向間距0.3 m，每4延米為一循環，共計5個循環。注入水泥漿填充管棚以增加其剛度，注漿壓力根據現場實際情況而定，以充滿管體為準。

3.7 開挖支護

進行注漿固結和施作超前支護后，采用微臺階、短開挖施工方案，臺階采用三臺階，每臺階長度為1.5 m。每開挖循環控制在1～1.5 m以內，短進尺，弱爆破。開挖后在管棚下架設I18工字鋼架，剛架縱向間距為0.5 m，縱向用φ22螺紋鋼筋拉桿連接，拉桿環向間距為1 m。鋼筋網用φ10的鋼筋，網格為20×20 cm，雙層，噴C20混凝土(30 cm厚)。φ22系統砂漿錨桿，3.5 m長，0.8 m(環向)×0.5 m(縱向)，梅花型布置。

3.8 仰拱開挖支護

為了提高該段軟弱地質處隧道的承載力，減小下沉，防止底鼓的隆起變形，調整襯砌應力，封閉圍巖，阻止圍巖過大的變形，并增加底部和墻部的支撐抵抗力，在該段落增設仰拱。仰拱初支采用I18工字鋼架，剛架縱向間距為0.5 m，26 cm厚C25噴射混凝土。仰拱襯砌采用60 cm厚C25鋼筋混凝土，回填采用C15片石混凝土。

3.9 二次襯砌

為確保永久結構及運營安全，對該段及前后影響段二次襯砌進行加強處理，襯砌采用60 cm厚C25鋼筋混凝土。

3.10 坍腔處理

坍塌地段安全順利通過后，用探地雷達探測的上部坍腔密實情況，結果表明坍腔內巖渣經過注漿局部還存在不密實情況。后采用小導管注漿對不密實部位及周邊進行再注漿加固，使坍腔內巖渣處于密實穩定狀態。

4 加強監控量測

施工處理時，為確保隧道不再塌方，加強了監控量測。在地表塌方處設立5個沉降觀測點。在洞內加密拱頂沉降觀測、圍巖收斂監測和鋼支撐應力監測。根據量測記錄繪制出的各個點的應力應變—時間曲線，隨時掌握結構穩定和受力狀況。監控量測結果表明隧道圍巖及拱頂變形、鋼支撐應力已穩定，隧道處于安全狀態。

5 隧道塌方預防

隧道塌方處大多發生在巖石破碎或軟弱地質部位，由于山嶺隧道含水豐富，開挖過程若沒采用合理的施工方案，則很容易破壞圍巖的自穩能力，最后導致隧道塌方。隧道詳實的地質勘查、適時的超前地質預報、合理的施工方案是預防隧道塌方的有力措施。

5.1 地質勘查

由于施工現場的地質與設計的地質差別較大時，導致隧道開挖和支護方式不對，是導致山嶺隧道塌方的很重要的一個原因。地質勘查還包括對地形地貌的勘查，如果隧道所穿過的圍巖離地表很近，隧道頂部的覆蓋層很薄時，當地質軟弱則容易出現塌方。隧道的塌方與地質、地貌關系很大，在施工過程若能掌握詳實的地質、地貌，制定合理的施工方案，及時加固圍巖，提高圍巖自穩能力，就能為隧道安全施工提供保障。

5.2 地質超前預報

為確保隧道施工安全，加快隧道施工進度，制定合理的施工方案，應在施工中采用超前地質預報技術。超前地質預報是采用地震波、探地雷達、紅外探水儀等儀器，探測隧道開挖掌子面前可能存在的空洞、斷層、裂隙、含水，并根據探測結果初步判定圍巖類型，為隧道開挖及支護提供合理的參數。

6 結論

(1)白玉隧道塌處方通過合理的治理，隧道圍巖已經穩定，隧道處于安全狀態。

(2)白玉隧道塌方情況表明，在不良地質地段，應做好地質勘查工作和地質超前預報，以探明隧道掌子面前方及周邊地質狀況，制定合理的施工方案，以避免坍塌。

U445

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1008-3383(2013)04-0107-01

2013-02-01