大斷面千枚巖隧道塌方處治施工技術研究

李長林

(中國路橋集團西安實業發展有限公司，陜西 西安 710075)

0 前 言

隧道塌方的預測和處理技術研究一直是隧道工程的一項較難的科研課題,但目前國內外針對大斷面千枚巖隧道塌方處理的研究卻較少，沒有成型的大斷面千枚巖隧道塌方處理技術可以參考和借鑒。塌方是隧道施工過程中常見的工程地質災害之一，一旦發生往往造成重大經濟損失和人員傷亡。如果在塌方段施工技術選擇應用不當，會導致塌方范圍和經濟損失進一步擴大，同時會導致工期出現延誤，而且會大幅提高塌方處理的工程費用。查閱國內外相關文獻，葛正輝等[1]、徐自享等[2]、張強[3]、曹海明等[4]人介紹千枚巖隧道塌方原因，同時鄧嘉偉[5]、張東星[6]、陳人豪等[7]人對千枚巖隧道塌方預防和處理施工技術進行介紹。

在隧道塌方處理過程中，針對圍巖主要為強風化千枚巖，巖體極易破碎，圍巖自穩能力較差，無支護時拱部易坍塌。千枚巖的特性為遇水后軟化為粉末狀或泥化呈淤泥狀，導致圍巖穩定性特別差，容易引發隧道塌方等工程病害。

1 技術原理

針對隧道塌方地段采用土方回填進行穩定，在上部空洞部位打設鋼管進行加固，同時注入輕質混凝土，減少后期圍巖壓力，提高整體穩定性。對地表下沉裂縫范圍外側布置截水溝，對上部設置防水雨布進行覆蓋。在塌方處置過程中設置定型型鋼對塌方附近進行加固，同時采用專用仰拱施工機具加快仰拱施工速度。對塌方附近20 m范圍內進行注漿加固。開挖過程中采用雙層小導管進行注漿加固。洞內二襯加快施工進度，同時加大塌方地段二襯結構強度。洞內二襯施工強度達到標準后，對地面進行回填，同時采用注漿加固對土體進行加固處理。在塌方處理過程中，采用監測手段對塌方地段進行監測，通過監測數據情況對塌方處理方案進行調整。淺埋強風化千枚巖隧道塌方存在一定季節性規律，雨季和雨季后因圍巖含水量變化導致圍巖變化，易引發塌方；強風化千枚巖隧道施工時導洞與主洞掌子面距離不宜過大，應控制在10 m以內為宜，以爭取及落底施做仰拱早成環，保證合理受力；塌腔處理時應盡量采用輕質混凝土將塌腔充填密實，在減少頂部荷載的同時避免塌腔擴大引發次生塌方。

2 工藝流程與操作要點

2.1 工藝流程(見圖1)

圖1 施工工藝流程圖

2.2 操作要點

2.2.1 施工準備

1)認真審核相關地勘資料，在特殊情況下可以針對前方地質情況進行探測，通過超前地質預報，可以及時預報掌子面前方不良地質情況，以便提前采取有效措施，減少直至避免地質災害的發生，確保隧道施工的安全。

2)做好材料儲備工作，為塌方處理提供材料支持，防止因為材料原因造成塌方處理施工中斷，影響塌方體的整體穩定性，造成塌方處理范圍擴大。

2.2.2 塌方體封閉

采用噴射混凝土對塌方體進行封閉，同時防止掌子面塌方涌出松散體。

2.2.3 回填土方反壓

在洞內采用土方回填進行穩定塌方體，用洞碴堆填反壓形成塌方處理施工平臺。

2.2.4 塌方體地面處理

對地表下沉裂縫范圍外側布置截水溝，對上部設置防水雨布進行覆蓋。

2.2.5 洞內增設臨時支撐

在塌方處置過程中設置定型化型鋼對塌方部位附近的初期支護結構進行支撐加固，提高塌方體附近的支護結構的支護強度，減少二次災害的發生。

2.2.6 空洞處理

在塌方體內頂進長度2～9 m的Φ108×6 mm鋼管，環向間距設置為50 cm，并在鋼管上設置注漿孔方便注漿。采用Φ50×5 mm小導管進行加固處理，環向間距為100 cm、縱向間距為50 cm，與管棚一起依長短分批次間隔注漿加固；在施做管棚與小導管時在頂部塌腔內埋設2～9 m不等的鋼管，用作泵送混凝土，泵送混凝土采用輕質混凝土以減少頂部壓力。

2.2.7 初支加強處理

從塌方段面向洞口方向范圍內，對塌方體附近的初期支護結構設置臨時鋼支撐進行加固處理，防止結構變形進一步擴大。加固方式：在原初支結構內部設置I20b工字鋼60 cm間距與原初支錯開布置進行支撐加固。

洞內開挖時，每隔一榀拱架，左右側拱腰處各增設5根注漿錨管(即每榀增設10根小導管)、間距100 cm,梅花形布置于拱架兩側，小導管規格為Φ50×5 mm鋼管，鋼管安裝過程中要與鋼架焊接牢固，導管安裝完成后，要及時進行注漿，提高塌方體整體穩定性，導管內注漿應飽滿、密實。

2.2.8 二襯加強處理

二襯混凝土強度由C25變更為C30，襯砌鋼筋主筋由Φ22 mm變為Φ25 mm；即采用V塌方復合式襯砌形式(見圖2)。

圖2 加固型襯砌結構圖

2.2.9 地面處理

對地表下沉裂縫范圍外側布置截水溝，下陷部位進行回填。在隧道塌方地表范圍按隧道線路向兩端各延長5 m，左右開挖斷面范圍各延長3 m范圍內注漿，采用FL100型潛孔電動鉆機(Φ70鉆頭)鉆孔，孔位布置按200 cm×200 cm梅花型布置，孔深從地表至洞頂范圍內，從地面打孔安裝注漿管，導管加工時前端部分做成尖錐形以方便打入。

在地表采用2TGZ-120/105型雙液調速高壓注漿泵從周邊裂縫至中間注漿，先邊緣孔再中間孔，注漿采用間隔、間隙式注漿，注漿量按空隙比及注漿壓力雙控(水灰比為1∶1，水泥采用P.042.5R)：中部區域(地表塌陷范圍外2～5 m)內單孔延米注漿量不大于1.696 m3，注漿率5%；中部至區域(隧道范圍外4～6 m)范圍內單孔注漿量不大于0.42 m3，注漿率20%；當注漿壓力達到2.5 MPa時停止注漿。

塌方體處理完成后需要采用雷達對填充效果進行檢測，如發現塌方體中出現空洞現象須增加注漿孔進行注漿處理，確保塌腔密實，杜絕后患。

2.2.10 監控量測

隧道塌方處治過程中，要注意周邊天氣降水情況，針對千枚巖隧道受雨季地表水影響大，圍巖穩定性變差的特點，同時由于隧道圍巖對變形、沉降的要求較高，監控量測的過程和數據及時處理極為重要，因此，必須安排專人對現場地質情況和支護狀態的安全穩定情況進行觀察并及時反饋，做好地表沉降量測工作，及時掌握在塌方處理過程中支護結構的穩定狀態，并做安全預警。根據施工過程中所得到的現場監控量測資料，對圍巖穩定性和處理方案進行分析，確定合適的施工方法進行塌方處理，必要時改進施工方案，以確保塌方處理的安全進行。

進行監控量測數據分析時，如出現數據不正常或突變，當洞內初期支護表面或地面出現裂縫時，均應視為坍塌的危險信號，現場人員必須立即撤離施工現場，經現場處理完成達到可以安全作業后才可以進入現場繼續施工。在塌方處理過程中，采用監測手段對塌方地段進行監測，通過監測數據情況對塌方處理方案進行調整，提高塌方處理過程的安全性。

3 結 論

本技術應用于國家高速公路G85渝昆高速公路昭通至會澤段改擴建工程第8標段等多個工程項目，取得了良好的經濟技術效益。

1)隧道塌方地段采用土方回填進行穩定，在上部空洞部位打設鋼管進行加固，注入輕質混凝土，減少圍巖壓力，提高整體穩定性，提高施工效率15%。

2)塌方處置過程中設置定型型鋼對塌方附近進行加固，同時采用專用仰拱施工機具加快仰拱施工速度，節約工時20%。

3)塌方處理過程中，采用監測手段對塌方地段進行監測，通過監測數據情況對塌方處理方案進行調整，與傳統施工方法相比綜合節約成本13%左右。

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