對門坡隧道塌方原因分析及處理施工方案探討

摘 要：處于復雜地質條件下的隧道施工技術難度大，塌方問題是一直以來困擾著工程技術人員的難題。一旦發生塌方事故，不但影響工期，而且對人員安全和財產損失由一定的影響。本文以對門坡隧道塌方處理為例，從塌方原因、處理方案和技術要求方面進行了探討。

關鍵詞：隧道塌方；原因分析；事故處理；技術要求

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.270

1 前言

隨著我國公路建設的蓬勃發展，很多地質條件復雜施工難度大的地區也開始了公路建設。那么這樣的地區的公路建設就有可能遇到各種技術問題，隧道塌方就是最危險也最難處理的其中之一。隧道塌方原因很多， 概括起來歸為兩類：自然因素和人為因素 。自然因素主要有地質狀態、受力狀態、水的侵害、瓦斯病害等。人為因素則主要指設計不合理 、施工不規范等。本文以對門坡隧道塌方為例來探討一下隧道塌方的原因及處理方法，希望對設計施工給予一定啟示。

2 工程概況

對門坡隧道位于鳳凰至大興（湘黔界）高速公路第5合同段，起訖樁號K19+243-K19+600，全長357m，設計為連拱隧道。此次塌方發生在左洞，該洞K19+351～K19+381段原設計為Ⅲ級圍巖，但圍巖節理裂隙非常發育，巖溶發育，巖體溶蝕裂隙風化較深，雨水沿基巖裂隙滲入洞內，巖體破碎，傾角較小，圍巖自穩能力差。該段支護于2011年3月18日、3月20日、3月24日，分3次現場會議紀要進行了襯砌類型變更，由原設計的Ⅲ型變更為Ⅳ型。

3 塌方原因分析

2011年3月26日，左洞施工到K19+351里程，圍巖受斷層及滲水影響，于下午6：00發生塌方，塌方里程K19+351～+381，并壓垮K19+353～+381段初期支護28m。經現場查勘：（1）該段里程圍巖有兩條“正”八字形陡傾角斷層位于拱頂左右兩側起拱處，拱頂上9米處巖層面風化強烈，3條結構面大致沿隧道走向延伸。斷層縫內有濕粘土充填，滴水成線，斷層壁風化嚴重，受裂隙水浸泡影響，巖性較軟，夾有泥質灰巖，致斷層面平整光滑有光澤。巖體受節理裂隙切割影響，十分破碎。（2）3月份該地區一直為陰雨天氣，大量雨水經巖溶裂隙斷層滲入洞內，局部滴水成線，基巖裂隙水在滲透過程中帶走部分裂隙斷層間充填物，造成巖體間的斷開和圍巖應力分布的改變。（3）連拱隧道左右洞與中導洞重合，左右洞間距較近。同一斷面，在開挖爆破過程中將受到來自左中右的多次爆破擾動。掘進方向左側斷層面沿中墻延伸，距右洞開挖線小于1m，部分地段已侵入右洞開挖線；右洞在爆破開挖過程中又將對左洞該段圍巖造成一定的擾動。

左洞K19+351～K19+381塌方后，隧道監控量測單位立即對未塌方段：ZK19+381、ZK19+391、ZK19+395、ZK19+405、ZK19+415、ZK19+430、ZK19+450七個斷面進行了連續拱頂沉降觀測。根據監控量測數據表明，K19+381～K19+391段初期支護沉降值超出規范要求， 381-385段拱頂噴砼出現環向裂紋。左洞K19+351～K19+381段拱頂相對地表埋深32～42m，經現場查勘，對應地表暫無明顯裂縫及沉陷。估測塌方量為： 10m（寬）×9m（高）×30m（長）=2700m3。

4 處理方案

4.1 總體施工方案

為確保隧道左洞施工安全，2011年4月1日，業主、監理處、設計代表、監控量測及施工單位現場會勘決定，對K19+351～+381左洞塌方處理方案如下：

（1）為防止塌方面裸露圍巖風化和二次掉塊傷人，應盡早對塌方面進行掛網噴砼封閉。施工參數：φ25中空注漿錨桿3.5m，梅花形布置，間距100×100cm；掛φ8鋼筋網雙層，網格尺寸20×20cm；噴C20砼30cm。施工時先對塌方面進行初噴，再進行鉆孔，裝錨注漿，并安裝雙層鋼筋網，鋼筋網層距20cm。

（2）塌方中較大的石塊利用液壓破碎錘進行破碎，再采用裝載機和自卸汽車配合出渣。被壓垮變形段的初支砼利用液壓破碎錘進行破碎，工字鋼利用人工氧割切斷。

（3）K19+351～+381段初期支護采用以下參數： 20b工字鋼間距40cm，采用20b工字鋼做連接筋（環距100cm）；φ25中空注漿錨桿縱距×環距（40×80cm）；φ8鋼筋網采用雙層，網格尺寸20×20cm；C20噴砼厚26cm；φ42超前小導管長4.5m，環距40cm，拱頂120度范圍布置，每環46根（塌空面不用施做）；在塌空面內沿工字鋼縱向施工φ108管棚，長18m，環距40cm，拱頂120度范圍內，斜插角度30度，搭接長度不小于4m；在拱圈背面噴2m厚C20砼，以快速形成護拱。

（4）K19+351～+381段二次襯砌參照以下參數：C30鋼筋砼拱圈55cm（中隔墻部分為45cm厚）、仰拱45cm；C15片石砼仰拱回填。在塌方空洞注漿回填滿后，進行施工。

（5）塌方空洞處理：為穩定塌方圍巖，降低右洞開挖到此段里程時的二次爆破擾動，使圍巖能長效自穩。空洞內橫向、豎向采用20b工字鋼支撐坍塌面，梅花形布置，間距200cm。支撐工字鋼相互焊接，形成整體。塌方空洞內3m高空間內采用預埋φ150泵送鋼管，注M7.5水泥砂漿回填。預埋鋼管時應在空洞最高處預埋2根φ108無縫鋼管做出氣孔使用，2根出氣鋼管應一高一低錯開10cm，并做好標記。為減輕回填方的自重，塌方空洞3m以外剩余空間采用輕質材料木材、木屑回填。

（6）K19+381～K19+391段圍巖處理：為確保圍巖長效自穩，及施工人員處理前段塌方時的安全。對K19+381～K19+391已支護段進行圍巖注漿固結，施工采用長4mφ42注漿小導管注水泥漿，梅花形布置，間距100×100cm 。為防止該段圍巖在注漿過程中，受注漿壓力影響，造成原初期支護變形加大。應先對K19+381～K19+386段5m增設20b工字鋼一層，作為保護支撐，間距100cm。該層工字鋼在作為永久支護，在二次襯砌拱圈施工時，澆筑到拱圈砼內。

（7）派專人對洞內及地表情況進行值班觀察，發現初支開裂變形及地表裂縫或沉陷，應馬上撤離人員并及時上報。監控量測人員加強對洞內拱頂的沉降觀測及塌方段對應地表的沉降觀測，及時分析觀測數據，指導施工。

4.2 施工順序

塌方段的處理應先對壓垮變形初支進行拆除，再重新施工初期支護和塌方空洞處理。本著“安全第一、預防為主、綜合治理”的原則，對塌方段采取逐段挖除清理變形初支，再逐段施工變更初支的方案進行，每次施工長度為3m。

（1）先對K19+381～K19+386段5m增設20b工字鋼一層，作為保護支撐。再對K19+391～+381段進行注漿固結巖體，使圍巖能夠自穩，聯結成整體。讓后續進洞處理塌方段施工人員得到安全保障。

（2）利用開挖臺車架，對塌方面進行掛網噴砼支護，防止塌方面裸露圍巖風化和二次掉塊傷人。讓后續進洞施工初期支護的人員得到安全保障。施做φ108管棚。

（3）按照變更要求進行初期支護施工。采用C20噴砼施做2m厚護拱，以快速保護初期支護和分散圍巖應力。采用20b工字鋼支撐塌方面。對塌方空洞內注砂漿和木材、木屑回填。最終形成圍巖自穩。

4.3 技術要求

（1）塌方區的清理采用機械施工，對塌方中較大的石塊和被壓垮變形段的初支砼利用液壓破碎錘進行破碎敲除，嚴禁使用爆破方式。工字鋼利用人工氧割切斷。塌方石方和壓垮段初支拆除施工應預留核心巖渣，逐段挖除，逐段清理，逐段支護，依次循環推進。

（2）K19+381～K19+386段5m增設20b工字鋼一層間距100cm，φ22鋼筋縱向連接，作為加固支撐。并與原初支工字鋼焊接牢固，拱架拱腰及拱腳處設置φ25鎖腳錨桿。工字鋼接下臺階拱腳處采用加長鋼板。

（3）K19+381～K19+391段注漿采用注純水泥漿（W/C=1.0），注漿壓力0.5～1.0Mpa。設計配合比以試驗監理工程師批準為準。注漿時，應對注漿管進行編號，對每個注漿孔的注漿量、注漿時間、注漿壓力作出記錄，以保證注漿質量。

（4）φ108管棚外插角30度（相對于洞軸線），方向：與路線方向平行。尾部焊接在工字鋼拱架上，前端深入圍巖4m，采用錨固劑與圍巖粘接牢固。隧道縱向同一橫斷面上的接頭數不得大于50%，相鄰鋼管的接頭至少需要錯開1.5m。

（5）φ25中空注漿錨桿用注漿泵壓注漿液，水灰比為1：1，注漿終壓為0.5～1.0MPa，壓力穩定時間為1～5min；注漿量達到設計要求或注漿壓力達到設計要求并保持10分鐘，可以結束注漿；注漿后，漿體強度未達到設計要求前，不得擾動小導管；錨桿尾端必須焊接在鋼架上。在安裝錨桿墊板時應確保墊板與錨桿垂直，并與初噴混凝土面密貼緊壓。

（6）預埋注漿鋼管采用φ150泵送鋼管，每3m預埋一根，在空洞最高處預埋2根φ108無縫鋼管做出氣孔使用，2根出氣鋼管應一高一低錯開10cm，并做好標記。

5 結語

隧道施工過程中， 應認真調查不良地質及水文地質條件，根據實際情況做好合理支護，選擇安全合理的施工方法 ，落實“先排水、短開挖、弱爆破 、強支護、勤量測”的施工原則 ，加強對圍巖的監控量測 ， 發現征兆應高度重視 ，及時采取有力措施。

參考文獻：

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作者簡介：郭嘉（1983-），男，碩士，講師，研究方向：交通土建。