某淺埋大跨隧道塌方處治方案

楊 際 宇

(中鐵一局集團有限公司，陜西 西安　710000)

1　工程概況

某隧道為國高網上的一條短隧道，采用雙向六車道、120 km/h的建設標準。隧道左線長495 m，右線長452 m，采用小凈距的布設形式。隧道單洞建筑限界凈寬×凈寬=15.5 m×5 m，考慮經濟性及結構受力的特點，隧道主洞采用三心圓、曲邊墻形式。隧道主洞采用R480 cm,R880 cm的三心圓凈空斷面形式，設仰拱凈空斷面面積為133.7 m2，其建筑凈空斷面見圖1。

2　建設條件

隧道進口段圍巖主要為碎石及強風化石英砂巖，碎石結構松散，抗沖刷能力差。強風化石英砂巖節理裂隙發育，巖體破碎，圍巖自穩能力差，無支護時拱部易坍塌，側壁易失穩。集中降雨狀態下洞室內呈淋雨狀出水。根據地勘報告，隧址區有明顯地表水體，地表徑流條件一般，需注意暴雨期間地表面流對洞口的沖刷破壞作用。

本隧道穿越的地層主要為碎石土，碎石土中含水量較大，分布厚度1 m～8 m。下伏基巖上部為石英砂巖，主要為全～強風化巖。隧道進口段采用SⅤ-a型襯砌，其支護參數如下：初期支護采用30 cm厚C25噴射混凝土，22b工字鋼間距為50 cm，雙層鋼筋網；二襯采用60 cm厚C30鋼筋混凝土。

3　隧道進口端右線塌方概況

起初隧道進口仰坡、洞頂坡面、拉槽路塹坡面等部位出現不同程度變形開裂情況，半個月后，隧道進口地表裂縫進一步發展，其左線右側拉槽路塹坡面局部出現裂縫，裂縫主要以縱向和斜向為主。期間施工單位實施了洞內注漿和地表注漿等補救措施，但效果不佳。

至裂縫出現的第28天，隧道右線YK21+265處初期支護變形突然變大，橫撐被壓失穩、掉落、噴射混凝土裂縫變寬，塌方體進入隧道逐漸填滿整個隧道，同時在地表形成塌方漏斗，漏斗最寬處直徑約30 m，此時右側山體也出現多條寬裂縫。右線YK21+265處隧道埋深18 m，左右線之間的凈距為22 m。

4　隧道進口端右線塌方原因

進口端從地形上看位于斜坡地帶，總體上右線埋深大，左線埋深小，屬于偏壓地段。地表植被豐富，覆蓋層也較厚。施工單位先開挖了左線的路塹邊坡和明洞邊坡。

1)冒頂處隧道埋深18 m，屬淺埋隧道。隧道上覆土層為碎石土，滲透系數大，在雨水滲入后，其物理力學指標降低，自穩能力差，導致隧道拱頂土壓力增大，初期支護先開裂，后被壓潰，導致塌方冒頂。

2)由于地形偏壓的存在，導致左右線進洞樁號不統一，右洞塌方處，由于左線的邊坡已開挖，無法為其提供有效的側限，導致了塌方的加劇。

5　隧道進口端右線塌方處治措施

塌方發生后，各參建方積極響應，制定了一整套處治方案，處治方案分應急措施、洞內處理及地表處理，確保處治方案的可靠性和及時性。

5.1　應急措施

塌方發生后，第一時間處治方案的及時性和有效性關乎整個塌方處治方案的成敗。應急措施的時候應及時有效，以防止塌方進一步的發展。塌方發生后，采用的應急措施如下：

1)采用背拱措施。

對變形段處增設拱架加固，可抑制變形的進一步發展。右線隧道加設Ⅰ22b工字鋼支撐護拱，間距50 cm，加設范圍縱向15 m，拱架共計30榀，具體的處治措施如圖2所示。

2)徑向注漿。

塌方后初期支護背后的巖土體自穩性差，局部含水量高。對隧道內塌方所受影響段初支采用φ42鋼花管，管長3.5 m，垂直巖面打設并注漿加固，具體的處治措施如圖2所示。

3)塌方段左右線凈距為22 m。

根據監控量測數據顯示，右線塌方期間，左線隧道拱頂沉降與內側的側壁收斂明顯，為減小塌方對左線隧道的影響，左線隧道已開挖的左、右兩個側壁加設臨時橫撐，以提高初期支護的承載能力。加設范圍左右側壁各10 m，采用Ⅰ20b、縱向間距為1 m的工字鋼。

4)由于左右線凈距較小，隧道施工影響范圍相疊加、塌體區域相貫通，應整體考慮左右線塌方處理方案[1]。本隧道存在一定的偏壓，左線已拉槽段(尚未實施明洞襯砌)加劇了偏壓對隧道的影響。塌方發生后，及時對左線拉槽路基回填，回填長度60 m，恢復為原地面高度。

5)對坍塌區覆蓋彩條布，以防地表水滲入。

5.2　洞內塌方體處理及開挖支護

采用的處治方案如下：塌方發生后，不建議即刻清方后掘進，首先應采用一定的措施防止塌方體的進一步擴大。

1)隧道塌方后，初期支護被壓垮，塌方體填滿隧道，縱向長約10 m，塌方口的面積約為5 m2。塌方后，若貿然清方，會進一步牽引上方的塌方體下滑，增加塌方體的方量。經過討論決定，首先對塌方體進行加固處理，加固的方式采用鋼花管注水泥漿液。當塌方體含水量大時，注水泥—水玻璃雙液漿。同時設置φ42鋼花管排除塌方體中的水，要求增加花管打眼的密度，外部裹無紡布，作為排水管。

2)對已變形侵限的拱架逐榀拆除后施作，對塌方口拱架重新施作，施工前需采用長12 m的φ76鋼花管作為超前支護，依次開挖，施作拱架，以確保安全。原設計該段超前支護采用單層小導管，現變更為雙層小導管。

3)采用雙側壁導坑法開挖坍塌土體，加強洞內及地表的監控量測，確保洞內的施工安全與結構的穩定。

5.3　地表處理

1)采用噴錨支護處理漏斗段[2]:坡面掛設φ8鋼筋網后，噴射15 cm厚C25混凝土，然后采用4 m長φ25砂漿錨桿加固坡面。

2)對裂縫采用黏土回填，要盡量提高黏土的壓實度。

3)采用塌方漏斗采用碎石土分層回填，逐層壓實，要求回填后的地面略高于四周地面。回填完成后在四周設置截水溝集中引排地表水。

4)回填結束后，對漏斗區采用φ50鋼花管注漿(鋼花管間距1 m×1 m，呈梅花形布置)，平均長度為5 m。

5)為確保整個山體的穩定和隧道的結構安全，在左右線之間設置抗滑樁加固(人工挖孔樁)，抗滑樁橫斷面2.0 m×3.0 m，樁長25 m～30 m，縱向間距6 m，一共設置了15根抗滑樁。考慮到左線路基邊坡已坍塌過，后期對坍塌的邊坡采用明洞方案以提高結構的穩定性。

6　結語

塌方發生后，施工單位按上述方案進行了處治，用時3個月，確保了本隧道的按期貫通。現隧道已運營3年有余，表明了處治方案是有效、合理的。

1)塌方的發生往往會有一定的征兆，對于穿越不良地質的大跨段淺埋隧道，塌方的風險很大，施工中應切實加強監控量測，當量測數據超標時，應立即啟動預警機制，及時采取應急措施，以避免造成安全事故及更大的經濟損失。

2)塌方發生后，應急措施應及時并有效，主要目的是防止塌方的進一步加劇，可采取及時反壓回填、初期支護背拱，徑向注漿等手段。應急措施采用時，應確保工作人員的安全。

3)洞內處治后換拱和開挖風險最大，需采用強大超前的支護措施，并逐步挖除。換拱前需采用徑向注漿加固。

4)塌方發生后，需在塌方漏斗周邊設置截水溝，并及時回填漏斗，回填應略高于四周地面以方便地面水的排泄。