隧道緊急停車帶塌方處治技術探討

李長風

（運城南高速公路管理有限公司，山西 運城 044000）

1 工程概況

1.1 原設計情況

隧道區位于華北大陸亞塊南部鄂爾多斯塊與河淮地塊接觸帶南端。隧道橫跨運城、芮城和中條山西南段隆起帶，構造形跡主要為背斜褶皺構造、斷裂，最大埋深為680 m。

隧道工程區域內為黃河水系，由于地勢高差較大，夏季降水較為集中，并且黃土質地松軟，水力侵蝕嚴重，溝谷發育強烈，形成南北向季節性河流。隧道分水量以北主要以基巖裂隙水為主，巖體片理、節理裂隙發育，層間黏結力差，富水性較差。南部寒武系中下統白云巖以裂隙巖溶地下水為主，富水性較強。

中條山隧道道路等級按高速公路設計，設計行車速度為80 km/h,小凈距分離式隧道。隧道的縱坡坡率1.88%，為一字坡。設斜井一座，豎井兩座。其中1#斜井長1 498.7 m，縱坡為13.38%；1#豎井306 m，半徑為3.9 m，2#豎井396 m，半徑為3.2 m。雙洞雙車道，圍巖以Ⅲ、Ⅳ級圍巖為主，Ⅴ級圍巖次之。原設計圍巖支護參數見表1、圖1和圖2。

圖1 緊急停車帶襯砌

圖2 緊急停車帶臨時支護

表1 圍巖支護設計參數（cm）

1.2 塌方情況

（1）隧道右線7#緊急停車帶（YK10+942—YK10+902）監控數據顯示：變化速率均在8～10 mm/d，其中以YK10+935—YK10+915段變形尤為嚴重，且拱架已經產生嚴重變形。（2）右線YK10+935—YK10+905段發生塌方，長度為30 m，塌腔高度平均6～8 m，最大9 m，已經完成的初期支護遭到嚴重破壞；YK10+970—YK10+935段拱架也產生了明顯變形、斷裂。（3）隧道左線7#緊急停車帶（ZK10+970—ZK10+930）段初支出現不同程度的拱架扭曲變形、噴射混凝土開裂和脫落現象。

1.3 原因分析

通過對類似問題[1-3]分析，塌方主要原因：（1）該段埋深621～665 m，巖層為長城系北大尖組頁巖夾層，巖石破碎易坍塌。（2）在隧道K10+540—K11+350段內發育一斷裂構造，巖石破碎，滲透性強，涌水量大，對隧道的施工影響較大。（3） 在隧道掘進時未按圍巖情況及時調整開挖工法，且進尺較大。

2 塌方處治原則及方案

2.1 處治原則

（1）確保已施工完二襯至塌方段初支不存在安全隱患，加強對該段初支的沉降觀測，對已經出現變形、開裂的地段采用加豎向支撐、護拱(套拱)的方法進行加固。（2）臨時支撐包括臨時仰拱封閉完成后，通過量測確定圍巖已趨于穩定后，再逐步對變形、開裂段進行置換處理。（3）塌方鄰近段初支變形、開裂處理完成后，再進行塌方段處理，確保施工安全，穩扎穩打、步步為營。

2.2 處治方案設計

處治順序：先處治右線 YK10+970—YK10+935段初支變形段；再處治 YK10+935—YK10+905 塌方段；最后施工左線ZK10+970—ZK10+930 段初支變形段。

2.2.1 YK10+970—YK10+935段初支變形段處治

（1）采用Φ100圓木或現場現有Φ100焊管對已經開裂、變形段初支作豎向支撐，自YK10+970處開始向小里程方向采用加護拱的方式對YK10+970—YK10+935段進行加固，護拱拱架采用I22b工字鋼，間距50 cm；護拱架立完成后，采用C25噴混凝土進行封閉，使護拱與已施工初期支護形成整體受力結構。（2）待監控量測數據穩定后，自YK10+970處開始逐榀拆除護拱，對變形、侵線處初支作鑿除或微弱爆破處理，進行置換。對置換過程中拱部產生塌腔的，小于50 cm的空腔采用C25噴射混凝土作噴實處理，大于50 cm的空腔在進行拱架置換時預留注漿孔，封閉后采用C30泵送混凝土對空腔進行回填。

2.2.2 YK10+935—YK10+905塌方段處治

（1）將塌方產生的石渣修成平臺，為便于機械操作及確定安全，平臺長度控制在5 m，平臺高度根據現場實際確定。為保證石渣的穩定性，需對石渣堆體作注漿處理，并在石渣表面噴20 cm厚C25噴射混凝土。（2）平臺渣體穩定后，采用C25噴射混凝土對拱部圍巖進行封閉。采用I22型工字鋼進行支護，間距為50 cm。為確保施工安全，應根據實際縮短每環進尺。噴射混凝土采用環形、分次噴射，同時預埋好注漿管。（3）按照錯挖馬口的方法，將石渣右側下挖2.0 m，并修成平臺，對側墻初支進行置換,單次開挖長度控制在1 m以下。（4）采用C30泵送混凝土對拱部塌腔進行回填，并盡量保持兩側平衡。回填的混凝土拱圈厚度按照2 m控制，頂部剩余空腔采用泵送粉煤灰混凝土填充。（5）待泵送混凝土凝固后，對掌子面附近剩余的變形初支進行拆除加固。見圖3、圖4。

圖3 塌腔回填

圖4 塌方處理石渣堆放體注漿穩固

2.2.3 左線ZK10+970—ZK10+930段初支變形段

受右線塌方影響，左線7#緊急停車帶初期支護也發生不同程度變形，為防止應力二次分布影響左線圍巖穩定，對左線采用加護拱（I22型工字鋼，1 m間距）的方案進行加固。

3 施工注意事項及治理效果

結合其他項目經驗[2-4]和現場施工過程，施工注意事項：（1）為使處理過程安全、快速、有效，自三個作業面支護班組中選擇較高操作水平的施工人員組成突擊隊，由項目經理負總責，全面處理過程中的施工安全、人員及設備組織、技術方案的靈活運用及優化工作。（2）現場安全員配備3名，處理工程中全程跟蹤，同時負責對周邊初支開裂段的觀察、排險工作，重點協調其它作業面的爆破作業面。（3）石渣平臺必須結構穩定，防止平臺出現垮塌事故。（4）塌腔處理必須在對塌腔巖面采用C25噴混凝土封閉穩定后進行，排險必須徹底。（5）置換后的拱架、連接筋、鋼筋網及鎖腳錨管施工必須符合《公路隧道施工技術規范》（JTG F60-2009）要求。（6）護拱的拆除嚴格按照穩扎穩打、處理完成一處再進行下處處理的方法進行，確保施工安全。（7）本段處理過程中，切實加強監控量測工作，以數據為依據。

根據塌方處理段監控量測數據，塌方段處理后，拱頂沉降與周邊收斂呈下降趨勢并趨于穩定。三處塌方及塌方影響段，在初支穩定及初支無侵限情況完成了二襯施工，運營幾年來，未出現過變形過大、襯砌開裂等情況，處治效果良好。

4 結語

由于隧道地質條件復雜，應在隧道施工中高度重視監控量測和超前地質預報工作，采取合理的開挖和支護方法，防止塌方發生。塌方發生后，首先要采取有效的搶險措施，防止塌方范圍繼續擴大。在處理塌方時，中、小型巖石類塌方可通過觀察坍壁穩定情況是否采用清碴處理，同時可根據坍腔矢跨比采取不同的處理措施；大型巖石類和土質類塌方一般采取“注漿+管棚”的整體加固處理方法。塌方段處治完成后，要重點做好該區域防排水設施并增加二襯配筋設計，可有效減少運營期襯砌滲水和變形現象。