西陂隧道突泥坍塌處治探討

摘要：文章結(jié)合西陂隧道圍巖地質(zhì)和水文條件情況，分析了隧道突泥坍塌的發(fā)生原因，針對不同部位和對象提出了塌方體加固及處治、塌方段落的支護結(jié)構(gòu)加強以及塌方影響段的支護結(jié)構(gòu)處治方案，結(jié)合監(jiān)控量測手段完成了突泥坍塌處治，通過運營后觀測結(jié)果顯示，處治方案合理恰當，效果良好，可供類似工程參考。

關鍵詞：西陂隧道；突泥；坍塌；支護結(jié)構(gòu)；地質(zhì)災害 文獻標識碼：A

中圖分類號：U458 文章編號：1009-2374（2016）18-0155-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.077

1 西陂隧道突泥坍塌概況

西陂隧道位于福建省雙永高速公路龍巖段江山鎮(zhèn)境內(nèi)，左洞樁號ZK175+737～ZK177+595，全長1858m；右洞樁號YK175+725～ZK177+625，全長1900m，分別由進出口對向進行施工。2011年10月14日，左洞進口端掘進至ZK176+593時，掌子面后方ZK176+545～ZK176+565段已施作的初期支護監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，該段拱頂下沉速率明顯異常，且逐步出現(xiàn)初支開裂和掉塊現(xiàn)象，通過24小時連續(xù)觀測，拱頂下沉呈加速趨勢，過程中施工人員試圖采用豎向鋼支撐予以加固，但未見成效，拱部鋼拱架逐漸變形并發(fā)展為嚴重扭曲變形，拱頂下沉量最大處約為2m，現(xiàn)場立即組織人員設備疏散，直至10月17日16時，該處發(fā)生大規(guī)模坍塌，塌方體主要為灰色碎塊狀至砂土狀強風化泥質(zhì)粉砂巖，由于地下水豐富，大部分塌方體類似稀泥、泥石流狀涌向掌子面和洞口方向（掌子面方向ZK176+545～ZK176+593段幾乎充斥至拱頂，洞口方向流至ZK176+516），支護作業(yè)臺架及小型機具設備被沖移或掩埋，所幸人員早已全部安全撤離。

2 自然、水文地質(zhì)條件概況

西陂隧道區(qū)屬構(gòu)造-剝蝕丘陵地貌，植被發(fā)育，自然邊坡較穩(wěn)定，自然坡度為10°～15°，山嶺呈近南北向，山脊渾圓狀。西陂隧道隧址區(qū)位于閩西南坳陷帶之廣平-龍巖坳陷帶中段，龍巖至漳平復式向斜內(nèi)，受區(qū)域構(gòu)造影響，區(qū)內(nèi)北東向斷裂構(gòu)造較發(fā)育，場區(qū)上覆殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏基巖為二疊系棲霞組、文筆山組及石炭系林地組粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r。

隧道進口段見有巖溶及斷裂構(gòu)造發(fā)育，易坍塌，隧道圍巖級別低，均為V級。

隧道區(qū)位于當?shù)厍治g基準面之上，隧道洞頂為強-微風化巖，隧道開挖不易發(fā)生突水現(xiàn)象，地表水總體較貧乏，隧址區(qū)地下水主要為強、中風化巖層中的裂隙孔隙水和基巖裂隙水，水量較豐富。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)、地表地質(zhì)調(diào)繪、大地地磁物探成果表明：隧址區(qū)發(fā)育有6條斷層構(gòu)造帶，其中位于該處坍塌段附近是F210斷裂構(gòu)造帶，該構(gòu)造帶位與隧道相交于ZK176+597/YK176+620，根據(jù)鉆孔揭示，為一節(jié)理密集帶，與隧道大角度相交，節(jié)理傾角以80°為主，走向287°，傾向17°，巖石破碎，傾角80°，長度>500m，寬度5～8m。

3 坍塌原因分析

首先，坍塌段落位于F210節(jié)理裂隙密集帶區(qū)域，該節(jié)理密集帶長度大于500m，產(chǎn)狀較陡，且裂隙發(fā)育，巖石極破碎，由于圍巖以粉砂巖為主，易受上部潛水地層垂直滲入補償影響，具有良好的富水和儲水性能，形成了一個水量大、水壓高的地下水體，構(gòu)造裂隙水儲存和運移在構(gòu)造裂隙中，由此造成豐富的地下水，其次，根據(jù)實際所揭露的地質(zhì)顯示，西陂隧道左洞ZK176+545～ZK176+565圍巖主要為碎塊狀強風化灰色泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)粉砂巖并夾雜砂土狀，屬于極軟巖，薄層狀，受F210構(gòu)造帶影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，呈碎塊狀，開挖后呈淋雨狀出水，圍巖自穩(wěn)能力極差。綜合上述兩個方面的原因，由此判定坍塌的主要原因是由于該段圍巖以泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)粉砂巖為主，遇水極易軟化，長時泡水及水流沖蝕的影響造成圍巖塊體分解，顆粒溶蝕，從而導致自承能力減弱，初支結(jié)構(gòu)負擔加重，當圍巖壓力突破初支結(jié)構(gòu)支承能力時，變形加劇從而導致坍塌。再者，結(jié)合施工現(xiàn)場和監(jiān)控量測的實際情況來分析，該隧道采用機械配合人工開挖，嚴格按照CD法工序步驟施工進行，該段落在中隔壁臨時支撐尚未拆除時，監(jiān)控量測結(jié)果顯示，拱頂下沉和周邊位移呈收斂穩(wěn)定趨勢，而在中隔壁臨時支撐拆除和進行仰拱襯砌、回填施工完成后的一周后，監(jiān)控量測結(jié)果顯示該段落拱部下沉逐漸出現(xiàn)加劇增大現(xiàn)象，并逐步發(fā)展為開裂掉塊和坍塌。而這一加劇過程異常迅速，以致臨時采取的豎向臨時支撐措施也無濟于事，由此判定，中隔壁支撐結(jié)構(gòu)的過早拆除，也是非常重要的原因。

4 處治方案

4.1 塌方體的加固和處治

為加固補強塌方體，先在原塌方體上設置止?jié){墻，坡面按1∶1設置（或順著塌方體坡面設置），止?jié){墻按2m厚沙袋設置，邊壘疊沙袋邊對塌方體進行注漿加固，且根據(jù)具體情況在塌方體上設置平孔排水，暫定縱橫間距1m×1m，然后在止?jié){墻上往塌方體打Φ50mm注漿小導管，長度為6m，0.8m×0.8m梅花型布置，采用雙液注漿，水灰體積比暫按1∶1計，現(xiàn)場根據(jù)試驗結(jié)果確定（位置詳見塌方處理圖）。對塌方體開挖時，每一循環(huán)小導管注漿搭接長度應大2m，作為止?jié){墻用，以保證洞內(nèi)塌方體的穩(wěn)定。在塌方體附近進行超前管棚探孔，并結(jié)合超前地質(zhì)探測技術以探明塌方體上方空腔大小及位置走向，并在適當位置向空腔打入三根Φ108mm鋼花管，鋼管應深入到塌腔體內(nèi)部位置，位置及方向根據(jù)現(xiàn)場情況作確定和調(diào)整，作為泵送砼和排水管用，使空腔內(nèi)的水能順暢排出洞外，然后對塌腔部分進行泵送C20砼回填，使洞內(nèi)空隙回填密實，塌腔回填厚度應大于洞身開挖線以外6m。

4.2 塌方段的開挖

洞身開挖嚴格按雙側(cè)壁導坑法開挖，步驟為：開挖左側(cè)導洞→左側(cè)導洞初期支護（架立鋼支撐和錨噴）及側(cè)邊墻→開挖右側(cè)導洞→右側(cè)導洞初期支護（架立鋼支撐和錨噴）及側(cè)邊墻→開挖上半斷面→上半斷面初期支護（架立鋼支撐和錨噴）→開挖下半斷面→下半斷面初期支護（架立鋼支撐和錨噴）→拆除側(cè)隔壁墻→分步施工防排水系統(tǒng)和仰拱、邊墻、拱部二襯襯砌。

各部開挖均應在超前支護注漿達到強度后進行。采用一側(cè)導坑先開挖到超過塌方段落（初期支護應隨挖隨支護到設計要求并嚴格控制超前小導管施工質(zhì)量，開挖時應對側(cè)壁進行超前小導管注漿加固；當開挖到接近塌方體另一側(cè)時，應采取水平鉆孔進行超前地質(zhì)預報以探明前方塌方的具體情況），作為超前導洞，然后視前方具體情況，再對塌方體另一側(cè)進行注漿加固（方法同進口側(cè)），而后再進行另一側(cè)導坑開挖，最后開挖中心部分。

對塌方處掘進，應嚴格采取短進尺強支護形式（挖一榀鋼支撐間距應立即設置一榀鋼支撐并噴射砼至設計厚度使之形成強度），并加強對初期支護監(jiān)控量測。

4.3 強化塌方段落的支護結(jié)構(gòu)

超前支護采用Φ89×6mm、長12m超前注漿鋼花管結(jié)合Φ50×5mm、長6m超前小導管注漿進行超前支護，采用水泥-水玻璃雙液注漿，起到堵水和加固的作用。水灰比為M30號水泥漿∶水玻璃=1∶1，具體以現(xiàn)場實驗結(jié)果來確定；外插角為20°，環(huán)向間距為40cm，環(huán)向范圍根據(jù)現(xiàn)場具體情況定，縱向間距為100cm（位置詳見塌方處理圖）。注漿時先兩側(cè)后拱頂，并采取隔孔注漿方式以取得最佳效果。初期支護采用28cm厚C25濕噴砼+φ25中空注漿錨桿（L=3.5m，縱橫間距0.5m×1.0m）+φ6鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)眼間距20cm×20cm）+I20主洞鋼支撐（縱向間距0.5m）。鋼支撐拱腳采用2根注漿小導管鎖腳。主洞鋼支撐應考慮10cm的預留變形量，在安裝前應先對開挖面初噴4cm厚的砼，噴射砼時應先噴填鋼支撐背面的砼，確保鋼支撐與圍巖的密貼。鋼支撐接頭位置應與開挖步驟相配合，施工中可根據(jù)實際開挖情況調(diào)整接頭位置。連接鋼板與工字鋼之間采用雙面焊接。鋼拱架連接鋼板的螺栓孔成孔工藝應采用機械鉆孔不得采用燒焊成孔。

臨時支護采用20cm厚C20側(cè)壁濕噴砼+Φ22超前水泥砂漿錨桿（L=3.5m，縱向間距2m，外插角15°）+Φ6鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)眼間距20cm×20cm）+I16臨時支護鋼支撐（縱向間距0.5m）。臨時鋼支撐底部支墊[22槽鋼托梁。臨時鋼支撐采用2根Φ22砂漿錨桿鎖腳。

二次襯砌采用55cm厚C30抗?jié)B砼，二襯鋼筋環(huán)、縱向分別采用Φ25和Φ12鋼筋，以提高二襯結(jié)構(gòu)的強度。

4.4 塌方鄰近段落的加強處治

對塌方鄰近段落初支已出現(xiàn)嚴重變形和開裂的部位，采取臨時加固措施，采用與已安裝拱架同型號同尺寸拱架，在已架立拱架的內(nèi)環(huán)，采用背貼方式加設臨時支撐，與原拱架焊接，并進行噴砼補強，及時施作徑向補強小導管，與拱架連接，以提高支護強度控制支護變形，確保施工安全。通過洞內(nèi)初期支護的監(jiān)控量測信息，若初期變形在5cm范圍內(nèi)，則采用徑向小導管注漿對初期支護變形開裂部位進行徑向補強，小導管長5m，縱橫間距100cm×100cm，梅花形布置，壓注水泥水玻璃漿液，注漿壓力為3.5MPa。若初期支護變形大于5cm，則采取逐榀置換鋼支撐，先采取徑向小導管加固，待漿液達到強度后，再進行逐榀開挖和更換，初期支護厚度由原來的24cm變?yōu)?8cm，鋼筋網(wǎng)由單層改為雙層，鋼支撐間距不變，型號由原來的I18變?yōu)镮20b。換拱段落，二次襯砌厚度由原來的45cm變更為55cm，二襯鋼筋型號主筋由原來的Φ20變成Φ25，二襯砼標號由原來的C25變更為C30。在初支表面按縱向2～3m間距布設環(huán)向軟式透水盲管，個別水量集中部位單獨接引集中排放，軟式透水盲管及兩側(cè)邊墻的HDPE縱向排水管均外裹土工布，HDPE管采用三通接頭與橫向排水管連接，橫向排水管與環(huán)向軟管位置重合，固定牢靠。

二襯縱向施工縫全部采用中埋式橡膠止水帶防水，襯砌邊墻與水溝底的接縫，采用遇水膨脹單液型密封膠處理，確保二襯防水質(zhì)量。

上述加固段落長度應深入正常段落不少于5m；二襯施工前要對初支內(nèi)腔進行測量，以判斷初支內(nèi)輪廓是否侵入二襯；加強監(jiān)控量測和支護觀察，以預報信息科學指導施工和確保施工安全。

5 結(jié)語

該隧道于2012年4月30日主體全部完工，9月份順利通過交工驗收并進入通車試運營，通過三年多時間的運營觀測，該隧道塌方段落未出現(xiàn)二襯裂縫和滲漏水現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，路面及排水系統(tǒng)運營正常，綜合處治效果良好，為類似工程提供了可參考的處治經(jīng)驗。

參考文獻

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作者簡介：陸海峰（1981-），男，江蘇金湖人，順吉集團有限公司中級工程師（公路工程），研究方向：軟弱圍巖隧道圍巖加固及涌水處治技術。

（責任編輯：周 瓊）