銀山隧道左線進口段洞頂塌陷及初支大變形病害處理技術方案探討

武文婕

（山西省交通科學研究院，山西 太原030006）

1 隧道地質情況

銀山隧道為潮惠高速公路一座地質情況比較復雜的隧道，該隧道位于潮州市，隧道左、右線起訖里程 分 別 為 ZK97+492—ZK98+130、YK97+520—YK98+165，分別長638 m、645 m。根據現場實地勘察，銀山隧道左線ZK97+685—ZK97+840，長155 m，處于凹形溝谷地段及WF121-1斷層影響帶，雨季時此處溝谷過水量大。通過前期右線沖溝地質構造來看，凹形溝谷地段一般溶洞較為發育，地下水比較豐富。隧道穿越沖溝處埋深15.8 m，隧道與沖溝位置關系基本為90°。

2 隧道施工概況

銀山隧道于2010年7月初組織人員進場施工。2012年8月該隧道左線開挖即將進入沖溝段及WF121斷層影響帶，開挖初支里程為右側壁ZK97+680，左側壁 ZK97+666，核心土 ZK97+650，二次襯砌里程ZK97+619。隧道開挖、二襯與沖溝位置關系如圖1所示。

3 銀山隧道左線進口端洞頂地表塌陷處理措施

3.1 塌方過程

銀山隧道開挖至ZK97+685時，圍巖主要為碳質灰巖、灰巖及粉質黏土縱橫交錯，同時開挖過程中時有孤石出現且巖溶發育經常有溶土洞出現，開挖支護風險較高。該隧道左線開挖即將接近沖溝段及WF121斷層影響帶時，左線進口段ZK97+630處出現較嚴重的坍陷。

圖1 隧道開挖、二襯與沖溝位置關系圖

3.2 處理措施

為安全通過銀山隧道左線進口沖溝與破碎帶地段（里程ZK97+650—ZK97+760）、偏壓段（里程ZK97+760—ZK97+830）對原設計方案進行局部加強，采取如下處治措施：

a）為了減少擾動，現場采用機械破除法開挖。

b）超前支護由原設計單層調整為雙層φ42鋼花管，環向間距40 cm，縱向間距1.5 m[1]。

c）超前掌子面預加固，采用φ42鋼花管單根長6 m進行加固。

d）主洞上中臺階鎖腳φ42鋼花管由原來2根調整為6根，鎖腳高度不得大于80 cm，臨時側壁上中臺階鎖腳φ42鋼花管，原設計沒有，現增加調整為6根。

e）施工側壁導坑上中臺階時加設臨時鋼支撐，支撐采用I20b工字鋼，間距50 cm，同時中臺階橫撐安裝后，采用25 cm厚C25噴射混凝土。如圖2所示。

圖2 側壁上臺階臨時仰拱圖

f）初支成環后，對初支采用徑向φ42鋼花管注漿。鋼花管一環數量30根，環向間距1 m，縱向間距0.5 m，單根長4 m。如圖3所示。

圖3 徑向注漿管布置圖

g）同時各側壁導坑仰拱、仰拱回填混凝土采取分部澆筑到水溝底，水溝底到頂部50 cm采用整幅澆筑。

h）加強監控量測，嚴格按照設計要求的頻率進行監測，每一監測段要及時整理數據，并形成報告上報監理、設計等單位，相關單位收到監測報告要對設計參數進行技術修正，以確保處理段處治有效安全。

i）對于沖溝地表局部小型凹地，容易積水處，采用人工回填黏土并夯實。回填時要分層回填，每層厚度不得超30 cm。對于整個破碎段地表要及時修筑排水設施，因地制宜，確保地表在雨季不被雨水沖刷和倒灌。

4 銀山隧道左線進口段初支大變形處理措施

4.1 隧道左線初支大變形

銀山隧道左線左側壁掌子面施工里程為ZK97+784，右側壁掌子面施工里程為ZK97+770，核心土掌子面施工里程為ZK97+750。左線于ZK97+730里程段開始已全部進入到粉質黏土夾雜殘積土段。

在ZK97+730—ZK97+784段施工期間，現場視監控量測情況采取了左、右側壁導坑加設臨時橫撐、分幅施工二襯仰拱封閉以及初期支護注漿加強等措施，但初支變形收斂仍較大，初支局部發生開裂、混凝土剝落等現象。洞頂自然坡地表多處也出現小范圍塌陷現象。2012年11月24日上午現場在開挖右側壁YK97+760仰拱時，臨時側壁出現了滑移垮塌，垮塌縱向長約7 m。同時，據現場觀察和量測，ZK97+717—ZK97+784段左右側壁初支開裂加劇，部分初支向隧道內側鼓脹變形，鋼拱架扭曲失效，側壁上中臺階連接處拱架錯位變形最為明顯，形成剪切破壞形態，多段初支侵入二襯輪廓線5～40 cm不等。

施工期間，第三方監測單位在地表布監測點和巡查時發現進口隧道K97+600—K97+680范圍左、右幅隧道間自然地表出現明顯開裂現象。其中，第一條張拉裂縫位于左幅隧道右導洞上方，走向近洞軸向，長約20余米，最大寬度約10 cm，可測深超1 m；第二條裂縫位于左右幅隧道間，走向與洞軸向呈一定角度，長約14 m，最大寬度約30 cm，可測深超1 m；第三條裂縫位于右幅隧道右導洞上方，走向近洞軸向，長約9 m，最大寬度約10 cm，可測深超1 m。

為防止進一步變形可能對隧道結構的危害，對該坡體進行監測。現場采用全站儀進行地面位移變形監測，采用深孔測斜儀進行深部位移監測，同時結合變形跡象的巡查，對銀山隧道進口端K97+600—K97+800段邊坡實施監控。對該段坡體進行地面變形監測，在邊坡上設立變形觀測網，共布置5條斷面，116個觀測樁。對該邊坡布設4個深部位移監測斷面，共10個監測孔，總測深401 m。

施工期間監測結果揭示：受前期持續強降雨影響，該段坡體局部位移有所增加，局部存在一定蠕滑變形（位于坡殘積粉質黏土層中，潛在滑動面埋深大約9～16 m），位移量8～14 mm，坡體局部穩定性較差。初步分析認為坡體暫處于降雨過后的應力調整期，坡體局部位移呈緩慢增加趨勢，位移量較小，潛在滑動面（帶）尚未貫通，有待于繼續監測分析，后期不排除潛在滑動面（帶）繼續發展，甚至向深部（灰巖基巖頂面）進一步發展的可能。

4.2 處治措施

為控制事態的發展，現場立即采取應急加固措施，主要是對左右側壁進行回填反壓，對中導坑加設豎向支撐等，防止其冒頂塌方。

其變形段經過應急加固基本穩定后，參建各方由甲方組織召開銀山隧道技術協調會，進一步確定暫停銀山隧道左洞進口施工，在增設深孔位移監測及常規地表沉降監測的同時對左線進口段地質進一步勘察。為確保隧道施工安全和施工進度，決定選取一段長約6 m（ZK97+717—ZK97+723）的初支侵限段實施換拱作為試驗段。如有效控制變形，則對整個變形段進行施工。對銀山隧道采取如下技術處治措施：

a）左線ZK97+723—ZK97+784段左、右側壁上、中臺階主洞初支實施換拱。由于ZK97+723—ZK97+784段臨時側壁初支上、中臺階變形嚴重，部分地段鋼支撐扭曲，無法與永久側壁支護形成封閉且有效的承載環。為方便側壁導坑和核心土（中導坑）的初支工字鋼（25b）的連接，需鑿除臨時側壁初支重新施做，鑿除后側壁初支按原設計參數施工。

b）采用4 m長φ42 TSS管對侵限段初支背后圍巖進行注漿固結，注漿管間距為1 m×1 m（環向×縱向）。注漿采用水泥單液漿，W∶C=1∶1，注漿終壓力0.5～1.0 MPa[2]，每米注漿量以0.2 m3計。注漿時注意壓力的控制，特別是要采取階段穩壓持續注漿方式，確保注漿孔的漿液飽滿，形成有效的固結環。

c）超前支護采用3.5 m長φ42注漿小導管，間距為40 cm（環形）×200 cm（縱向），設置小導管注漿孔呈梅花型布置，每環超前支護搭接長度不小于1 m。

d）換拱段主洞采用I25b工字鋼，縱向間距為50 cm，噴射混凝土厚度調整為31 cm，每榀拱架間設置縱向HRB335直徑為25 mm連接筋，環向間距為1 m。

e）換拱時在永久側壁拱腳處打設4根鎖腳導管，在臨時側壁拱腳處打設2根鎖腳導管，拱架間采用HRB335直徑為22 mm鋼筋連接，環向間距1 m。

f）挖除側壁導坑內反壓洞渣，施作I22a工字鋼臨時水平橫撐，間距50 cm，為了防止工字鋼受壓失穩，工字鋼采用φ25鋼筋焊接連接間距1 m。

g）此段地下水發育，初期支護外側環向φ50軟式透水管加密設置，由原來10 m一環改為2 m一環。

5 結語

銀山隧道在處理措施確定后，承包人嚴格按照施工方案組織施工，上述地質病害全部處理完成后，經沉降觀測和第三方監測確認，隧道處治趨于穩定，隧道各項指標均滿足設計與規范要求，為后續施工贏得了時間并創造了良好的施工環境和條件，確保了隧道工程施工質量。