淺析下沙隧道塌方處理方案

■蘭高明

（福建邵光高速公路發(fā)展有限公司，邵武 354000）

1 工程概況

下沙隧道為分離式雙洞四車道高速公路隧道，隧道限界凈空10.25m×5.0m(寬×高) 左線起止樁號ZK1+108～ZK2+907，全長1799m。右線起止樁號YK1+110～YK2-990，全長1880m，隧道最大埋深約220m。

2 地質(zhì)水文情況

該隧道區(qū)屬剝蝕丘陵地貌，地表植被發(fā)育，地形起伏變化大，下緩上陡，天然山坡坡度15～40°，山脊陡峭。隧道路線區(qū)域上位于新華夏系第二復(fù)式隆起及南嶺東西向復(fù)雜構(gòu)造帶的復(fù)合部位的閩西北華夏隆起帶內(nèi)，長期的歷史演變，強烈的褶皺及巖漿活動，使之歷次構(gòu)造運動相互復(fù)合，彼此干擾和遷就，形成區(qū)域構(gòu)造形式多樣復(fù)雜。

隧道圍巖為微風(fēng)化砂巖、粉砂巖夾碳質(zhì)粉砂巖和變粒巖相間石英云母片巖，其中微風(fēng)化炭質(zhì)粉砂巖為軟巖，炭質(zhì)、泥質(zhì)含量高，遇水易軟化變形呈泥土狀或似煤狀；微風(fēng)化石英云母片巖巖層片理極其發(fā)育，抗剪強度低，易發(fā)生掉塊、坍塌失穩(wěn)。隧道區(qū)地下水主要為風(fēng)化基巖中網(wǎng)狀孔隙-裂隙水，以及基巖構(gòu)造裂隙水。風(fēng)化基巖中網(wǎng)狀孔隙-裂隙水主要賦存于碎塊狀強風(fēng)化巖層中，富水性及倒水性較強，基巖構(gòu)造裂隙水主要受裂隙、節(jié)理、斷裂破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造的控制，構(gòu)造帶、節(jié)理裂隙密集帶寬度變化較大，帶內(nèi)巖石多風(fēng)化蝕變、破碎，透水性較好。

3 塌方情況

該隧道從進、出口分別向里施工。塌方發(fā)生在下沙隧道出口右洞，該段處于V 級圍巖深埋段，采用Z5型復(fù)合支護(Z5 型支護參數(shù)：初支厚度為24cm、采用工18b 鋼支撐、縱向間距為70cm；二襯厚度為45cm、C25 模筑防水砼、Φ16mm 鋼筋、鋼筋間距20cm）。當(dāng)開挖至YK2+185 里程樁號時，于當(dāng)日凌晨5：20 發(fā)生局部塌方。項目部及時下達撤退命令，確保了人員和設(shè)備的安全。隨后塌方不斷發(fā)展，先是掌子面右上方松散的土體不斷往下冒落，并伴有涌水，形成空腔后，左上方呈大塊狀的破碎巖體失去支撐自穩(wěn)而塌陷。巨大的沖擊力砸壞了已完成的上臺階數(shù)米初期支護，3h 內(nèi)形成縱向長約11m，高度約6m 的塌腔。現(xiàn)場觀察，從左側(cè)拱腰至右側(cè)拱腳大面積坍塌，左側(cè)壁相對穩(wěn)定，拱頂偏左有明顯滑層，塌方體極其松散、破碎，現(xiàn)場已施工的11 榀上導(dǎo)坑鋼拱架全部被壓塌掩埋。至第二天上午10:30 塌腔高度已達12m 左右，塌方體已經(jīng)把掌子面基本封住，塌方量約1000m3。

4 塌方發(fā)生后的應(yīng)急處置

(1）塌方發(fā)生后，項目部在第一時間撤出人員、機械設(shè)備，同時上報業(yè)主、總監(jiān)辦、設(shè)代處、總承包部等相關(guān)部門。

(2）嚴(yán)格落實領(lǐng)導(dǎo)帶班制度，派專人指揮，專職人員24h 值守，重視逃生管的加長、前移就位，加強進洞人員登記制度。

(3）塌方處暫時禁止施工，待制定處治方案并審批完成后方可恢復(fù)施工。

(4）疏通后方排水溝，清理塌方后方的淤泥積水，使塌方處涌水能迅速排出而不浸泡下分層巖土層。

5 塌方原因分析

通過對下沙隧道塌方處實地查看，施工調(diào)查，詳細查閱地質(zhì)地資料及現(xiàn)場踏勘并反復(fù)研討后，各方一致認(rèn)為發(fā)生塌方的主要原因如下：

5.1 工程地質(zhì)方面原因

(1）塌方處掌子面圍巖層理、節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，整體性差，巖體呈松散結(jié)構(gòu),處于吸水飽和狀態(tài)，大部分手捏可碎,強風(fēng)化變粒巖中夾帶大量黃色淤泥夾層，局部為全風(fēng)化狀態(tài)，巖體極破碎，整體性差，圍巖本身自穩(wěn)力不足。

(2)塌方處巖層富含積水，長期浸泡使塌方處的巖土強度降低，開挖后積水伴隨弱質(zhì)巖土突涌而出造成塌方。

5.2 施工方面的原因

(1）施工現(xiàn)場未采用設(shè)計工法施工，設(shè)計規(guī)定此段采用CD 法開挖，而現(xiàn)場采用三臺階上導(dǎo)坑預(yù)留核心土法施工。

(2）對徑向系統(tǒng)錨桿與超前小導(dǎo)管的施工中注漿壓力達不到設(shè)計預(yù)期效果，未看到巖面注漿漿液露現(xiàn)，效果不佳，未能起到注漿穩(wěn)固圍巖的作用，造成圍巖失穩(wěn)。

(3）施工現(xiàn)場的施工人員和管理人員施工經(jīng)驗不足，未對掌子面前方地質(zhì)進行有效的預(yù)判，沒有及時根據(jù)地質(zhì)條件變化，調(diào)整施工方案和支護參數(shù)，未及時采取更有效的超前支護措施。

6 塌方處理措施

6.1 塌方處理原則

塌方段處理應(yīng)遵循“加固后方，穩(wěn)固塌體、填充空洞、謹(jǐn)慎通過、經(jīng)濟適用”的總體處理原則。

（1）加固后方：隧道施工塌方后，在塌方區(qū)處理前，應(yīng)對受塌方影響初支有一定的變形或結(jié)構(gòu)受力發(fā)生一定變化的影響區(qū)段進行加固處理。

（2）穩(wěn)固塌體：采用超前管棚、固結(jié)注漿等手段和方法對塌方體進行加固固結(jié)，增加圍巖穩(wěn)固承載能力。

（3）填充空洞：為保證工程永久安全，一般需對塌腔進行空腔充填固結(jié)，做到“一次施工不留后患”的安全質(zhì)量保證。

（4）謹(jǐn)慎通過：應(yīng)制定詳細的施工技術(shù)方案，加強各項施工管理工作，根據(jù)現(xiàn)場情況的變化隨時做出適當(dāng)?shù)墓ぷ髡{(diào)整，以保證各項施工工作順利進行。

（5)經(jīng)濟適用：針對性地制定塌方處理方案，不夸大、不縮小，做到技術(shù)可行，經(jīng)濟合理，節(jié)約成本。

根據(jù)以上原則，確定本次下沙隧道塌方處理三段總長度為40m，其中塌方影響段長24m，塌方段長11m、塌方過渡段長5m。對各段分別提出處理方案如下：

6.2 塌方影響區(qū)處理

(1)加強塌方影響區(qū)（YK2+196～YK2+220）現(xiàn)場監(jiān)控量測，進行地質(zhì)雷達掃描，對于塌方體后方的初期支護進行臨時加固，加固順序應(yīng)由洞口向掌子面方向逐榀進行。

（2）在已施工的每榀鋼支撐上用1 根工25b 型鋼作為臨時豎撐，用工14b 型鋼做臨時斜撐，加強縱橫向豎撐之間的連結(jié)，保證臨時豎撐的整體受力。詳見圖1。

（3）臨時豎撐基礎(chǔ)采用兩層枕木（厚×寬×長）（15×25×50）墊底，橫向和縱向密切接觸，每條縱橫向枕木應(yīng)用老虎釘釘緊，使之成為整體；臨時豎撐與原鋼支撐、臨時斜撐與臨時豎撐的連接焊接牢固（周邊焊接焊縫厚度不小于8mm），保證整體性和穩(wěn)定性，以確保塌方處理人員的施工安全。

(4)對（YK2+196～YK2+220）塌方影響區(qū)橫斷面拱頂以下150°范圍的初期支護環(huán)向布設(shè)6m 長Φ50mm徑向小導(dǎo)管，間距為100×100cm，注漿壓力為0.7～1.5MPa，漿液為0.5:1.0（水灰比）的水泥漿，對既有的初期支護進行注漿補強。注漿采用先上后下、先里后外，即先對塌空區(qū)邊緣注漿，再逐步退后進行后段注漿，使導(dǎo)管所伸入范圍內(nèi)，通過漿液穿透松散的破碎巖體組成一個固結(jié)的灌漿層，使得后方已支護段落與塌方交界處上下一定范圍內(nèi)的巖體得以固結(jié)，充分發(fā)揮巖體的自承能力，達到控制塌方的擴展，為下一步的施工安全提供強有力的保障。

6.3 塌方段的處理

在處理前采用地質(zhì)雷達對塌方區(qū)進行掃描，準(zhǔn)確探明塌方的情況，評估了塌方的影響范圍，得出了以下處理方案：

圖1 臨時加固示意圖

(1)在洞內(nèi)對塌方段落（YK2+185～YK2+196）用洞渣進行反壓、回填夯實至洞頂，并在塌方回填體表面噴一層20cm 厚的C25 早強混凝土將塌方體封閉，在塌方體上有水流處位置設(shè)置平孔排水，然后在塌方體表面打入長為6mΦ50mm 小導(dǎo)管，梅花形布設(shè)，間距為120×120cm，采用注漿液為0.5∶1.0（水灰比）的水泥漿（對塌方體開挖時，每一循環(huán)的塌方體開挖均應(yīng)進行小導(dǎo)管注漿處理，每一循環(huán)小導(dǎo)管注漿搭接長度應(yīng)大于2m，作為止?jié){墻用），以保證洞內(nèi)塌方體的穩(wěn)定。

（2）在塌方區(qū)進行探孔，探明塌方體上方空腔大小及位置走向，并在適當(dāng)位置向塌方空腔打入不少于三根Φ108mm 鋼管，管口盡量伸至塌腔頂，分期采用C20 泵送砼對空腔內(nèi)部逐步進行回填，塌腔回填厚度應(yīng)大于洞身開挖線以外6m。

（3）超前支護：塌方區(qū)初支背后空腔回填砼完成并達到設(shè)計強度后，從塌腔邊緣后退4m，在橫斷面拱頂以下150°范圍以環(huán)向間距為40cm、外插角≤10°、長度為20m 的Φ89mm 中管棚,并在每兩根中管棚中間打入外插角為45°、長為6m 的Φ50mm 的小導(dǎo)管，小導(dǎo)管縱向間距為1m，注漿壓力為0.7～1.5MPa，漿液為0.5∶1.0（水灰比）的水泥漿固結(jié)周邊圍巖。

(4）開挖掘進必須采用CD 法施工，可采用一側(cè)導(dǎo)坑先開挖到超過塌方段落（初期支護應(yīng)隨挖隨支護到設(shè)計要求并嚴(yán)格控制超前小導(dǎo)管施工質(zhì)量），然后視中側(cè)壁穩(wěn)定情況決定是否對側(cè)壁再進行加固。嚴(yán)格按照“先支護（強支護）、后開挖（短進尺、弱爆破）、快封閉、勤量測”的原則進行，每開挖一榀鋼支撐間距應(yīng)立即按設(shè)計要求設(shè)置一榀鋼支撐并噴錨支護使之形成強度，并加強對初期支護監(jiān)控量測。

(5)塌方段落支護采用ZDK-2 型復(fù)合支護,（ZDK-2 型支護參數(shù)：初支厚度為30cm、采用工22b 鋼支撐、縱向間距為50cm；二襯厚度為55cm、C30 模筑防水砼、Φ25mm 鋼筋、鋼筋間距20cm）。二襯施工前應(yīng)對初支內(nèi)腔進行測量，以判斷初支內(nèi)輪廓是否侵入二襯，以便及時調(diào)整處理措施。

圖2 塌方處理段落示意圖

6.4 塌方過渡段處理

待塌方區(qū)段按上述方法處理完之后，密切注視塌方段的斷面變化，加強監(jiān)控量測。該區(qū)域之后5m(YK2+180～YK2+185)范圍內(nèi)，塌方段超前支護的Φ89mm 中管棚和超前小導(dǎo)管伸入此過渡段，進行加固固結(jié)，為保證過渡段的施工質(zhì)量和安全，過渡段也延用了ZDK-2型復(fù)合支護。

7 施工中注意事項及要求

（1)施工現(xiàn)場應(yīng)加強洞內(nèi)塌方影響區(qū)的監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報，量測斷面每3m 設(shè)置一個且不少于3 個。

（2)塌方段開挖初支完成后，應(yīng)對塌方體圍巖加固的情況進行地質(zhì)雷達掃描檢查，洞周6m 范圍內(nèi)不得存在空洞和松散體。

（3) 應(yīng)加強安全質(zhì)量管理工作，確保施工安全和工程質(zhì)量。

8 結(jié)束語

本次隧道塌方后，制定了以上處治方案并嚴(yán)格實施，取得了良好的效果，施工過程未發(fā)生一起安全事故，保證了施工安全。塌腔回填密實無孔洞，不留后患，保證了永久工程質(zhì)量。僅用一個月的時間塌方處理全部完成，縮短了預(yù)期的工期，節(jié)約了工程成本。塌方處理完成后，經(jīng)過兩個月的監(jiān)控量測反饋的信息分析，整個塌方區(qū)結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范.

[2]JTG/T F60-2009,公路隧道施工技術(shù)細則.

[3]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范.

[4]李小青.隧道工程技術(shù),2011.