某公路隧道塌方處治

康捷

摘 要：塌方是公路隧道典型病害之一。文章根據某公路隧道塌方實例以及處治設計資料，分析了隧道塌方產生的原因，介紹了隧道塌方處治的基本原則，有針對性的提出了處治措施，可為類似隧道塌方處治提供借鑒。

關鍵詞：公路隧道；塌方；處治方案

1 工程概況

1.1 工程簡介

某隧道地處四川盆地東北緣與陜南鄂西山地之過渡地帶，屬中山構造剝蝕地貌，具脊狀、臺狀峽谷地形地貌景觀。地形地貌受構造及巖性控制明顯，主要表現為陡峻的坡面山地和山間狹小的深切割“V”字形溝谷相連。隧道穿越了三疊系上統須家河組地層，其主要巖性為砂巖、泥質粉砂巖、頁巖、礫巖，圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ級。

隧道全長2730m，平面位于直線和曲線上，縱坡為人字坡，坡率分別為+1.4%和-0.9%。采用單洞雙向行車，設計速度60km/h，隧道襯砌內輪廓按建筑限界寬10.5m，高5m擬定為三心圓曲墻結構，隧道內輪廓拱頂凈高7.0m，凈寬10.8m，內凈空面積63.76m2，內凈空與建筑限界之間的凈空滿足照明、消防、交通工程等營運管理設施所需空間，并預留了內裝飾層凈空。

1.2 塌方情況簡介

2011年9月10日7點30分，該隧道出口K62+790～K62+755段在初期支護已施工完成后發生坍塌。坍塌引起K62+806～K62+790、K62+755～K62+745段初期支護變形、開裂，在隨后的幾天中，K62+797.5～K62+790段也發生了坍塌。

該段坍塌位于K62+860～K62+760裂縫段內，該段于2011年7月5日左右出現裂縫，7月15日左右裂縫沿隧道縱向方向基本貫通，局部地方產生變形。施工單位在7月5日采取了注漿加固措施，但未能阻止隧道塌方的發生。

此次坍塌，長度為42.5m，形成的塌腔最高點距離隧道拱頂約10.1m，坍塌體在隧道內堆積后，成方錐形，最高點高出隧道拱頂約4.5m。坍塌體體積約4500m3。

1.3 地質概況

隧道K62+797.5～K62+755在穿越地層巖性為三疊系須家河組（T3xj）地層，巖性為砂巖、泥質粉砂巖夾薄煤層，巖層產狀45°∠13°，巖層傾角較小，接近水平。該段巖體處巖體構造裂隙發育，隧道拱頂上方存在薄煤層（煤層厚度5～15cm，距隧道拱頂約2～3m）。

該段砂巖單軸飽和抗壓強度Rc=33.94Mpa，完整性系數Kv=0.7，[BQ]=262。圍巖等級為Ⅳ級。

1.4 原設計情況

隧道拱頂上方存在薄煤層，巖體處巖體構造裂隙發育，該段原設計襯砌類型為S4d。S4d型襯砌支護參數如圖3所示。

S4d型襯砌支護參數表如表1。

2 塌方原因分析

（1）隧道穿越地層為三疊系須家河組，巖性為砂巖、泥質粉砂巖夾薄煤層，巖層產狀45°∠13°，巖層傾角較小，接近水平，拱頂處圍巖壓力較大，結構受力極其不利。

（2）拱頂處巖體構造裂隙發育，且上方存在薄煤層。該煤層厚度5～15cm，走向與隧道軸線平行，距拱頂高度約2～3m。

（3）降雨較多，地表水順巖體裂隙下滲，導致洞頂上方的薄煤層遇水軟化，巖層層間結合力降低。

3 塌方處治方案原則及比選確定

3.1 處治基本原則

（1）安全第一、技術可行、經濟合理、方便施工。

（2）一次根治，不留隱患。

3.2 處治方案的比選及確定

塌方發生后，針對塌方的規模、位置及其發生原因的初步分析，本著以上提出的處治原則，設計單位提交了兩個塌方處治方案，方案一為暗挖方案，是對塌腔采用泵送C15細石砼，形成護拱后，對塌方段進行暗挖支護的方案。方案二為明挖方案，是采用超前鋼軌、施工護拱等措施形成工作棚，然后對塌方段進行明挖支護的方案，并進行了綜合比選。從施工安全角度考慮，最終確定采用方案一的暗挖方案。

4 塌方處治設計

本次塌方處治分為三段：K62+806～797.5初期支護變形段、K62+797.5～755塌方段、K62+755～745初期支護變形段。

施工順序為：先處治K62+806～797.5初期支護變形段，再處治K62+797.5～755塌方段，最后施工K62+755～745初期支護變形段。

4.1 K62+806～797.5初期支護變形段處治

處治方法及施工順序如下：

（1）首先施工20b工字鋼進行臨時加固，縱向間距50cm，防止隧道繼續垮塌。

（2）沿著已架設的工字鋼拱架，垂直開挖線環向打Φ32中空注漿錨桿，并進行注漿加固。

（3）對該段進行換拱處理，換拱每循環進尺不得大于1.5m。

（4）換拱完成后，施工防排水系統。

（5）防排水系統完成后，施工二次襯砌。二次襯砌為厚度60cm的鋼筋混凝土。

4.2 K62+797.5～755塌方段處治

處治方法及施工順序如下：

（1）對坍塌體進行注漿加固。注漿加固采用Φ42的注漿小導管，長度L=6m，注漿管間距@1m*1m，注漿管安裝完畢后，對坍體進行噴射混凝土，以便封閉坍體，形成止漿墻。注漿漿液為水灰比為1：1的水泥漿，注漿由下向上進行，漿液中加入速凝劑，以便加快漿液的凝結時間。

（2）在塌方段起點K62+797.5處用洞渣回填，填充坍塌體與初期支護之間的空洞，回填洞渣時，注意預留泵送混凝土孔。

（3）拱頂泵送C20混凝土，形成護拱，拱頂處護拱高度不小于3m。

（4）施作自進式錨桿管棚，并注漿加固。

（5）待泵送混凝土及注漿加固達到設計強度后，進行隧道開挖、換拱并施工二次襯砌。

（6）開挖至距離第一環管棚末端3m左右時，施作下一環T76L自進式錨桿管棚，并注漿加固。如果拱頂為坍塌體，則增加Φ42超前小導管注漿加固。

（7）超前支護、坍塌體注漿加固完畢之后，按照第5步的施工順序，向前開挖并支護。當隧道開挖輪廓線高于坍塌體時，停止開挖。

（8）采用機械設備，將洞口渣體向后推移，并從洞外運送洞渣進洞，填充掌子面與K62+755之間的隧道開挖輪廓線內的孔隙。

（9）參照第1、2步，在洞頂上方泵送C20混凝土，形成護拱。護拱高度要求高于拱頂3m。

（10）待泵送混凝土達到設計強度后，參照前面的段落，對剩余段落進行開挖、支護、施工二襯，直至塌方段結束。

（11）通過吹砂孔，對拱頂塌腔范圍進行吹沙回填。

4.3 K62+755～745初期支護變形段處治

處治方法及施工順序如下：

（1）首先施工20b工字鋼進行臨時加固，縱向間距50cm，防止隧道繼續垮塌。

（2）沿著已架設的工字鋼拱架，垂直開挖線環向打Φ32中空注漿錨桿，并進行注漿加固。

（3）對該段進行換拱處理，換拱每循環進尺不得大于1.5m。

（4）換拱完成后，開挖下臺階及仰拱。

（5）施工防排水系統。

（6）施工二次襯砌。二次襯砌為厚度60cm的鋼筋混凝土。

5 處治效果

隧道塌方段按照方案一的暗挖方案處治，該隧道于2013年初建成通車，營運期間，業主根據設計單位要求，按照要求的內容以及監測頻率對塌方段進行監測，運營幾年來，塌方段未出現變形過大、襯砌開裂等情況，塌方處治效果良好。

6 結束語

塌方是公路隧道典型病害之一。文章結合某公路隧道坍塌情況、設計資料，分析了隧道塌方產生的原因，介紹了隧道塌方處治的原則，有針對性的提出了處治措施，可為類似隧道塌方處治提供借鑒。