隧道穿越復雜地層的塌方處理施工技術

■蔡少影 ■安徽省公路橋梁工程有限公司，安徽 合肥 230031

隧道是指在既有建筑或者土石結構中挖掘出來的通道，根據功能的不同，可以分為交通隧道、水工隧道、市政隧道、礦山隧道等。在公路交通運輸行業迅猛發展的帶動下，隧道工程的數量也在不斷增加，其所面臨的施工條件日益復雜。受各種因素的影響，隧道在穿越復雜地層時，塌方問題時有發生，威脅著施工人員生命安全，因此，做好隧道塌方的有效處理，是需要重點研究的課題。

1 工程概況

揚績高速周灣隧道位于皖贛鐵路與省道S215中間，其中左線長592m，右線長591m。周灣隧道左側100m處，為省道隧道，右側100m處為鐵路隧道。隧道最大埋深60m，最小埋深8m。進口端山體地形較為陡峻，自然坡度＞40°，洞身至出口端山體地形略有起伏，至洞門處趨緩，自然坡腳約30°，洞身中后段分布一小型斷裂構造，構造帶內巖體破碎，帶內充填斷層泥。

2 塌方情況分析

施工過程中發現周灣隧道右洞K32+940-K32+994，左洞ZK32+910-ZK32+980已施工完成的襯砌拱表面出現多道縱向和環向裂縫，洞身出現明顯變形和整體沉降，仰拱填充產生錯位裂縫、中心部位凸起。部分段落襯砌擠壓變形嚴重，頂部砼脫落，襯砌鋼筋嚴重扭曲變形和折斷。已經完成的初期支護變形嚴重，型鋼拱架發生扭曲，噴射砼脫落，仰拱填充有不規則裂縫，初支已經浸入二襯凈空，需進行二襯破除及換拱處理。

通過現場地質勘察以及相關資料記錄，隧道塌方的主要原因是2013年7、8月份該地出現了歷史罕見的干旱，造成山體變形，9月份又出現連續陰雨天氣，這種特殊復雜的氣候條件對本已脆弱的山體影響較大，根據測量數據及測量日期反應了一個問題，在每次下雨之后，洞內洞外以及橋梁的變形都比較大，而且，左右洞變形的位置均在同樣樁號一條水平線上，這主要跟山體的圍巖有關系，這類圍巖比較松散，遇水急劇軟化并飽和，圍巖之間沒有自穩力，完全形成一個塊狀物沉壓下來，并且周灣隧道出口的位置坡度很陡，左洞主線的兩側為一道沖溝，再從二襯沉降縫開裂的角度來看，在山體形成一個自重的同時產生的荷載不是均布荷載，在縱向位置形成了一拉力。

3 塌方處理技術

3．1 塌方處理對策

在隧道出現塌方問題后，施工人員立即對隧道進行封閉，然后通知技術人員和監理工程師進行實地查看，對塌方段的圍巖以及水文地質情況進行查明，了解塌方的位置、長度、塌方量等，繪制相應的塌方示意圖。其次，及時與承建方進行溝通，并通知設計方以及工程地質勘察方的相關技術人員到現場進行查看，進一步明確塌方的相關情況。然后，在查明塌方情況和塌方原因后，施工單位以及監理工程師應該從實際情況出發，提出相應的處理方案，經承建方和設計方共同審核確定后，進行相應的設計變更工作。最后，在沒有得到明確的塌方處理方案前，無論是由于何種原因造成的塌方，都應該暫時封閉隧道，避免盲目出渣的情況。在經監理工程師和技術人員檢查，確認不存在安全問題滯后，才能進行處理和繼續施工，而一旦出現違規施工行為，影響隧道安全，應該立即停止施工，組織人員撤離到安全區域。

3．2 塌方處理技術

對于施工單位而言，無論塌方規模大小，首先應該利用腔圍巖暫穩的間歇時間，采取合理有效的措施，使用適當強度等級的混凝土對周圍的掌子面和圍巖壁進行封閉處理，以防止塌方的進一步擴大，之后針對不同的塌方情況，采用不同的處理技術。在該隧道工程中，塌方處理施工技術包括以下幾種:

(1)護拱法。對于塌方較小，塌腔最高處小于3～5m，而且隧道輪廓線以外一側部位或者局部范圍較小的塌方，可以采用護拱法進行處理。首先，在塌方后，應該于第一時間進行人員的疏散，然后對隧道周圍圍巖壁進行噴砼封閉，抓住塌腔圍巖暫穩時間段，進行超前支護施工，支護可以采用φ 42小導管，或者108mm管棚等。其次，設置相應的鋼拱架，并在其上懸掛鋼筋網，采用φ 22mm鋼筋以及φ 42mm鋼管進行接頂處理，將其尾端焊連在鋼拱架上，結合噴砼模，構筑相應的護拱。如果受施工條件的影響，無法進行超前支護，則可以直接在工字鋼拱架初支上模筑砼護拱，對混凝土灌注孔道以及排水管進行預埋處理。然后，在保證護拱安全的前提下，進行注漿小導管和錨桿的施工，通過注漿的方式，對圍巖進行加固。在注漿操作中，應該盡量保證塌腔灌滿，同時回填緩沖層。最后，對于塌空高度相對較小的位置，可以直接噴砼接頂，確保塌空完全灌滿。

(2)護拱法+拱上拱法。這種方法主要是針對塌腔高度在5m以上的塌方的處理，其基本步驟包括:其一，選擇強度等級C20的混凝土，通過噴灌的方式，對掌子面和塌腔周圍巖壁進行封閉;其二，在隧道斷面輪廓線以外，可以采用間距在0．25m的密排108mm管棚，將管棚的尾端設置在工字鋼拱架上，牢固焊接，前端則設置在掌子面塌腔壁上，并盡可能深入巖層內;其三，在管棚下，對工字鋼拱架進行延伸，將間距控制在0．5m，確保管棚與鋼拱架的緊密連接，噴砼作護拱，然后在護拱上，按照其弧度，安裝相應的工字鋼拱梁，確保拱梁的梁段能夠深入巖體0．3m以上。然后繼續噴射混凝土，將護拱厚度增加到0．8～1m;其四，在護拱上，設立鋼格柵拱架，鋼筋鋼管接頂，掛設鋼筋網，然后噴砼，將鋼格柵拱架與圍堰緊密連接，形成拱上拱;其五，設置注漿小導管和錨桿，通過注漿的方式，對圍巖進行加固。

(3)護拱法+密排Ⅰ18工字鋼拱架。如果塌腔較大，暫穩性差，無法進行拱上拱的施工，則從施工安全考慮，可以采用108mm管棚與工字鋼拱架密排，即護拱法+密排Ⅰ18工字鋼拱架的處理技術。在該工程中，某段塌方由于圍巖松散，自身穩定性較差，采用一般的護拱法并不能阻擋塌體的繼續下落，分析原因，主要還是支護強度不足，而且也沒有能夠及時增加護拱的厚度。對此，采用108mm管棚密排配合Ⅰ18工字鋼拱架密排的方式進行處理。首先，在封閉掌子面和塌腔之后，利用108mm管棚密排，穿過塌腔，并在其前端進行噴砼加固，在尾端焊接加固。其次，采用Ⅰ18工字鋼拱架雙榀合焊架立，并將其與管棚相互連接。然后，鋪掛雙層鋼筋網，預埋排水管道和灌注砼孔道，噴砼支護。最后，在隧道兩側，設置小導管，注漿加固。

針對州灣隧道出現的問題，由于發現及時，沒有形成大的塌腔，在裂縫出現初期就立即進行處理。對隧道左右洞出現變形裂縫的初支和襯砌采用沙袋進行反壓回填支撐，中間只預留施工通道，沙袋支撐寬帶10m，間隔15m左右設置一道。隧道變形段進行全斷面注漿處理，采用φ50小導管，縱、環向間距1m，注漿范圍為開挖輪廓線以外不小于5m，漿液中可加入速凝劑，注漿施工前對未采用沙袋堆碼的段落用鋼拱架進行臨時支撐，對于隧道變形嚴重的二襯及初支段進行換拱，換拱后初支采用I22的工字鋼，間距60cm，噴射砼厚道28cm，左、右洞襯砌砼厚道調整為60cm。周灣隧道左洞出口邊仰坡坡度調整為1∶1，右洞坡度調整為1∶0．75，邊坡采取φ50小導管注漿加固，掛網錨噴。邊坡采用錨索框架處理。出口的套拱管棚重新施工。

4 結語

綜上所述，在隧道工程施工中，當穿越復雜地層時，受各種因素的影響，可能會出現塌方問題，影響施工安全和施工進度。對此，施工過程中，施工技術人員和現場監理人員應加大檢查頻率及檢查范圍，及時發現存在的風險誘因，第一時間采取有效措施進行處理，將塌方控制在萌芽狀態，減少損失，確保施工的順利進行。

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