板巖地質(zhì)高速公路隧道塌方處理方案

祁躍海

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院)

1 概述

1.1 自然地理

該隧道位于西南云貴高原區(qū)，為雙車道、分離式長隧道，左線長2161m，右線長5153m。隧道區(qū)屬低山丘陵地貌，山頂渾圓，洞口坡度較陡。山體最高海拔924.50m，最低海拔為639.76m，相對高差284.74m。

1.2 區(qū)域地質(zhì)概況

隧道區(qū)地層巖性為元古界清水江組(pt2q)板巖。設(shè)計帶位于雪峰古陸西緣，苗嶺隆起帶東側(cè)，在地史上經(jīng)歷多次構(gòu)造變動，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

1.3 隧道區(qū)構(gòu)造特征

隧道區(qū)中風(fēng)化板巖地層較穩(wěn)定，呈塊狀構(gòu)造，淺部以風(fēng)化裂隙為主，深部以構(gòu)造節(jié)理裂隙為主，經(jīng)地質(zhì)調(diào)查，該段圍巖存在幾組節(jié)理裂隙面，結(jié)合程度一般，局部充填少量黏性土。

1.4 主要施工方法

該隧道開挖方式主要采用鉆爆法，軟弱圍巖段也可采用機械開挖或人工開挖。開挖方法根據(jù)圍巖級別和隧道埋深情況分別采用臺階預(yù)留核心土法和上下臺階法，也可根據(jù)實際情況采用CD法、CRD法進行施工。二襯混凝土采用整體式液壓模板臺車澆筑。

2 塌方前后過程

該隧道自出口端向進口端方向掘進，2012年1月2日，已掘進至隧道中部的緊急停車帶加寬段附近，采用Ⅴ級圍巖支護參數(shù)，并分上、中、下臺階進行施工，上導(dǎo)坑掌子面掘進至YK20+850.5，該掌子面圍巖層理薄，受構(gòu)造作用擠壓破碎且軟，呈砂土狀，用手可抓散，易發(fā)生坍塌，為Ⅴ級較差圍巖。在該段開挖過程中均采用挖掘機配合風(fēng)鎬進行掘進; 2012年1月3日凌晨3:30左右，當(dāng)上臺階掌子面由YK20+ 850.5～YK20+850施工掘進時，在挖掘機挖出開挖輪廓線后準備立架時，掌子面前方不斷有破碎巖塊掉落現(xiàn)象，并不斷的向掌子面后方推移。

為保證施工安全，防止掌子面坍塌繼續(xù)擴大，隨即對掌子面及拱頂圍巖面用C20噴射混凝土初噴進行封閉。由于圍巖太破碎，在對掌子面及拱頂圍巖面封閉時，掌子面仍不斷有坍塌現(xiàn)象，最后因無法控制坍塌的發(fā)生，導(dǎo)致掌子面巖塊不斷下落并將上導(dǎo)坑已支護好的數(shù)榀工字鋼壓垮造成塌方事故。

截至2012年1月3日下午14:00左右，坍渣已將坍腔口全部填滿，拱頂基本不再出現(xiàn)大坍塌現(xiàn)象，但時有聽到拱頂上有掉塊的響聲。此時，塌腔口最后一榀支護完好的工字鋼樁號約為YK20+866，經(jīng)目測，預(yù)估坍渣堆滿坍腔體積約為1000m3。

3 已支護段加強處理方案

3.1 YK20+876～YK20+866段臨時鋼支撐及注漿加固

在YK20+876～YK20+866已支護段，架設(shè)I22b工字鋼臨時支撐，縱距0.5m，要求與初支混凝土密貼且基礎(chǔ)落于穩(wěn)固基巖上，防止塌方向已施工段進一步發(fā)展。

該段拱圈120度范圍內(nèi)打設(shè)φ42×4mm徑向注漿鋼花管，縱距0.5m，環(huán)距1.0m，管長6m，注漿漿液采用水泥－水玻璃雙液漿，注漿參數(shù)如下。

注漿壓力0.5～1.0MPa;水泥漿水灰比W/C=1∶1，水泥漿與水玻璃的體積比為1∶0.5;水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥;水玻璃波美度為35，模數(shù)為2.4。

施工時當(dāng)每孔注漿終壓達到1.0MPa且注漿量達到設(shè)計量的95%以上時，可結(jié)束注漿，水灰比及水泥、水玻璃摻量可根據(jù)現(xiàn)場注漿效果進行調(diào)整。

3.2 封閉掌子面及塌腔口

采用30cmC20噴射混凝土封閉坍渣體掌子面。

在塌腔巖口區(qū)預(yù)留輸送泵管，回填泵送M30水泥砂漿后再回填C25混凝土封閉坍腔巖口區(qū)。

3.3 加強超前探測及監(jiān)控量測

超前地質(zhì)預(yù)報單位對坍方腔體部位進行探測，根據(jù)探測結(jié)果適當(dāng)調(diào)整本方案，做到有的放矢。密切關(guān)注周邊圍巖及初期支護情況，加強監(jiān)控量測工作，如有異常采取應(yīng)急措施的同時將信息反饋。

4 坍塌段處理方案(YK20+866～YK20+857緊急停車帶加寬段)

4.1 超前支護

從YK20+866開始，拱部150°范圍內(nèi)，采用Φ51×8mm自進式錨桿，L=6.0m，環(huán)向間距30cm，縱向排距為2.0m，角度10°～15°打設(shè)并進行注漿，共計五排，施做最后一排的樁號為YK20+858。

從YK20+865開始，拱部150°(可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整)范圍內(nèi)，采用φ42×4mm超前注漿小導(dǎo)管，L=6.0m，環(huán)向間距30cm，縱向排距2.0m，角度10°～15°，共計五排，最后一排點樁號為YK20+857。

4.2 初期支護

及時施做初期支護，參數(shù)如下:φ42×4mm的徑向注漿管，長6.0m，縱距1.0m，環(huán)距1.0m，梅花形布置，注漿控制參數(shù)參照已支護段第(1)條注漿加固方案;雙層φ6.5鋼筋網(wǎng)20×20cm;I22b工字鋼，間距0.5m，鋼架鎖腳錨桿均采用φ42×4mm斜向注漿花管(注漿后與鋼架牢固焊接以保證鋼架支撐的有效性);30cm厚C30鋼纖維噴射混凝土;噴射混凝土及鋼架全環(huán)封閉。每2m打設(shè)并預(yù)埋一根φ108× 6熱軋無縫鋼管回填孔直通塌腔頂部。

二襯采用60cm厚C30鋼筋混凝土，雙層配筋Φ25×20cm。

4.3 開挖方案

采用中隔壁法向前掘進，盡量采用機械開挖，局部可采用弱爆破;開挖進尺0.5m。中隔壁支護參數(shù):φ6.5鋼筋網(wǎng)20×20cm，I18工字鋼，縱距0.5m(與初期支護工字鋼對應(yīng))，20cm厚C20噴射混凝土，Φ22藥卷錨桿長3.0m，環(huán)距1.2m，縱距0.5m。

5 坍塌段處理方案(YK20+857～YK20+850主洞段)

5.1 超前支護

打設(shè)自進式錨桿和注漿鋼花管，除縱向排距調(diào)整為2.4 m外，具體施做參數(shù)同上述加寬段。

5.2 初期支護

及時施做初期支護，除I22b工字鋼間距調(diào)整為0.6m外，具體施做參數(shù)同上述加寬段。

二襯采用60cm厚C30鋼筋混凝土，雙層配筋Φ25@20cm。

5.3 開挖方案

采用上臺階中隔壁法向前掘進，盡量采用機械開挖，局部可采用弱爆破;開挖進尺0.5m。中隔壁支護參數(shù):I18工字鋼，縱距0.6m(與初期支護工字鋼對應(yīng))，18cm厚C20噴射混凝土，Φ22藥卷錨桿長2.5m，環(huán)距1.2m，縱距0.6m;下臺階采用拉中槽，左右側(cè)邦及左右側(cè)仰拱底跳馬口槽開挖。

初期支護及注漿加固體達到設(shè)計強度后，通過預(yù)留鋼管向塌方空腔先用C20混凝土回填2～3m厚，然后吹填爐渣或珍珠巖等輕質(zhì)材料，填滿整個空腔。變形穩(wěn)定后及時施做二次襯砌。

6 坍腔后影響段處理方案

該段范圍YK20+850～YK20+840，按Ⅴ級圍巖加強襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)施做。

6.1 超前支護

采用φ42×4鋼管，L=4.0m，環(huán)向間距40cm，縱向排距為1.2m，角度10°～15°打設(shè)并進行注漿，注漿漿液采用水泥漿。

6.2 初期支護

φ25中空注漿錨桿，長3.5m，縱距0.6m，環(huán)距1.2m，梅花形布置;雙層φ6.5鋼筋網(wǎng)20×20cm;I22b工字鋼，間距0.6m;30cm厚C20噴射混凝土;噴射混凝土及鋼架全環(huán)封閉。

6.3 二次襯砌

二襯采用50cm厚C30鋼筋混凝土，配筋Φ25@20cm。

7 施工注意事項

(1)確保注漿質(zhì)量，要求鉆芯取樣及地質(zhì)雷達監(jiān)測驗證。要求保證洞頂空腔回填飽滿;

(2)自進式錨桿應(yīng)嚴格按照產(chǎn)品說明書及廠家技術(shù)員要求進行施工。自進式錨桿及超前小導(dǎo)管搭接長度不小于2m，并嚴格按設(shè)計要求注漿，確保超前支護的有效性;

(3)嚴格控制開挖循環(huán)進尺。開挖采用機械開挖或弱爆破。在超前支護完成并達到強度前，嚴禁繼續(xù)開挖進尺;

(4)要求及時有效的施做初期支護及二次襯砌，嚴禁開挖面暴露時間過長;

(5)加強監(jiān)控量測工作，以監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，如發(fā)現(xiàn)異常，立即采取相應(yīng)的應(yīng)急措施并向相關(guān)部門反映，研究解決方案;

(6)對可能存在的施工風(fēng)險做好應(yīng)急預(yù)案，并針對實際施工情況組織應(yīng)急指揮小組，以確保施工的過程的及時有效性。

8 結(jié)語

(1)對板巖這種變化突然、層間結(jié)合差、挖開后強度降低迅速、極易由落小塊到落大塊以至形成塌方的種種不利特性，在隧道施工過程中應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求的施工工法和開挖進尺進行掘進，應(yīng)嚴格遵循“短進尺、弱爆破、快封閉、勤量測”的指導(dǎo)原則。

(2)對于隧道鉆探勘察、實驗測試等工作所獲得的資料、數(shù)據(jù)，在設(shè)計應(yīng)用時一定要適當(dāng)保守。因為鉆探時所使用的取芯鉆頭一般都是75mm，如果遇到大于10cm完整的巖塊，所取出的巖芯柱長就大于10cm，如果現(xiàn)場技術(shù)員將此塊巖芯取樣送檢，所測得的飽和單軸抗壓強度也會很高，如遇周圍巖石破碎，以這個數(shù)據(jù)為依據(jù)，來代表該段做設(shè)計，所給的參數(shù)就會高。另外現(xiàn)場做的波速實驗、所獲數(shù)據(jù)也要盡量保守。因為擊錘時用力的大小、孔內(nèi)泥漿濃度的大小、孔的深與淺等因素與波速大小都有一定的關(guān)系。

(3)因為鉆探勘察是以點帶面，尤其是長隧道勘察，不能整條隧道布很多孔鉆探，因此在板巖地質(zhì)設(shè)計隧道時，圍巖級別不能給的過高，一般是Ⅲ級圍巖不超過40%。圍巖級別定的過高，施工時變更就多，對施工和運營期的安全會帶來較大隱患。

(4)地下水對板巖的特性影響較大，凡遇到地下水發(fā)育地段，隧道圍巖級別要降低。因為板巖和泥巖的節(jié)理裂隙面和結(jié)構(gòu)面被水浸泡后，表面很光滑，開挖后極易產(chǎn)生坍塌和滑坡現(xiàn)象。

(5)在隧道設(shè)計時，一定考慮地形、地貌的因素，在隧道頂上地表如有較大的溝谷，由于受地表水的作用，巖石風(fēng)化就強并且深，應(yīng)加強地勘工作，準確定出對應(yīng)隧道的圍巖級別，另外陽坡的風(fēng)化程度比陰坡要強。