中嶺隧道坍方處置措施

張 維 李 波

中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司，浙江杭州 310009

中嶺隧道設(shè)計(jì)為分離式雙洞六車(chē)道短隧道，隧道建筑限界：寬15.25m，高5.0m。其中左線起訖樁號(hào)為K8+285～K8+780，全長(zhǎng)495m；右線起訖樁號(hào)為YK8+270～YK8+765，全長(zhǎng)495m。隧道左洞上臺(tái)階爆破開(kāi)挖至K8+510，發(fā)現(xiàn)K8+480左右拱肩出現(xiàn)裂紋。次日左洞內(nèi)K8+480～K8+510段處突然發(fā)生坍方，塌體連通至地表，呈現(xiàn)沿隧道縱向15m（長(zhǎng)） ×12m（寬） ×6m（深） 的陷坑。坍方段對(duì)應(yīng)右洞YK8+470～YK8+500段監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示基本穩(wěn)定。

1 地形、地質(zhì)概況及塌方原因分析

1.1 地形、地質(zhì)概況

中嶺隧道穿越所在區(qū)域在地層分區(qū)上屬于浙東南陸相火山巖區(qū)，隧址區(qū)屬侵蝕-剝蝕低山丘陵地貌區(qū)（Ⅰ區(qū)） 。隧道穿越處微地貌單元為一不規(guī)則山體的埡口北側(cè)，埡口呈近南北走向。埡口東側(cè)沿山凹發(fā)育一北東向沖溝，匯水面積較小。塌方段K8+480～K8+510處隧道覆蓋層埋深約44m。隧道穿越處地層劃分為2個(gè)工程地質(zhì)層、共5個(gè)工程地質(zhì)亞層，特征如下：

1～1粉質(zhì)粘土：黃褐色，可塑。揭露厚度6.10～8.10m，平均7.10m。

1～2層含碎、礫石粉砂：灰褐-灰白色，中密，充填少量粉質(zhì)粘土，表層0.50m為碎石。揭露厚度5.20m。

2～1強(qiáng)風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r：灰黃-灰青色，堅(jiān)硬，晶屑塑變結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，錘擊聲啞，易碎。揭露厚度1.20～6.80m，平均3.83m。

2～2中等風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r（J3g） ：青灰色，堅(jiān)硬，晶屑塑變結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，RQD=35%。揭露厚度7.50～35.50m，平均19.88m。

2～3微風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r：青灰色，堅(jiān)硬，晶屑塑變結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，較完整，局部為短柱狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，RQD=60%。揭露厚度11.20m。

坍方段穿越斷層破碎帶（F-4） ，該斷裂呈北東40～60°走向，斷面多向南東傾，局部反傾，傾角約60～80°，斷面呈舒緩波狀，面上發(fā)育階步和多期擦痕，破碎帶寬度較大。

1.2 坍方原因分析

（1） F-4斷層影響。坍方段臨近F-4斷層破碎帶，巖體破碎圍巖巖性主要為中風(fēng)化凝灰?guī)r，破碎帶寬度較大，節(jié)理、裂隙十分發(fā)育，破碎嚴(yán)重，受此破碎帶影響為主要原因。

（2） 受地表水及地下水的影響。隧址區(qū)雨量充沛，隧道坍方段恰好下穿山間鞍部，地下水長(zhǎng)期匯集，隧道開(kāi)挖后，改變地下水徑流方向，地下水沿節(jié)理、裂隙滲透到圍巖中，一方面使圍巖壓力增大，另一方面由于凝灰?guī)r組成主要粒級(jí)非常小，一旦受雨水浸泡，內(nèi)摩擦角將大幅降低，導(dǎo)致圍巖的自承能力大大降低，而初期支護(hù)不足以承擔(dān)圍巖釋放的過(guò)大的應(yīng)力。

（3） 施工控制存在一定的不足，加大了施工風(fēng)險(xiǎn)。主要表現(xiàn)在：Ⅳ級(jí)地段施工中上、下臺(tái)階步距控制偏大（超過(guò)60m） ，未能及時(shí)形成承載封閉環(huán)。

二次襯砌未能及時(shí)跟進(jìn)，坍方段上臺(tái)階初期支護(hù)放置時(shí)間偏長(zhǎng)（近50d） 。

2 地表及洞內(nèi)緊急處治措施

2.1 修筑截水溝

地表坍口周邊5m以外修筑截水溝，截水溝尺寸40cm×40cm，采用壁厚30cm。漿砌片石，溝底用防水布覆蓋以防止雨水滲漏。

2.2 地表坍口回填

就近取土及時(shí)回填，回填至高出原地面0.5m。頂層1.5m分別先回填1m厚水泥拌合土，然后再回填0.5m厚粘土隔水層，回填應(yīng)平順密實(shí)，向四周傾斜，以便自然排水。水泥拌合土配合比為：粘性土中摻合42.5水泥5%摻，水量以不泌水為度，水泥混合土28d抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到2.0MPa,填筑工藝：攪拌均勻，分層夯實(shí)，每層厚度不超過(guò)30cm。

2.3 加強(qiáng)地表坍口觀測(cè)

坍方段每隔5m設(shè)置一個(gè)沉降觀測(cè)斷面，觀測(cè)頻率2次/d，以防止坍方體突變危機(jī)施工安全。

2.4 洞內(nèi)坍方體封閉

對(duì)坍方體噴射C25混凝土進(jìn)行封閉，噴射混凝土厚度60cm，Φ8鋼筋網(wǎng)（20×20cm） 單層。

2.5 坍方段影響段加固處理

（1） 加設(shè)臨時(shí)鋼支撐。

（2） 注漿加固。對(duì)隧道徑向注漿,Φ42注漿管，L=5.0m間距：100×100（環(huán)×縱） ，固結(jié)圍巖。

3 坍方段洞內(nèi)處理措施

洞內(nèi)處理措施主要采用大管棚和徑向小導(dǎo)管注漿，對(duì)隧道拱頂以上5m范圍的坍方段進(jìn)行超前注漿加固加固。

3.1 大管棚施工

3.1.1 管棚及注漿參數(shù)

自進(jìn)式Φ108mm熱軋無(wú)縫、壁厚10mm熱軋無(wú)縫鋼管，間距35cm，節(jié)長(zhǎng)3m，4m。管棚共計(jì)三循環(huán)：

第一循環(huán)（進(jìn)口端） 管棚有效長(zhǎng)度約18m（原設(shè)計(jì)25m） ，仰角3°（不包括路線縱坡） ，與第二循環(huán)搭接3m。

第二循環(huán)管棚長(zhǎng)15m，仰角10°（不包括路線縱坡） ，與第三循環(huán)搭接5m。

第三循（出口端） 管棚長(zhǎng)19m，仰角3°（不包括路線縱坡） 。以上管棚長(zhǎng)度均為入土長(zhǎng)度。

注漿參數(shù)：根據(jù)漿液配方試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，注漿采用后退式注漿。水泥漿與水玻璃重量比1∶0.025，水泥漿水灰比1∶1，水玻璃濃度35°B é，水玻璃模數(shù)2.4。注漿壓力∶初壓0.5～1.0MPa，終壓2.0MPa。

3.1.2 管棚工作室支護(hù)參數(shù)

管棚工作室徑向擴(kuò)孔70cm，縱向長(zhǎng)8m。斷面加大后，加強(qiáng)初期支護(hù)，鋼支撐采用I22b工字鋼，間距60cm。同時(shí)增加二次襯砌厚度，采用C30防水鋼筋砼。

3.1.3 導(dǎo)向鋼支撐

由于施工單位設(shè)備原因，無(wú)法在巖面上鉆孔導(dǎo)向，需在管棚工作室內(nèi)架設(shè)三榀I22b鋼支撐，采用Φ25鋼筋焊接固定Φ127孔口管。

3.1.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：① 注漿壓力逐步升高至設(shè)計(jì)終壓，并繼續(xù)注漿10min以上；② 注漿結(jié)束時(shí)進(jìn)漿量小于5L/min。

所有孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：① 所有的注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無(wú)漏注現(xiàn)象；② 設(shè)檢查孔，工作面每段設(shè)2～3個(gè)檢查孔，檢查孔應(yīng)鉆取巖芯，觀察漿液充填情況。

3.2 小導(dǎo)管徑向注漿 （見(jiàn)圖1）

大管棚保證了開(kāi)挖及初期支護(hù)施作的安全，小導(dǎo)管徑向注漿在初期支護(hù)外圍形成約5m厚的拱形注漿加固帶，并且由于小導(dǎo)管自身的錨管作用，極大地提高加固帶的整體性，能有效抗擊來(lái)自坍方體上部空腔坍渣的沖擊。

隧道拱部采用小導(dǎo)管注漿，小導(dǎo)管采用長(zhǎng)為6mΦ42×4mm熱軋無(wú)縫鋼管，管環(huán)向間距35cm,外插角控制在45°左右,縱向間距1m。管棚、小導(dǎo)管、初期支護(hù)相互作用示意圖如圖1所示。

圖1 管棚、小導(dǎo)管、初期支護(hù)相互作用示意圖

3.3 坍方體掌子面注漿

中嶺隧道坍方段掌子面注漿，注漿管采用自進(jìn)式108管棚，每一循環(huán)注漿長(zhǎng)度為6m開(kāi)挖4m并保留2m止?jié){巖盤(pán)。

3.4 開(kāi)挖和支護(hù)

初期支護(hù)緊跟掌子面，每開(kāi)挖0.5m立即架設(shè)鋼支撐拱并掛網(wǎng)噴混凝土，然后進(jìn)行下一循環(huán)。

在實(shí)際施工中，由于發(fā)現(xiàn)注漿后坍渣膠結(jié)情況良好，開(kāi)挖工法由預(yù)留核心土法改為上下臺(tái)階法，并且每循環(huán)進(jìn)尺多在0.5m，表示管棚和掌子面注漿起到了注漿充填固結(jié)和抬棚的作用。

3.5 坍方段降水措施

坍方段施做泄水孔及時(shí)排出坍方體內(nèi)的地下水，以及時(shí)降低地下水位，改善圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)。掌子面上設(shè)3個(gè)泄水孔間距5m，泄水采用兩側(cè)鉆孔的PVC管，外包滲水土工布作為反濾層，泄水管管長(zhǎng)10m。泄水孔通過(guò)環(huán)向排水管接入隧道排水系統(tǒng)。

4 處置效果

水泥一水玻璃注漿工序完成后，經(jīng)過(guò)鉆孔取樣及流塑狀變?yōu)橛菜軤睿瑵{液在土體中呈脈狀分布強(qiáng)度3.5MPa,掌子面處軟泥被擠出，至處治工程結(jié)束后，對(duì)拱頂沉降、隧道收斂位移及隧道結(jié)構(gòu)受力與變形，進(jìn)行了長(zhǎng)期的監(jiān)控量測(cè)，結(jié)果表明，坍方處治所采取的措施是可行的，取得了良好的處治效果。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這一施工實(shí)例。可以得出下面2點(diǎn)結(jié)論：

① 隧道施工過(guò)程中一定要貫徹“先排水、短進(jìn)尺、快支護(hù)、早封閉、勤量側(cè)”的原則，不可盲目求快。

② 在地表有塌陷的地質(zhì)條件很差的塌方處，采用大管棚加強(qiáng)支護(hù)方法處理，是安全可靠的。

[1] 楊曉華，謝永利．公路隧道坍方綜合處治技術(shù)[J]．長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） ，2004，24（1） ：61-64．

[2] 周順華，董新平．管棚工法的計(jì)算原理及其應(yīng)用[M].北京：同濟(jì)大學(xué)出版社,2007.11