隧洞大變形洞段塌方處理

唐建智 （浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310051）

隧洞大變形洞段塌方處理

唐建智 （浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310051）

隧洞開挖后破壞了圍巖原有的應(yīng)力平衡，為達(dá)到新的平衡，圍巖應(yīng)力必然會重分布，本文就廣西某隧洞工程隧洞大變形洞段的塌方處理為例，介紹隧洞大變形洞段灌漿固結(jié)法處理變形的一種成功措施。

隧洞施工；變形；塌方處理

一、工程概況

廣西某隧洞全長10.545km，采用“城門洞”型，襯砌后斷面尺寸為3m×4.4m，開挖斷面為4.16m×高5.38m，發(fā)生大變形洞段位于隧洞進(jìn)口0+541～0+564段，隧洞進(jìn)口段位于沙坪至舊州公路企石屯前沖溝上，圍巖為三疊系下統(tǒng)（T1）薄層粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，全～強(qiáng)風(fēng)化，巖體破碎，已風(fēng)化呈土黃色碎塊石狀粘土，隧洞處于地下水位線之下，有較豐富的地下水活動，洞室自穩(wěn)性差，圍巖類別為V類，人工配合機(jī)械開挖、無爆施工，初期支護(hù)為噴砼厚度180㎜，徑向砂漿錨桿(Φ22，L=2500㎜)，縱環(huán)間距1000㎜×1000㎜，每排13根，掛網(wǎng)Φ6.5@150㎜×150㎜，超前管式錨桿(Φ33.5，δ=3.25，L=5000㎜)13根、縱環(huán)間距3000㎜×400㎜，與水平成50角，工字鋼間距1.0m，鎖腳錨桿(Φ22，L=2.5m)2×2側(cè)=4根，隧洞二次襯砌為50㎝厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

二、變形發(fā)生情況

前期對鋼支撐進(jìn)行觀測時均未發(fā)現(xiàn)較大變形問題，但由于隧洞在長期行車和泡水影響，鋼拱架底部存在軟化、泥化，洞室穩(wěn)定性存在很大影響。因此，暫停隧洞開挖進(jìn)行二次混凝土襯砌。由于當(dāng)時正值強(qiáng)降雨季，洞內(nèi)地下水較多，加上底部軟化泥化較為嚴(yán)重，在清理松散和混凝土施工過程中一直不是很順利。變形前發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)抽水量較正常情況明顯增多，而后發(fā)現(xiàn)0+541～0+564段鋼支撐右側(cè)發(fā)生較大側(cè)向變形。結(jié)合近期工程所在地普降暴雨，經(jīng)過數(shù)日滲透遂在本段隧洞簿弱部位聚集、累積而形成較大偏壓力造成隧洞變形、坍塌?，F(xiàn)場情況為：左側(cè)工字鋼幾乎未變形，右側(cè)工字鋼底部發(fā)生向內(nèi)偏移0.6～1.43m的大變形，拱頂下沉約0.2m；右半拱局部已局部浸入二襯結(jié)構(gòu)尺寸要求；右側(cè)鋼拱架變形量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二襯結(jié)構(gòu)尺寸要求，必須進(jìn)行處理；并經(jīng)鋼筋試探，松散碴體厚體達(dá)3m以上、預(yù)計碴體厚度達(dá)4m左右。

三、隧洞發(fā)生塌方原因分析

經(jīng)分析有如下因素：1.圍巖為全～強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖體已風(fēng)化呈土黃色碎塊石狀粘土，隧洞有較豐富的地下水活動，已層護(hù)洞段的巖體軟化、泥化，圍巖局部變形；2.因開挖期間重型車輛頻繁行走，鋼拱架的底部被水長期浸泡后軟化已懸空，底部重直和橫向支承力減少；3.正值雨季，繁頻降雨，滲水量增加，在隧洞簿弱部位聚集、累積而形成較大偏壓力，為達(dá)到新的平衡，必須應(yīng)力重分布，以致造成隧洞大變形或坍塌。

四、隧洞塌方處理方案確定

發(fā)生塌方后，參建各方召開專題研討會，分析塌方發(fā)生原因及其規(guī)模、規(guī)律，提出加固措施迅速處理，防止塌方范圍的延伸和擴(kuò)大。塌方段施工，應(yīng)按照以下原則：先采取臨時支護(hù)措施加固好端部未破壞的支護(hù)洞段，并研究塌方變形處理措施與永久支護(hù)、臨時支護(hù)相結(jié)合的措施進(jìn)行綜合處理。因此，本段塌方初期考慮以下兩種處理方案：

處理方案一：在對已變形洞段進(jìn)行橫向臨時加固后，在保持穩(wěn)定情況下，在既有兩榀鋼拱架之間用風(fēng)鎬沿洞周掏一槽至原設(shè)計開挖線位置，深度與寬度根據(jù)該處變形情況確定，再將彎制成形的鋼支撐安裝到槽內(nèi)，打設(shè)鎖腳錨桿鎖定，開挖該段變形土體，再用乙炔、氧氣割劇已變形的鋼支撐，如下循環(huán)推進(jìn)，約一個分塊長度時即澆筑二次襯砌混凝土。

處理方案二：對已變形洞段采用灌漿固結(jié)法固結(jié)坍塌體進(jìn)行處理。首先對變形段鋼支撐設(shè)置橫向、縱向臨時加固支護(hù)措施后，采用風(fēng)鉆鉆孔，安裝鋼花管進(jìn)行固結(jié)灌漿，在固結(jié)灌漿3d達(dá)到一定強(qiáng)度后，即在變形段的右側(cè)采用風(fēng)鎬鑿除灌漿固結(jié)，用乙炔、氧氣割斷右側(cè)已變形鋼支撐，稍加校正后即在設(shè)計位置重新安裝、焊接并加固，如下循環(huán)推進(jìn)，約一個分塊長度時即及時進(jìn)行混凝土襯砌作業(yè)。

五、隧洞塌方處理方案確定

塌方處理，經(jīng)驗不少，但教訓(xùn)也不少。有的工程在處理塌方時不但未能及時處理好，反而使塌方規(guī)模更加擴(kuò)大，造成人力物力浪費，延誤工期。因此，處理塌方時，必須查明塌方原因、規(guī)模等制定施工方案，進(jìn)行處理。

因本段隧洞大變形塌方段發(fā)生進(jìn)行分析后，并現(xiàn)場觀測左側(cè)鋼支撐均未有較大變形，拱頂下沉量因施工時考慮緊貼圍巖面，因此自左側(cè)至拱部中間偏右均能滿足設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸要求，可不予拆除。另外探測到右側(cè)松散碴體較厚，且現(xiàn)場試探取下數(shù)塊碴體即引起以上坍體滑動，因此未進(jìn)行灌漿即開挖將引起上部碴體下落，導(dǎo)致塌方進(jìn)一步擴(kuò)大。

因此，最終采取對坍體進(jìn)行固結(jié)灌漿處理的方法即第二種處理方案進(jìn)行處理較為理想，它通過一定的灌漿壓力將漿液壓入碴體，起到阻水、充填裂隙形成網(wǎng)狀漿脈、對松散碴體進(jìn)行擠密壓實以提高碴體強(qiáng)度等作用，以使右拱部及邊墻固結(jié),以致坍體本身具有一定的自穩(wěn)性。

六、隧洞塌方處理方案

隧洞塌方處理方案按照以下原則處理：洞內(nèi)加固處理→右側(cè)變形段固結(jié)灌漿→開挖、循環(huán)掘進(jìn)→二次襯砌。具體措施如下：

1.對變形段及未變形段鋼支撐進(jìn)行加固，防止進(jìn)一步變形或擴(kuò)大：

①對未變形段，采用工字鋼于底部以上約1.0m處每隔一榀鋼支撐進(jìn)行對撐加固，與之焊接.

②對已發(fā)生較大變形鋼支撐段，同樣采用工字鋼于底部以上約1.0m處每榀進(jìn)行對撐加固、與之焊接.

③在拱頂以下軸線附近每榀處設(shè)一根重直支撐型鋼、頂住拱頂所受的垂直荷載，鎖定拱頂在處理過程不在發(fā)生下沉變形。型鋼采用工字鋼及底部焊接鋼板作墊板底座并與之焊接。

④然后在右側(cè)起弧處至左側(cè)橫撐連接部位處設(shè)置斜撐，限制右側(cè)起弧部位發(fā)生變形，型鋼尺寸依現(xiàn)場情況確定。

在上述步驟加固完成后變形段鋼支撐橫向、豎向均已限制其變形，為下一步處理創(chuàng)造了條件。

2.對隧洞右側(cè)出現(xiàn)裂縫的初期支護(hù)進(jìn)行處理，然后噴砼進(jìn)行封閉，為灌漿作準(zhǔn)備。

3.打灌漿孔，采用風(fēng)鉆鉆孔，安裝ф33.5的鋼花管，長度L=3.0m，分別在右側(cè)設(shè)置數(shù)排灌漿管，方向垂直鋼支撐或稍往前方。

4.根據(jù)圍巖特性和空腔體積，可選用純水泥漿或水泥砂漿、化學(xué)灌漿等漿液材料進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿順序自上游往下游、自下往上的灌漿，灌漿壓力以不擾動噴砼面為宜。

5.在上述灌漿處理3d后，即可以進(jìn)行開挖，采用風(fēng)鎬逐榀開挖、乙炔氧氣割除右側(cè)變形鋼支撐，稍加校正，安裝工字鋼、焊接，掛網(wǎng)、噴砼等支護(hù)；逐榀往前推進(jìn)，并根據(jù)洞室穩(wěn)定情況約5～10m間距即澆筑二襯混凝土，直至處理完成。

6.隧洞變形較大區(qū)域可在每榀鋼支撐底部設(shè)置橫向水平對撐型鋼，作為永久支護(hù)措施澆入墊層砼內(nèi)。

本處變形段塌方處理僅耗用63.5t水泥灌漿，其余鋼支撐可全部重復(fù)利用或回收，且開挖和初期支護(hù)工期兩次總共不到10天時間即完成23m長的隧洞大變形處理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和進(jìn)度效果。

七、結(jié)束語

本文從塌方發(fā)生的原因分析，選擇、確定塌方處理方案，提出了符合現(xiàn)場實際情況的“灌漿固結(jié)法”加固坍碴體的處理方案，取得了良好效果，若遇到類似塌方變形段則本文介紹的方法是一種值得推薦應(yīng)用的處理方法。

[1]關(guān)寶樹?隧道工程施工要點集?北京?人民交通出版社，2003.