隧道塌方處理方案與實(shí)踐

劉柏生

(福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢(xún)公司)

1 工程概況

沈海復(fù)線福建境內(nèi)某隧道為上、下行分離的六車(chē)道高速公路隧道，主洞凈寬14 m，凈高5 m，隧址地理位置位于戴云山脈東面屬于山嶺重丘區(qū)。左線隧道起訖樁號(hào):ZK73 +841～ZK76 +533，全長(zhǎng)2 692 m，右線隧道起訖樁號(hào):YK73 +815～YK76 +563，全長(zhǎng)2 748 m;屬長(zhǎng)隧道。右洞開(kāi)挖從進(jìn)口端掘進(jìn)。塌方段YK75 +181～YK75 +185 屬于V 級(jí)圍巖段。

2 隧道塌方經(jīng)過(guò)

隧道進(jìn)口右洞掌子面里程YK75 +182 拱頂在上午8∶00出現(xiàn)掉塊并逐步加劇。10 點(diǎn)左右拱部坍塌大致高6～8 m，縱向長(zhǎng)度4 m 左右，橫向?qū)捈s為5 m 左右。拱頂?shù)魤K一直在斷斷續(xù)續(xù)發(fā)生，塌方過(guò)程出現(xiàn)一股巨大的泥漿水流噴涌狀流出，夾雜很多泥土。至第三天凌晨塌方掉塊現(xiàn)象完全結(jié)束，水流也停止。強(qiáng)光照射觀測(cè)拱部塌方高度約15 m。坍塌發(fā)生后立即從外面拉渣土對(duì)掌子面進(jìn)行回填，回填至樁號(hào)YK75 +179，在拉渣土回填的過(guò)程中，組織工人用枕木和I22工字鋼對(duì)已經(jīng)支護(hù)好的鋼拱架進(jìn)行支撐加固，防止鋼架受壓而發(fā)生坍塌。掌子面回填前塌腔內(nèi)預(yù)留了3 根泵送鋼管，鋼管口至拱頂高度有6 m，同時(shí)塌腔兩側(cè)預(yù)留排水管3 根。

3 隧道坍塌原因分析

3.1 不良地質(zhì)和水文條件

工程地質(zhì)縱斷面圖顯示，從鄰近的工程地質(zhì)勘探孔SK151 樁號(hào)YK75 +150 以及地質(zhì)標(biāo)注中可以看出，塌方處YK75 +181～YK75 +185 位于節(jié)理裂隙密集帶和斷層破碎帶中，巖體破碎節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎裂松散結(jié)構(gòu)。地下水為構(gòu)造裂隙水在斷層及節(jié)理密集帶中富水性強(qiáng)。斷面圖顯示該處洞身開(kāi)挖時(shí)地下水呈淋雨?duì)睿瑐?cè)壁穩(wěn)定性差易失穩(wěn)，拱頂未支護(hù)時(shí)易坍塌。

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)不及時(shí)

查看超前地質(zhì)預(yù)報(bào)記錄，上個(gè)循環(huán)的預(yù)報(bào)里程為YK75 +147～YK75 +177;監(jiān)控量測(cè)最靠近掌子面的斷面為YK75 +175。可以看出塌方處YK75 +181～YK75 +185 地質(zhì)預(yù)報(bào)未開(kāi)始實(shí)施，監(jiān)控量測(cè)布設(shè)及量測(cè)未及時(shí)跟進(jìn)，導(dǎo)致信息反饋不及時(shí)，沒(méi)有能夠及時(shí)變更開(kāi)挖方式。

3.3 超前支護(hù)不到位

從塌方掉渣體中判斷，之前施作的超前小導(dǎo)管和中空錨桿個(gè)別長(zhǎng)度不足，注漿不飽滿(mǎn)，甚至個(gè)別未注漿，導(dǎo)致未能很好起到對(duì)拱頂破碎、松散圍巖的固結(jié)穩(wěn)定作用。

3.4 爆破用藥量過(guò)多

翻閱調(diào)查當(dāng)班的爆破用藥記錄，爆破用藥量明顯過(guò)多，震動(dòng)過(guò)大引起坍塌。

塌方發(fā)生后四方代表在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘后，一致認(rèn)為綜上各種因數(shù)是導(dǎo)致此次隧道的塌方和突泥發(fā)生的主要原因。

4 隧道塌方總體處理方案

在塌方發(fā)生后及時(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行回填到拱頂部位，噴射混凝土封閉塌體表面，預(yù)留泵送混凝土輸送管至拱頂6 m 以上;塌方影響段YK75 +177～YK75 +181 已經(jīng)完成初支段的進(jìn)行注漿加固加固處;塌方段塌方體上方采用雙排L=6 m，Φ50 小導(dǎo)管注漿加固后采用三臺(tái)階留核心土方法開(kāi)挖及支護(hù);YK75 +188 以后的段落根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確認(rèn)圍巖級(jí)別，根據(jù)圍巖級(jí)別再進(jìn)行施作。

5 隧道塌方處理具體措施

(1)拉渣土回填。在坍塌所形成的碴堆后方從外面拉渣土進(jìn)行回填，回填到掌子面拱部標(biāo)高，回填體坡面坡度為1∶1。拉渣回填主要有兩個(gè)方面的作用:一是能穩(wěn)定坍塌的趨勢(shì);二是作為立設(shè)拱架的施工平臺(tái)。

(2)塌方體回填坡面封閉。對(duì)塌方體坡面從上到下用沙袋碼砌并噴射早強(qiáng)混凝土進(jìn)行封閉，封閉范圍為坍塌體整個(gè)洞渣回填面以及所有掌子面外露部分，噴射混凝土封閉厚度為20 cm。同時(shí)從塌方體坡面進(jìn)行1.2 m ×1.2 m 梅花型布置，L=5 mφ50 ×5 mm 水平方向的小導(dǎo)管注漿固結(jié)，以形成一個(gè)完整封閉的掌子面，防止坍塌體內(nèi)繼續(xù)發(fā)生較大的坍塌和突泥涌水沖毀回填的洞渣，以及坍塌體內(nèi)注漿的時(shí)候漿液的外流。

(3)坍塌影響段及時(shí)進(jìn)行徑向小導(dǎo)管注漿加固處理。在處理坍塌體前，坍塌段后方4 m 范圍YK75 + 177～YK75 +181 已經(jīng)立好了8 榀鋼架，間距為50 cm。立好了鋼架后在拱頂洞軸線左右各50°范圍內(nèi)采進(jìn)行注漿加固，不能擾動(dòng)塌方體。采用L=5 m，Ф50 ×5mm，間距80 cm ×80 cm的徑向小導(dǎo)管注漿加固。為了保證水泥漿液在土體中一定范圍內(nèi)擴(kuò)散，注漿材料采用C30水泥漿，注漿壓力為2.0～3.5 MPa，采用雙液注漿，水泥漿和水玻璃體積比=2∶1。注漿后重新布設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，注意觀測(cè)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的變化。

(4)對(duì)坍塌的空腔泵送混凝土進(jìn)行填充。在原斷面初期支護(hù)施工時(shí)在坍塌位置的拱部預(yù)留泵送管以及排水管。待支護(hù)穩(wěn)定后第一次對(duì)坍塌的空腔內(nèi)壓注泵送混凝土進(jìn)行填充，第一次填充高度以40～60 cm 為宜。盡早施作此處二襯，待此處二襯施作完畢后再進(jìn)行第二次填充。

(5)坍塌空腔內(nèi)泵送混凝土后進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿加固坍體。采用雙層L=6 m，Ф50 ×5 mm 的注漿小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管環(huán)向間距15 cm。單數(shù)根外插角15°縱向間距3 m，雙數(shù)根外插角50°，縱向間距1 m。小導(dǎo)管注漿范圍以拱頂為中心左右各施作90°，同時(shí)要求采用水泥－水玻璃雙液注漿，施工輔助措施的范圍為YK75 +179～YK75 +188。待坍塌空腔內(nèi)混凝土強(qiáng)度和水泥漿強(qiáng)度達(dá)到要求后，即可進(jìn)行塌方段的開(kāi)挖。

(6)塌方段的開(kāi)挖。經(jīng)過(guò)對(duì)塌腔體的地質(zhì)雷達(dá)掃描和監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析后確認(rèn)，塌方段拱頂塌腔體圍巖已經(jīng)穩(wěn)定，采用三臺(tái)階留核心土法開(kāi)挖方案。第一個(gè)循環(huán)的超前小導(dǎo)管注漿加固完成后，進(jìn)行上臺(tái)階開(kāi)挖及鋼拱架支護(hù)。每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺不超過(guò)50 cm，拱架間距50 cm，采用雙層鋼筋網(wǎng)片，噴射混凝土厚度30 cm。架設(shè)上臺(tái)階拱架時(shí)，采用Φ50 ×5 mm，L=6 m 小導(dǎo)管施作鎖腳，防止鋼架下沉，在拱架兩側(cè)對(duì)稱(chēng)同時(shí)安裝，鎖腳小導(dǎo)管鎖牢。拱腳鋼架必須安裝牢固，避免拱架懸空和變形。坍塌段開(kāi)挖及拱架尺寸預(yù)留變形量按20 cm 考慮。同時(shí)對(duì)上臺(tái)階坍塌堆積表面噴射混凝土進(jìn)行封閉，形成臨時(shí)仰拱。使整個(gè)開(kāi)挖面封閉成環(huán)。

(7)已掘進(jìn)坍塌段徑向注漿加固。在上循環(huán)注漿加固區(qū)還剩余1 m 時(shí)，停止開(kāi)挖，進(jìn)行第二循環(huán)的注漿加固，上循環(huán)注漿及下循環(huán)注漿必須有1 m 的重疊區(qū)。依次類(lèi)推，進(jìn)行第三、第四循環(huán)的注漿加固。在進(jìn)行下循環(huán)注漿加固的同時(shí)，對(duì)已掘進(jìn)坍塌段進(jìn)行徑向注漿。徑向注漿導(dǎo)管環(huán)向及縱向間距1 m，導(dǎo)管長(zhǎng)5 m，采用φ50 ×5 mm 的鋼管。

(8)在下循環(huán)的注漿加固及上循環(huán)的徑向注漿完成后，繼續(xù)進(jìn)行上臺(tái)階的開(kāi)挖及立拱支護(hù)施工。

(9)在上臺(tái)階開(kāi)挖及支護(hù)完成后，進(jìn)行中間臺(tái)階開(kāi)挖及接拱架支護(hù)施工。進(jìn)行中部開(kāi)挖及接拱架初期支護(hù)施工時(shí)，左右側(cè)跳槽施工，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m，每次只架設(shè)一榀拱架。

(10)中間臺(tái)階開(kāi)挖及支護(hù)完成后，進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖及拱架接腿、噴錨支護(hù)施工。

(11)對(duì)塌方段三臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)完后，進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)控量測(cè)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究確定處理效果。并根據(jù)監(jiān)控量測(cè)信息及時(shí)施工本段落仰拱。并要求二襯混凝土加強(qiáng)設(shè)計(jì)，厚度按照變更后的Z5 型50 cm，混凝土標(biāo)號(hào)由C25提高為C40，主筋直徑由原設(shè)計(jì)Φ20 變更為Φ25，間距加密為10 cm。

6 總 結(jié)

經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的施工，隧道塌方處理完畢，取得良好的質(zhì)量效果和安全保證，隧道后續(xù)的洞身開(kāi)挖支護(hù)得以繼續(xù)進(jìn)行。通過(guò)此次塌方處理，為今后的類(lèi)似軟弱圍巖隧道預(yù)防和及時(shí)有效處理塌方提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

［1］陳小雄.現(xiàn)代隧道工程理論與隧道施工［M］.西南交大出版社.