既有隧道拓寬改造淺埋段塌方的處理技術

■朱德武

(福州市規劃設計研究院，福州 350108）

既有隧道拓寬改造淺埋段塌方的處理技術

■朱德武

(福州市規劃設計研究院，福州 350108）

以金雞山隧道拓寬改造中右洞出口淺埋段塌方冒頂為例，介紹了隧道在拓寬改造過程中出現塌方的簡況，分析了隧道塌方的原因，提出了地表塌腔處理、洞內塌方加固、塌方區開挖及支護結構加強等一系列處理措施，縱觀監控量測結果，表明采用上述處理措施是可行的。

隧道擴建 塌方 處理技術

隨著我國經濟的發展，交通量不斷增加，一些早期修建的城市隧道標準已經越來越不適應交通量迅猛增長的需求，改擴建隧道已成為一種趨勢。改擴建隧道包括既有隧道原位擴建及既有隧道邊上增建隧道。由于受城市路網、既有建構筑物，建設用地等約束，對既有隧道原位擴建已成為一種優選方案[1]。

由于原位擴建隧道開挖斷面大、受力復雜，且隧道拓寬會影響既有隧道襯砌背后空洞及原坍塌面穩定性，既有隧道在拓寬改造過程中極易產生新的塌方。黎薦[2]詳細介紹了在施工過程中出現大塌方的處治方案，主要包括地表陷坑的處理、洞內塌方體的處治、形成工作平臺、長管棚、預注漿等處理措施。陳光文[3]以石牙山隧道為例，分析了隧道塌方原因，提出了洞內塌方體的處治方案及預防掌子面開挖過程中的塌方技術。目前國內隧道塌方處理主要針對新建隧道施工過程中出現的實例，而改擴建隧道施工過程中由于原隧道坍塌面失穩而產生新的塌方的處理案例較少。本文主要以金雞山隧道原位擴建施工過程中出現的塌方為例，分析隧道塌方原因，并提出隧道塌方處治措施。

1 工程概況

1.1 既有隧道概況

金雞山隧道位于福州市二環路主干路上短隧道，包含一座機非混行隧道及2座機動車隧道。機非混行隧道于1995年竣工，全長 588m，路面凈寬約6.5m；機動車隧道于1995年竣工，全長 577m，為分離式隧道，單洞為兩車道。機非混行隧道及機動車隧道均采用復合式襯砌。根據重慶公路工程檢測中心提供的 《試驗檢驗報告》(2007年）[4]可知機動車隧道存在著拱頂實際襯砌厚度不足、二襯凹凸不平、多施工間隙縫、隧道出現滲漏水情況、混凝土剝落及局部二次襯砌完全脫空等病害。

1.2 工程地質及水文地質概況

本隧道場地位于福州金雞山，路線呈東南至西北向排列，位于現有金雞山隧道區域內，屬剝蝕殘丘地貌，進口局部路段屬沖淤積、沖洪積平原地貌。隧道洞身圍巖主要為砂土狀強風化花崗巖，碎塊狀強風化花崗巖及中風化花崗巖，為Ⅳ、Ⅴ級圍巖。該隧道所在區域內沒有明顯的地表水，地下水主要為基巖裂隙水，部分具有微承壓性。

2 隧道塌方過程及原因分析

2.1 隧道塌方過程簡介

2014年5月4日晚暴雨過后拓寬的機動車隧道右洞出口YK0+890處出現塌方，隧道洞頂上方地表出現直徑約3m的塌陷坑，進入陷坑內發現有一直徑約10m、高約5m的圓形塌腔，該塌腔位于塌方掌子面頂部并往小里程方向(未開挖段）既有隧道頂部，塌腔頂部距地表約3m，底部為松散塌渣體。

2.2 隧道塌方原因分析

通過現場的勘察與分析，造成本次隧道塌方冒頂的原因如下：

(1）該段落圍巖處于碎塊狀強風化正長斑巖、中風化正長斑巖，事故發生前有暴雨，隧道圍巖浸水飽和，自穩能力下降，是本次隧道塌方事故的誘因。

(2）原隧道頂部出現較大規模塌方，由于原塌方治理不到位，導致既有隧道頂部覆蓋堆積松散土，該松散堆積層無自穩能力，屬于不良地質，且沒有原隧道相關施工記錄可查，是本次隧道塌方事故的主要潛在原因。

3 隧道塌方區處理方案

3.1 地表塌陷區處理措施

(1）立即對洞頂塌腔泵送C20混凝土回填，防止地表繼續塌陷，但回填時應加強對洞內初支及既有隧道襯砌監測，防止因泵送混凝土導致初支及既有隧道襯砌下沉、開裂。

(2）在洞頂塌腔泵送混凝土內預留3～5根Φ42小導管，待回填混凝土施工完畢后對底部塌體進行注漿固結。進一步做好洞頂排水，泵送混凝土回填塌腔后進行塌坑覆土并種植被處理。

3.2 洞內塌方段加固

隧道塌方后，洞內掌子面被坍塌的巖土體包圍，由于該擴建隧道開挖斷面大、受力復雜，對于塌方段加固方案包括塌方體前段已開挖部分加固和塌方段巖土體加固(圖 1）。

圖1 塌方區加固橫斷面圖

洞內塌方體前段已開挖部分的加固措施為：

(1）在掌子面兩端(包括既有隧道內）碼堆砂袋，必要時掛網噴砼，以確保掌子面安全。

(2）向空腔內泵送C20砼填實，并向坍塌土體內注漿加固。

(3）徑向小導管注漿加固已施工初支：從YK0+902～YK0+910施作直徑42mm(壁厚4 mm）徑向小導管注漿，斜向小里程45°，環向間距1m，縱向0.6m，長 5m；注水泥漿(添加早強劑），注漿壓力暫按1.0MPa控制，經過現場試壓后確定。

洞內塌方體段的加固措施為：

(1）利用已施工初支打設Φ108mm大管棚鋼管，壁厚6mm，長度15m，環向間距0.30m,縱向間距2m；大管棚注水泥漿(添加早強劑），注漿壓力暫按1.0MPa控制,經過試壓后確定；每根鋼管內各插3根Φ22鋼筋，鋼筋之間互相焊接牢靠。管棚加固位置位于YK0+885～YK0+907，可根據現場情況微調。

圖2 塌方區前段已開挖段加固圖

圖3 塌方區加固圖

(2）塌方段YK0+885～YK0+907采用F2b型超前小導管。鋼管環向間距0.3m；縱向間距0.5m，小導管注漿采用水泥漿液，水灰比：0.5∶1，注漿壓力：0.5～1MPa。 注漿施工之前，須進行注漿試驗，以調整注漿參數。當達到設計注漿量時，可結束注漿。

圖4 塌方區塌方空腔加固圖

洞內塌腔的巖土體加固主要是在塌方空腔范圍內打設Φ42mm(壁厚4mm）徑向小導管注漿，斜向小里程45°，環向間距1m，縱向0.5m，長5m；注水泥漿(添加早強劑），注漿壓力暫按1.0MPa控制，經過現場試壓后確定。

4 塌方段隧道開挖及支護方案

4.1 隧道開挖方案

為減少隧道開挖對圍巖產生的擾動，塌方段采用人工開挖，局部遇到基巖采用松動爆破后再進行人工開挖。開挖過程中為了避免隧道變形過大，支護結構侵入隧建筑限界，在隧道的開挖過程中預留18cm的變形量。

圖5 塌方區開挖步序圖

在隧道施工前，先用渣土將既有隧道的下半斷面回填，以便在既有隧道內形成工作平臺，便于隧道超前支護施工及既有隧道支護結構的拆除。

(1）拆除右側上導坑的既有隧道初支及二襯，開挖右側上導坑圍巖，最后進行初期支護結構、臨時支護結構及鎖腳錨桿施工。

(2）拆除右側下導坑的既有隧道初支及二襯，開挖右側下導坑圍巖，最后進行初期支護結構、臨時支護結構及鎖腳錨桿施工。

(3）開挖左側上導坑圍巖，再進行初期支護結構、臨時支護結構及鎖腳錨桿施工。

(4）開挖左側下導坑圍巖，再進行初期支護結構、臨時支護結構及鎖腳錨桿施工。

(5）拆除臨時支護結構，施工防排水層及二襯。

4.2 隧道初期支護及臨時支護結構

初期支護采用鋼筋網、鋼拱架及C25噴射混凝土組成的支護結構體系。YK0+885～YK0+902段鋼拱架采用工22b工字鋼，間距由原設計的0.6m調整為0.5m，鋼拱架之間采用Φ22鋼筋連接；噴射混凝土強度采用C25砼，厚度為0.3m。

臨時支護結構由小導管(鎖腳）、鋼筋網、鋼拱架及C25噴射混凝土等組成。鋼拱架采用工14工字鋼，間距由原設計的0.6m調整為0.5m，噴射混凝土強度采用C25砼，厚度為0.18m。小導管(鎖腳）采用Φ42mm，長度3m，設置在鋼支撐的腳部。

4.3 隧道二次襯砌

樁號YK0+885～YK0+907塌方段二襯鋼筋仍采用原設計Φ25，縱向鋼筋間距仍采用原設計20cm，環向鋼筋間距由原設計的20cm調整為15cm。

5 監控量測

監控量測是隧道施工過程中監測圍巖動態、支護結構的受力大小及應力分布，是隧道進行動態設計、施工的依據，也是確保隧道施工安全的重要手段。

圖6 塌方段YK0+890右導坑監測變形曲線

根據塌方段YK0+890右導坑監測結果，拱頂沉降及周邊收斂變形曲線呈拋物線，該曲線總體呈快速變形期-緩慢變形期-穩定變形期。該斷面拱頂沉降累計值為19.37mm,周邊收斂累計值為12mm，均小于相關的變形監測控制值要求，表明采用上述綜合處理措施是可行的。

6 結論

(1）對于既有隧道的改擴建工程，應收集好原隧道的勘察、設計及竣工資料，必要時走訪參與原隧道建設人員，了解既有隧道建設過程詳細情況，為后續的設計、施工提供充分的依據。

(2）洞頂塌腔采用C20混凝土回填時，應加強對洞內初支及既有隧道襯砌監測，防止因泵送混凝土導致初支及既有隧道襯砌下沉、開裂。

(3）本次隧道塌方段采用地表塌腔處理、洞內塌方加固、塌方區開挖及支護結構加強等一系列處理措施進展順利，綜合監控量測結果，表明采用上述綜合處理方案是可行的,可為類似工程提供一定的參考。

[1]陳七林.金雞山隧道拓寬改造方案研究[J].隧道建設，2011,31(5）:577-582+592.

[2]黎薦.高速公路隧道淺埋段特大塌方的綜合處治技術[J].地下空間與工程學報，2008,4(3）:591-594.

[3]陳光文.石牙山隧道左線塌方治理與預塌技術探討，公路交通技術，2007,4:106-108.

[4]重慶公路工程檢測中心.金雞山隧道試驗檢驗報告.2007.

[5]福建省建筑工程質量檢測中心有限公司福州市二環路金雞山隧道監控量測項目部.福州市二環路金雞山隧道監控量測簡報[JKLC-JJS-001]-[JKLC-JJS-020].