淺析公路隧道塌方處理施工方案與技術(shù)

廖平生

（廈門百城建設(shè)投資有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

南安（金淘）至廈門高速公路全長98.687 km，其中泉州段長57.197 km，工程概算總投資約56億元。該高速公路起點接泉三高速南安金淘亭川樞紐互通，終點接沈海高速廈門田厝樞紐互通。石鼓山特長隧道是該高速公路的重點控制工程，位于福建省泉州市安溪縣與南安市交界處，設(shè)計為分離式雙向六車道隧道，左洞全長6 005 m，右洞全長6 005 m，凈高5 m，凈寬14.5 m。

石鼓山隧道分為進(jìn)口段及出口段兩個施工合同段，本項目出口段（A3合同段）由中鐵七局集團(tuán)第三工程有限公司中標(biāo)承建，項目位于安溪縣參內(nèi)鄉(xiāng)境內(nèi)。2009年11月正式進(jìn)洞，左洞施工長度為3 168 m（進(jìn)口ZK10+480——出口ZK13+648），右洞施工長度為3 152 m（進(jìn)口YK10+500——出口YK13+652）。到2011年2月23日，出口右洞施工至掌子面YK12+198處，開挖長度距右洞洞口1 454m。

隧道穿越區(qū)為侏羅系南園組凝灰熔巖及其風(fēng)化層，局部凝灰熔巖夾有砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。前期地勘資料顯示，該隧道要穿越22條構(gòu)造破碎帶或節(jié)理裂隙密集帶，地下水豐富，構(gòu)造破碎帶極易成為地下水的流向通道。

2 隧道右洞塌方情況

2011年2月23 日早上8點40分，隧道右洞YK12+198掌子面左前方拱腰發(fā)生垮塌，塌方體主要為砂質(zhì)泥巖及塊狀巖體，并含有豐富的構(gòu)造裂隙滲水。塌方一直持續(xù)至2011年2月24日下午18點，共產(chǎn)生約2 800 m3塌方體堆積物，堆積物把掌子面全部覆蓋，掌子面左前方形成空腔（如圖1所示）。由于作業(yè)人員撤離及時，故本次塌方?jīng)]有造成人員傷亡，但設(shè)備損毀較嚴(yán)重。

圖1 塌方示意圖

3 塌方原因分析

本次隧道塌方段處于多個不利因素的結(jié)合點上：

（1）塌方段位于巖層構(gòu)造破碎帶，構(gòu)造節(jié)理裂隙非常發(fā)育，該破碎帶含有大量的砂質(zhì)泥巖夾層；

（2）塌方段含有豐富的節(jié)理裂隙地下水；

（3）該節(jié)理裂隙密集帶為地下水的水流通道，施工過程中，含有大量砂質(zhì)泥巖的裂隙地下水通道剛好被打穿，砂質(zhì)泥巖遇上豐富的地下水，巖層失去自穩(wěn)能力，極易坍塌。

綜合以上原因，導(dǎo)致隧道掌子面前進(jìn)方向塌方。

4 塌方處理施工方案

本次隧道塌方處理按照“先加固、再超前、后開挖、快封閉”的整體思路來研究方案，且方案必須滿足安全可靠、穩(wěn)步推進(jìn)、可操作性強(qiáng)、充分預(yù)想不利因素等要求[1]。

整體施工方案為待掌子面出水明顯減少及塌方體堆積物基本穩(wěn)定，且堆積物有一定的自穩(wěn)能力后，先對塌方體堆積物進(jìn)行噴射混凝土及小導(dǎo)管注漿加固（預(yù)留排水出口），再對塌方段空腔進(jìn)行泵送混凝土回填，最后嚴(yán)格按照超前支護(hù)方案及開挖方法進(jìn)行施工，確保安全通過塌方段。

4.1 塌方段堆積物封閉加固方法

（1）對堆積物表面進(jìn)行初噴混凝土封閉。初噴厚度6 cm，噴射混凝土為C25早強(qiáng)混凝土。

（3）注漿小導(dǎo)管加固堆積物。與堆積物表面呈90°打入小導(dǎo)管，間距0.8 m呈梅花形布置，如圖2所示。小導(dǎo)管長6 m，采用水泥漿和水玻璃雙液注漿，比例為1∶1，注漿壓力1.5 MPa。

圖2 小導(dǎo)管注漿示意圖

（4）預(yù)留排水口。為避免空腔內(nèi)再次大面積積水導(dǎo)致塌方體堆積物發(fā)生次生災(zāi)害，對于構(gòu)造裂隙水的治理，宜采用“以排為主，疏、堵、引相結(jié)合”的方法來處理。在掌子面左下方出水口設(shè)置預(yù)留排水管集中引排，設(shè)管徑20 cm排水管兩根，堆積體其它位置設(shè)置間距5 m×5 m、直徑為5 cm的PVC滲水管，滲水管預(yù)留透水孔，外包兩層土工布，滲水管長度視堆積體厚度現(xiàn)場確定。

4.2 塌方段空腔回填措施

為確保塌方段空腔密實，分別在拱頂及拱腰鉆入混凝土輸送導(dǎo)管各1根，對空腔進(jìn)行泵送混凝土回填。回填混凝土標(biāo)號為C15素混凝土。

4.3 塌方段超前支護(hù)及開挖方法

超前支護(hù)方案及開挖方法的選擇，是安全通過塌方段的研究重點。主要措施有剛性強(qiáng)度高的超前大管棚，結(jié)合注漿小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)。開挖方法采用控制變形能力強(qiáng)、安全度較高的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。施工時嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的隧道暗挖原則[2]。

（1）超前大管棚

管棚從掌子面拱腰位置起布設(shè)，采用Ⅰ18工字鋼制作鋼拱架作為大管棚定位架，導(dǎo)向管為108×6 mm無縫鋼管。管棚規(guī)格為89×6 mm、環(huán)向間距0.7 m、長度30 m，呈外插角2°實施鉆孔打入，如圖3所示。采用水泥漿和水玻璃雙液注漿，比例為1∶1，注漿壓力1.5 MPa。

圖3 超前大管棚示意圖

（2）超前小導(dǎo)管

從開挖面矮邊墻起點開始，利用Ⅰ18工字鋼鋼拱架作為超前小導(dǎo)管尾端支點，另一端伸入未開挖的巖體中，形成保護(hù)殼，小導(dǎo)管50 mm、長度6 m、環(huán)向間距0.8 m、搭接長度不小于3 m、呈外插角10°實施鉆孔打入，如圖4所示。實施過程中如遇小導(dǎo)管與大管棚位置重疊，小導(dǎo)管應(yīng)避開管棚位置。采用水泥漿和水玻璃雙液注漿，比例為1∶1，注漿壓力 1.5 MPa。

圖4 超前小導(dǎo)管示意圖

（3）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

開挖方法采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，該方法適用于三車道Ⅴ級圍巖大斷面隧道，控制變形能力強(qiáng)，安全度較高。施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，盡量采用機(jī)械開挖及人工配合無爆破施工。局部需要爆破時，應(yīng)嚴(yán)格控制裝藥量，避免造成對初期支護(hù)及地層的擾動[2]。如圖5所示，側(cè)壁小導(dǎo)坑①開挖一榀、支護(hù)一榀，初噴混凝土封閉開挖面，布設(shè)鋼筋網(wǎng)片及砂漿錨桿，鋼拱架之間咬合良好，連接牢固，施作落地及鎖腳錨桿，及時復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度，①②上下導(dǎo)坑臺階長度不小于3 m，導(dǎo)坑②重復(fù)導(dǎo)坑①施工工藝，使支護(hù)體系快速形成臨時環(huán)向封閉結(jié)構(gòu)。各導(dǎo)坑全部完成開挖及支護(hù)后，形成永久性環(huán)向封閉結(jié)構(gòu)。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖及支護(hù)順序為：開挖、支護(hù)①→開挖、支護(hù)②→開挖、支護(hù)③→開挖、支護(hù)④→開挖、支護(hù)⑤→開挖、支護(hù)⑥。

圖5 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工斷面圖

4.4 塌方段支護(hù)參數(shù)

4.5 塌方段現(xiàn)場監(jiān)控量測

隧道監(jiān)控量測對評價隧道施工方法的可行性、設(shè)計參數(shù)的合理性，對隧道施工實際圍巖級別及其變形特性等能夠提供準(zhǔn)確、及時的參數(shù)數(shù)據(jù)，對隧道二次襯砌的施作時間具有參考性意義[3]。

隧道監(jiān)控量測的主要任務(wù)包括：（1）提高施工安全可靠性；（2）修正設(shè)計、指導(dǎo)施工、積累建設(shè)經(jīng)驗；（3）對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場分析、處理，并及時向施工方、監(jiān)理方、設(shè)計方和業(yè)主提供分析資料。

本次隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，集中出水口的滲水壓力及水流量隨排放時間逐漸減小。由此可以確定地下水為構(gòu)造裂隙滲水，地下水無補(bǔ)充水源，給本方案地下水的處理提供了支撐依據(jù)。隧道開挖及支護(hù)實施過程中，圍巖及鋼拱架、錨桿的監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警值均在設(shè)計及規(guī)范要求范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

本文介紹的施工方案是經(jīng)由專家組、建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工單位等各方多次討論、研究后確定，于2011年3月下旬開始嚴(yán)格按照施工方案正式實施，并在2011年6月中旬安全順利通過塌方段。實踐證明，本次塌方處理施工方案可行，并具有較高的參考價值，為今后類似工程積累了一定的經(jīng)驗。