公路工程隧道施工塌方治理技術(shù)研究

孫良蕊

（菏澤鑫盛路橋公路工程有限公司，山東 菏澤 274000）

1 工程概況

某公路隧道全長1080m，160m為其埋深最大值，單洞屬于雙向雙車道，14.66m為隧道凈寬，7.8m為隧道凈高。由于構(gòu)造運動的強烈影響，隧址區(qū)中部形成斷裂破碎帶。依照鉆探結(jié)果顯示，破碎帶發(fā)育構(gòu)造角礫巖或斷層泥，與斷層帶相近部位的灰?guī)r存在溶蝕情況。原設(shè)計當(dāng)中，隧道K3+882-K3+731段采用III深支護，施工以雙臺階法為準(zhǔn)。上下臺階距離可達到50m左右。在上臺階掘進施工中，當(dāng)施工至K3+731段時，初次支護后，第二天進行超前小導(dǎo)管等施工時，隧道頂部偏右2m部位出現(xiàn)巖體局部失穩(wěn)垮塌問題，此時迅速停止施工，并將設(shè)備、人員緊急撤出，緊接著垮塌范圍進一步加大，并有250m3錐形體出現(xiàn)于掌子面位置，可判定為中規(guī)模塌方，本次塌方造成的損失包括：超前小導(dǎo)管完全失效；破壞了最近處的一榀鋼拱架拱頂和右拱腰部位，未見人員傷亡［1］。

2 公路隧道施工活動中發(fā)生坍塌的原因

2.1 不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

1）隧道一旦通過斷層及其破碎帶，或在薄巖體的小褶皺錯動發(fā)育地段，潛在應(yīng)力釋放，圍巖失穩(wěn)，引起圍巖坍塌。2）在特殊裂隙發(fā)育地段、破碎帶和軟弱脈夾層地段，相互擠壓的塊體開挖后將失去穩(wěn)定性。3）在地下水的作用下，開挖后巖石表面的強度大大降低，失去了自身的穩(wěn)定能力，導(dǎo)致坍塌［2］。

2.2 隧道設(shè)計因素

1）選隧址時，地質(zhì)調(diào)查不詳細(xì)，對不良地質(zhì)認(rèn)識不到位，缺乏詳實的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，造成施工方案編制錯誤。2）不良地質(zhì)條件下預(yù)支護及加固方案設(shè)計不合理，施工過程中支護強度不足，導(dǎo)致塌方。

2.3 施工方法和措施不當(dāng)

1）由于地質(zhì)條件不清或施工方案編制者缺乏相應(yīng)經(jīng)驗，所選施工方法不適合地質(zhì)條件。2）施工過程中，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化，支護方案或施工方法需要變更時，施工方法未及時變更。3）初期支護施工不及時，支護搭設(shè)不符合要求。初期支護是充分利用圍巖穩(wěn)定性，防止隧道塌方的技術(shù)措施。施工不當(dāng)會導(dǎo)致圍巖過度累積變形和坍塌。4）隧道開挖后，必須及時進行初期噴射混凝土封閉圍巖，減小變形，使開挖輪廓周圍圍巖變形逐漸穩(wěn)定。開挖后，地層長期暴露，導(dǎo)致圍巖松動、風(fēng)化，失去自穩(wěn)能力，發(fā)生坍塌事故。5）高速公路山區(qū)隧道開挖多采用鉆爆法開挖；6）監(jiān)測是新奧法建設(shè)的重要組成部分。施工過程中如不及時測量，或測量數(shù)據(jù)異常時未采取有效措施，已完成的初期支護部分可能因變形過大而坍塌。7）圍巖開挖后，對開挖輪廓線內(nèi)的孤石、松散危巖進行處理。如果處理方法不當(dāng)，會造成人工塌陷。

3 公路隧道坍塌的相關(guān)治理措施

3.1 大管棚處理技術(shù)

大型管棚施工的第一道工序是在拱頂以上開挖1-1.5m高的管棚。然而，在管棚開挖階段，坍塌影響的初始變形通常比較嚴(yán)重，也會引起嚴(yán)重的開裂問題，不能保證人員和工程的安全。崩塌的主要部分是碎石土。由于其粘結(jié)性能差，結(jié)構(gòu)松散，很難準(zhǔn)確控制鉆機的鉆進方向，導(dǎo)致鉆渣在鉆進過程中坍塌沉陷，鉆機方向偏差較大，影響工程質(zhì)量。因此，必須加強對大管棚施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，有效提高結(jié)構(gòu)的強度性能，同時避免出現(xiàn)嚴(yán)重的施工偏差問題，從而保證大管棚的結(jié)構(gòu)性能滿足工程需要防止坍塌事故的發(fā)生［3］。

3.2 小管道超前灌漿方案

小導(dǎo)管的主要優(yōu)點是不需要開挖工作室，施工速度快，操作方便，可實現(xiàn)多臺鉆機同時鉆進施工。雖然注漿施工次數(shù)較多，鋼管安裝數(shù)量較多，但小導(dǎo)管注漿施工靈活靈活。同時，小導(dǎo)管注漿施工可隨時針對地質(zhì)條件較差的地區(qū)，確保其結(jié)構(gòu)性能合格。在對施工路段進行綜合分析調(diào)查后，綜合考慮經(jīng)濟性、施工難度、安全性等因素，選擇合適的塌方處理方案，小導(dǎo)管超前注漿施工應(yīng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行，以更好地消除不良地質(zhì)條件的影響，保證后續(xù)鉆孔施工順利進行，確保工程安全，防止坍塌事故。

3.3 超前支護

施工前應(yīng)調(diào)查確定圍巖標(biāo)高。對于易發(fā)生塌方事故的軟弱破碎地段，應(yīng)根據(jù)工程需要選擇適當(dāng)?shù)某爸ёo施工方法，以提高圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免隧道塌方事故的發(fā)生。采用超前支護可以有效地防止塌方事故的發(fā)生。支護施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計方案進行，以更好地提高隧道工程的安全性。

3.4 應(yīng)急處置措施

穩(wěn)定塌體、控制塌方規(guī)模是本隧道工程塌方應(yīng)急處置的重點，通過應(yīng)急處置，可以有效避免塌方進一步擴展。具體施工流程如下［4］。

1）采用Ф6.5mm的鋼筋網(wǎng)（25cm×25cm）與C25混凝土（25cm厚）結(jié)合的方式，封閉塌體表面，隨后在塌方底部填筑渣土，并進行壓實。2）當(dāng)塌體恢復(fù)自穩(wěn)能力后，可按梅花型布設(shè)注漿小導(dǎo)管，直徑為50cm，長度為4m，通過注漿法加固塌體。3）針對K3+8746-K3+731段，可在拱部120°范圍內(nèi)徑向按梅花型布設(shè)無縫錨管，做注漿加固處理。

3.5 處理山體滑坡

1）若塌方量較小，且在塌方范圍內(nèi)已進行噴錨或支護較牢固時，可從兩端或先一端再向下逐漸消除塌方。注意拱頂及圍巖變化的可能性，避免二次坍塌。開挖后應(yīng)立即搭設(shè)臨時支護，臨時支護必須緊靠塌方空腔面。如果坍塌體過大，不能完全保證不會發(fā)生二次坍塌，不要清理坍塌體。塌方體采用臨時錨噴支護、鋼拱支護或模板混凝土作為拱頂臨時支護。在保證安全的前提下，拱腳應(yīng)下挖作剛性支撐。

2）當(dāng)塌方量較大，因塌方塊體無法進入塌方區(qū)支護時，可采用長管棚或注漿加固塌方體。崩塌體穩(wěn)定后，按照“短進尺、弱爆破、早封閉”的原則開挖塌方體，盡快進行襯砌。有時，為了減少坍塌空洞的暴露時間，可采用一次性模板混凝土封閉支架。當(dāng)崩塌地段圍巖完整性差或富水時，應(yīng)采用預(yù)注漿加固塌方段圍巖。

3）如遇塌方冒頂，應(yīng)在塌方體處理前對洞口進行支護，并對洞周巖石表面進行噴錨封堵，以防塌方體在隧道內(nèi)再次開挖時，上部頂板發(fā)生二次塌方。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時，沉孔周圍的地面也應(yīng)采用錨桿或表面注漿加固。地表四周及洞口以上應(yīng)采取防排水措施，防止雨水進入塌方洞軟化圍巖。如果塌陷空洞頂部地表埋深很淺，塌陷空洞較大，可根據(jù)情況開挖進行表面處理。

4 結(jié)語

為滿足公路交通運輸需求，我國隧道工程數(shù)量日益增多，在建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大的同時，仍會出現(xiàn)各類問題，尤其是隧道塌方問題。目前，在隧道塌方治理方面已積累了大量經(jīng)驗，但每一個工程的實際情況并不相同，應(yīng)充分考慮工程具體情況，采取針對性的治理措施，從而保證隧道施工安全。