大跨度隧道特大塌方處治技術探討

陳人豪，周 祥，唐國軍

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

大跨度隧道發生塌方，處治施工往往具有施工難度大、施工風險高、突發性強等特點。塌方處治不當，不僅容易延誤工期、造成生命財產損失，也會給隧道后期運營留下重要安全隱患，給運營維修養護工作造成困難。本文通過總結某淺埋大跨度隧道塌方處治的成功經驗與技術要點，為今后類似大跨度隧道工程的塌方處治提供參考。

1 隧道塌方情況

1.1 工程簡介

依托工程隧道地貌屬于盆地邊緣丘陵地貌，地形起伏大。隧道分為機動車隧道與非機動車隧道；采用上下行分離式設置，為四個分離式小凈距隧道。機動車隧道右線起始里程YK2+340，終點里程YK2+820，長480 m，屬于短隧道。隧道最大開挖跨度為21.545 m，最大開挖高度為15.05 m。隧道縱坡2.5%，最大拱頂埋深約75 m。

1.2 工程及水文地質情況

據區域地質資料顯示，離勘察區約18.2 km發育著正斷層斷裂帶，勘察區受該斷裂影響較小，自第四紀以來，該斷層未見有活動跡象，區域穩定性較好。根據區域地質資料并結合現場地質調繪成果，隧道塌方冒頂區未見斷層發育。隧道區下伏基巖為硅質砂巖夾硅化粉砂質泥巖，多以薄～中厚層狀構造為主，裂隙多以構造、風化裂隙為主，發育密度大，多閉合，部分微張，巖層總體產狀約300°/SW∠30°。隧道勘察區屬于丘陵地貌，其集匯水面積不大，地形較陡峻，沖溝較發育，大氣降水很快以坡面流的形式匯入沖溝進行排泄，部分滲入地下巖土層，勘察區未見地表水體存在。

1.3 塌方概況

2 塌方原因分析

從地質情況來看，塌方段為角礫質黏性土、全～強風化硅質砂巖夾硅化粉砂質泥巖，巖石節理裂隙發育，巖體破碎，圍巖自穩性差。考慮到隧道塌方前，南寧市降雨頻繁且雨量大，在降雨雨水下滲作用下，使得塌方區泥化夾層、土體和結構面產生軟化，降低了塌方段巖體的自穩性，增大初期支護所承受的壓力。

據施工單位反饋，塌方段施工過程中頻繁出現土洞情況，隧道拱頂上方可能存在未揭露的土洞，在降雨雨水下滲作用下，先行塌方，引起連鎖反應，導致隧道塌方。

從施工情況來看，機動車隧道右線雙向施工，在薄弱的地層中作為貫通點，施工過程中發現空洞后，未引起高度重視，但由于多方原因，二襯遲遲未能跟進，最終在2016年9月發生塌方，這也是本次塌方產生的另一個誘因。

3 塌方處治方案

3.1 監控量測

為了掌握施工中圍巖穩定程度與支護受力、變形的力學動態或信息，以判斷設計、施工的安全性與經濟性，隧道開挖后應按設計要求和現場實際情況立即布點并進行監測。根據規范要求及塌方段的實際情況，對隧道進行監控量測，項目主要有：地質和初期支護狀況觀察、水平凈空收斂、拱頂下沉、錨桿軸力、地表下沉、鋼拱架內力以及襯砌內力。

通過合理的監測手段及有效的分析處理，根據所測得位移量或回歸分析所得最終位移量、位移速度及其變化趨勢，評判圍巖的穩定性及二襯支護時間。

3.2 塌方處治原則

根據塌方規模、地質勘察結果及現場實際情況，提出了以下幾點處治原則：(1)鑒于該塌方段落圍巖已發生多次塌方，且最近一次塌方已造成地表塌陷，圍巖擾動較大，應采取地表注漿及洞內注漿等預加固措施；(2)圍巖擾動較大，支護結構受到的荷載較大，應采用較強的初期支護及二次襯砌；(3)由于圍巖差、開挖斷面大，應采用減小擾動的施工工序；(4)為了保證預加固的效果及保障施工及運營安全，預加固采用地表注漿并結合洞內管棚、補強小導管等加固措施；(5)初期支護參數通過工程經驗及數值定性分析確定；(6)二次襯砌根據《公路隧道設計規范》采用荷載結構法進行計算。考慮到二次襯砌需跟進施工，承擔較大的荷載，確定二次襯砌厚度時，二次襯砌分擔70%的按照淺埋計算的荷載。施工方法采用雙側壁導坑法施工工藝。施工過程中，二襯緊跟施工。

3.3 地表處理

為了防止地表水下滲至塌方體軟化圍巖，對后續塌方處治產生不利影響，進而可能造成二次塌方的風險，地表處理采取了以下兩種措施：

(1)張裂縫的處理，主要通過回灌水泥漿液封堵裂縫后，再回填黏土層及種植土層進行處理。張裂縫外圍應設置截水溝，截水溝應將水引出隧道外。

(2)地表處理及綠化。在完成地表灌注漿工作后，應首先修整地形，使地形能平順排水，地形修真完成后應回填40 cm厚的黏性土隔水層，并要求與邊坡搭接良好，防止水流從回填土與邊坡搭接處滲入。回填黏性土后回填60 cm厚種植土。種植土要分層壓實，壓實度≥90%，內摩擦角>30°。完成填土后，種樹恢復綠化。

3.4 地表注漿及超前注漿

3.4.1 地表注漿

注漿前從隧道內用砂袋進行反壓，以保證地表注漿期間邊坡穩定性及阻止漿液向隧道內擴散。地表注漿總體順序為先在加固區域周邊注雙液漿，以形成有效封堵，防止后注水泥漿四處擴散，無法保證注漿效果。

注漿加固自里程YK2+408～YK2+509.5，其中YK2+408～YK2+413、YK2+504.5～YK2+509.5段注漿管不得侵入二襯。其他段落注漿豎向自隧道拱頂開挖線下5 m開始至拱頂開挖線以上20 m，水平自隧道開挖線向兩側外擴10 m。

要求對注漿施工組織進行細化，應根據每根注漿管平面位置計算出孔底標高，注漿方式為隔孔跳打。雙液漿封堵區域漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比1∶0.8，采用42.5R早強水泥，水玻璃濃度35Be’，水泥漿與水玻璃比為1∶0.6(體積比)，漿壓0.5～1 MPa，穩壓5 min。水泥漿加固區域漿液采用水泥漿，水灰比為1∶0.8，采用42.5R早強水泥，漿壓0.5～1 MPa，穩壓10 min。

注漿前應進行注漿試驗。注漿壓力、漿液擴散半徑等參數通過現場注漿試驗確定。注漿效果通過聲波檢測法及鉆芯取樣檢測，聲波檢測法采用對比注漿前后的縱波波速來檢驗注漿效果，要求注漿后縱波波速Vp≥950 m/s，要求注漿后破碎巖體無側限抗壓強度達到6 MPa。

3.4.2 洞內超前注漿

開挖前對掌子面塌方巖土體進行注漿加固，采用水平打設長度為6 m的φ42鋼花管注水泥漿，水泥漿水灰比1∶0.8，鋼花管1.5×1.5 m行列型布置，注漿壓力0.3～0.5 MPa。注漿順序為由外到內，水泥漿與巖土體膠結成整體后才能進行開挖。

隧道增設自進式超前管棚措施，管棚采用T76L，規格為φ76×9.5 mm，每根長10 m，環向間距0.4 m，支護范圍為拱頂120°，每環65根，管棚桿體內采用M30水泥砂漿填充，管棚外插角6°～8°。由于隧道內塌方情況未知，因此暫定自進式管棚每間隔6 m設一環。

3.5 施工開挖方法

由于隧道斷面大，為了保證施工安全，開挖采用雙側壁導坑法施工，施工中嚴格控制進尺。隧道單次開挖進尺應≤0.5 m。臨時支護單次拆除長度應≤12 m。拱墻采用模板臺車澆筑，單次澆筑長度為6 m，全斷面二襯距核心土上臺階掌子面不得超過24 m。隧道采用單向掘進，從小里程向大里程方向掘進，不得雙向掘進。

3.6 初期支護及二襯支護

初期支護采用雙層Ⅰ25b工字鋼初支，內外交錯布置，工字鋼縱向間距為0.5 m，工字鋼連接采用C28鋼筋連接，環向間距1 m。為保證鋼架落腳處穩定，提高鋼架的整體性，對拱腳進行加強處理，鋼架落腳處采用4根φ42×4 mm鎖腳鋼管。隧道徑向采用φ42×4 mm小導管替代原系統錨桿，小導管外插角為45°，長5 m，間距@0.8 m(環向)×1 m(縱向)，梅花型布置。小導管注漿采用水泥漿液，水灰比為1∶0.6，初始注漿壓力為0.5～1 MPa，終壓為2 MPa。掛網噴射鋼纖維混凝土60 cm厚。二次采用1.4 m厚C40鋼筋混凝土結構。

3.7 施工工序

地表處理、地表注漿及注漿效果檢測合格后，開始進行洞內塌方處治。洞內塌方處治前，應對塌方段兩端頭進行注漿補強處治。塌方段采用單向掘進，從小里程從大里程方向掘進。先對掌子面塌方體進行注漿加固完成后，通過鉆孔檢查注漿效果達到要求后，立即進行自進式超前管棚施工。采用雙側壁導坑法施工，施工中單次進尺長度應≤0.5 m；雙層初支第二層初支緊跟，單層初支距離掌子面應≤2 m；必要時增設臨時橫、豎支撐，穩步向前，二襯緊跟。

其中YK2+413～YK2+425、YK2+492.5～YK2+504.5段仰拱襯砌已澆筑，本次需破除。破除順序根據雙側壁導坑工序，先破除導洞處仰拱襯砌，再破除核心土處仰拱襯砌。破除時先在仰拱上切槽，將相應位置初期支護及臨時支護施做完成后再進行本部的仰拱大面積破除。破除仰拱時應注意對初期支護及臨時支護的保護。

3.8 施工注意事項

(1)后續應對塌方相鄰已完成二襯段進行損傷檢測，根據檢測結果確定是否對已完成二襯段進行加固。

(2)在塌方治理過程中應采用超前地質預報、地質水平鉆等手段探明隧道輪廓范圍附近空洞，并進行處理，防止開挖掘進過程中空洞塌陷擴大，影響圍巖及隧道穩定性并誘發安全風險。

(3)塌方治理過程中，加強對臨近洞室、右洞已完成二襯段的監控量測。

4 結語

通過合理的處理措施及有效的施工控制，該大跨度隧道特大塌方處治得以順利完成。總結整個塌方處治過程，可以得出以下幾點經驗：

(1)隧道塌方處治應貫徹“先排水、早超前、短開挖、強支護、快襯砌、勤量測”的原則，在確保安全的前提下進行處治。

(2)有針對性的監控量測及超前預報是塌方處治施工的重要手段，可實現動態施工、合理處治塌方。

(3)合理的開挖方法和科學的施工工序是塌方處治的安全保障，可實現既快速高效又安全可靠地處治塌方。

[1]JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S].

[2]JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范[S].

[3]關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]洪開榮.山區高速公路隧道施工關鍵技術[M].北京：人民交通出版社，2011.

[5]于書翰，杜謨遠.隧道施工[M].北京：人民交通出版社，1999.