渝湘高速公路正陽隧道塌方治理方案研究

高攀科，毛紅梅，宋秀清，吳恒濱

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道工程系，陜西 渭南 714000;2.重慶三峽學(xué)院土木工程學(xué)院，重慶萬州 404000)

渝湘高速公路正陽隧道塌方治理方案研究

高攀科1，毛紅梅1，宋秀清1，吳恒濱2

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道工程系，陜西 渭南 714000;2.重慶三峽學(xué)院土木工程學(xué)院，重慶萬州 404000)

塌方一直是我國(guó)隧道建設(shè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。從施工過程中冒頂塌方形成經(jīng)過、產(chǎn)生塌方原因入手，對(duì)渝湘高速公路正陽隧道一次塌方事故提出治理方案，認(rèn)為巖隙滲水作用于覆蓋層較薄、滲透性強(qiáng)的松散破碎地段使隧道上方巖土體的自穩(wěn)能力惡化;通過坍口設(shè)置截水溝及多種形式注漿技術(shù)，及時(shí)加固坍塌體，封堵巖隙滲水。方案效果良好，具有一定借鑒意義。

公路隧道;塌方;治理方案;注漿

0 引言

隨著西部大開發(fā)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)原有交通路網(wǎng)已不能滿足需要。為了滿足日益增長(zhǎng)的陸路交通，最近20年來，規(guī)劃和建設(shè)了一大批鐵路、公路線網(wǎng)，并逐漸摒棄原有的盤山道路，選用線路距離較短的隧道工程穿越山嶺河海。截止2007年，我國(guó)大陸上已建成的鐵路隧道有8632余座，總延伸6322 km;公路隧道4673余座，總延伸2555.5 km。我國(guó)在隧道建設(shè)方面取得了快速的發(fā)展和舉世矚目的成就，已成為世界上隧道數(shù)量最多、建設(shè)規(guī)模最大、發(fā)展速度最快的國(guó)家［1～6］。

在隧道建設(shè)中，由于其自身特點(diǎn)，施工過程往往存在較多不確定性因素和復(fù)雜工程地質(zhì)環(huán)境。設(shè)計(jì)施工中稍有不慎，易造成隧道塌方，淺埋隧道還可能發(fā)生冒頂事故，給施工帶來極大困擾。如何有效應(yīng)對(duì)和治理隧道塌方一直是我國(guó)隧道建設(shè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)［7～11］。

1 工程概況

西部開發(fā)省際公路通道重慶至長(zhǎng)沙公路(以下簡(jiǎn)稱“渝湘高速公路”)是我國(guó)規(guī)劃西部開發(fā)通道的一部分，也是寧波至樟木國(guó)家重點(diǎn)干線公路的重要組成部分，是重慶市路網(wǎng)規(guī)劃“兩環(huán)八射”中的一射，黔江至彭水段是渝東南地區(qū)重要的運(yùn)輸通道。渝湘高速公路的建設(shè)對(duì)我國(guó)實(shí)施西部大開發(fā)，保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展具有十分重要的意義。

隧址山體地貌屬于構(gòu)造剝蝕溶蝕地貌，經(jīng)歷了海拔600 m左右，800 m左右兩個(gè)溶夷谷地的垅崗谷地型巖溶組合地貌和脊?fàn)畹椭猩降孛矄卧?，其中三疊系地層一般組成高差在80～100 m的溶蝕山丘及洼地，構(gòu)成垅崗谷地型巖溶組合地貌的中心;二疊系地層多組成渾圓高大的山體，構(gòu)成垅崗谷地型巖溶組合地貌的邊緣;志留系地層多組成鰭脊?fàn)钌胶推籂钌健^(qū)內(nèi)山頂海拔最高處為907 m，溝谷最低處海拔約622 m，地形最大切割深度約285 m。左線隧道進(jìn)口段山坡坡向約170°，自然坡度約18°，出口段山坡坡向約327°，自然坡度約20°;右線隧道進(jìn)口段山坡坡向約180°，自然坡度約15°，出口段山坡坡向約337°，自然坡度約20°。其中路線走向與區(qū)內(nèi)最高峰山脊走向呈約45°夾角斜交。

ZK32+847～842坍方冒頂段隧址處于早期滑坡后邊緣，覆蓋層主要是殘坡積的粘性土、角礫土、碎石土、塊石土等，松散破碎，地下水貧乏，雨季巖隙裂隙水大，圍巖穩(wěn)定性差。

圖1 坍方掌子面現(xiàn)場(chǎng)

2 塌方形成過程及原因

2.1 施工過程

ZK32+847～842坍方冒頂段原采用S5b支護(hù)襯砌類型，短臺(tái)階法施工。2006年9月7日，拱部開挖至ZK32+847時(shí)發(fā)生坍塌，將超前支護(hù)砸成梳狀外露，掌子面塌方現(xiàn)場(chǎng)見圖1。當(dāng)晚及9月8日大雨后，坍方不斷擴(kuò)大，至9月8日5時(shí)洞頂?shù)乇硇纬梢粋€(gè)直徑約5 m、深度約3 m的坍穴，距暗洞拱頂垂直距離約30 m。形成塌穴距離最近居民民房?jī)H40 m，塌穴與居民民房位置關(guān)系見圖2。

圖2 地表塌穴、民房與隧道平面位置關(guān)系

2.2 塌方原因

從隧道內(nèi)及地表坍穴來看，覆蓋層圍巖為泥夾塊石的坡積層，其滲水性強(qiáng)，隧道在經(jīng)歷強(qiáng)降雨后，地表降水主要以巖隙滲水的形式由地表從隧道掌子面排出。這一過程破壞了塊石間的粘結(jié)力及圍巖自穩(wěn)能力。此時(shí)，加之隧道開挖后新的臨空面形成，在圍巖自重荷載作用下發(fā)生坍塌。

3 塌方處理方案

由于坍方段的覆蓋層薄、圍巖松散破碎，地表滲水對(duì)洞身圍巖的穩(wěn)定性影響大，且洞身中、下部及仰拱開挖支護(hù)擾動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)一步影響其穩(wěn)定性，故必須對(duì)地表坍腔及坍塌體、洞內(nèi)坍口及相鄰初期支護(hù)段進(jìn)行緊急加固處理，防止坍方的進(jìn)一步擴(kuò)大。具體實(shí)施簡(jiǎn)述如下(參見圖3)。

圖3 處理方案示意圖

3.1 地表坍腔的加固處理

(1)坍腔上支撐覆蓋篷布，距坍口5 m設(shè)漿砌片石排水溝，防止降雨及地表水進(jìn)入坍腔。

(2)地表坍穴四周及坍腔壁采用φ42 mm小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管長(zhǎng)5.0 m，間距1.2 m×1.2 m;掛φ8 mm鋼筋網(wǎng)、噴射砼封閉，噴射砼厚10 cm。

(3)坍塌體加固處理:因塊石土內(nèi)無法成孔，故采用R51自鉆式錨桿注漿作為φ108 mm鋼管的成孔條件。鉆孔方向采用傾斜孔(15°～20°)及豎直孔相結(jié)合;豎直孔主要作用為固結(jié)坍塌體，傾斜孔作用為固結(jié)及鎖住坍塌體。為保證注漿效果，注漿采用水泥水玻璃雙液注漿。

3.2 洞內(nèi)加固處理

(1)反壓回填掌子面，挖掘機(jī)夯實(shí)并噴砼封閉。

(2)ZK32+850～847拱部采用φ42 mm小導(dǎo)管注漿加固圍巖，防止坍塌的繼續(xù)擴(kuò)大;小導(dǎo)管長(zhǎng)4.5 m，間距0.75 m(縱)×1.0 m(環(huán))。

(3)反壓回填掌子面施作R51自鉆式錨桿+φ108 mm長(zhǎng)管棚(管棚內(nèi)設(shè)3根φ22 mm鋼筋籠，并灌注C30水泥砂漿增加剛度)超前注漿加固，注漿采用水泥水玻璃雙液漿。

(4)ZK32+847～827段變更為S5c襯砌支護(hù)，φ42 mm向間距0.4 m，1 m(2榀工字鋼)設(shè)一環(huán)。

3.3 雙液注漿技術(shù)參數(shù)

水泥漿水灰比1∶1，水泥漿水玻璃體積比1∶0. 5;水玻璃濃度為35 Be';模數(shù)為2. 4;注漿壓力:小導(dǎo)管注漿0.5～1.0 MPa;管棚及R51自鉆式錨桿注漿:初壓0.5～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。注漿參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)按實(shí)際情況確定，注漿量根據(jù)實(shí)際情況作相應(yīng)調(diào)整。

4 施工注意事項(xiàng)

(1)施工步驟:地表坍腔及坍塌體加固處理—洞內(nèi)掌子面反壓回填—洞內(nèi)坍口相鄰段圍巖加固—超前自鉆式錨桿及長(zhǎng)管棚施工—開挖支護(hù)。

(2)施工前應(yīng)由施工技術(shù)人員對(duì)施工班組進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人現(xiàn)場(chǎng)指揮，并設(shè)有安全防護(hù)及專人進(jìn)行安全觀測(cè)，如有異常情況及時(shí)采取相應(yīng)處理措施。

(3)該方案中固結(jié)坍塌體使之處于穩(wěn)定最為關(guān)鍵，應(yīng)采用反復(fù)、多次注漿的辦法保證注漿質(zhì)量，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)。

(4)及時(shí)施作下臺(tái)階初期支護(hù)及仰拱襯砌。

(5)本隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用新奧法原理采用復(fù)合襯砌，施工過程中必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)掌握圍巖在開挖過程中的動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，提供有關(guān)隧道施工的全面、系統(tǒng)信息資料，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。通過對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的分析和判斷，對(duì)圍巖－支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測(cè)，并據(jù)此制定相應(yīng)的施工措施，以確保洞室周邊巖體的穩(wěn)定以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。

5 結(jié)語

(1)塌方作為隧道建設(shè)過程中常見、典型的事故［7］，其產(chǎn)生和發(fā)展的誘因常與雨季地表降水增多有關(guān)，在覆蓋層較薄、滲透性強(qiáng)的松散破碎地段地表滲流對(duì)隧道上方巖土體的自穩(wěn)能力產(chǎn)生較大影響，誘發(fā)坍方。

(2)坍方體的開挖作業(yè)擾動(dòng)會(huì)進(jìn)一步影響圍巖穩(wěn)定性，故對(duì)于塌方冒頂，應(yīng)對(duì)地表坍腔及坍塌體、洞內(nèi)坍口及相鄰初期支護(hù)段進(jìn)行緊急加固處理，防止坍方的擴(kuò)大。

(3)隧道塌方治理中，坍口應(yīng)設(shè)置截水溝，避免地表徑流進(jìn)一步下滲;并通過自鉆式錨桿、小導(dǎo)管及長(zhǎng)管棚等多種形式注漿技術(shù)及時(shí)加固塌穴周邊地表、隧道上方地層和坍塌體，封堵巖隙滲水。正陽隧道塌方治理方案效果良好，具有一定借鑒意義。

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Study on Tunnel Collapse Treatment of Yuxiang Highway

GAO Pan-ke，MAO Hong-mei，SONG Xiu-qing，WU Heng-bin2(1.Shannxi Railway Institute，Weinan Shannxi 714000，China;2.Chongqing Three Gorges University，Wanzhou Chongqing 404000，China)

Tunnel collapse has been a key issue in the tunnel construction field in China.A treatment method was formed for a collapse in Zhengyang Tunnel of Yuxiang highway based on the formation process of roof fall and the cause of collapsing accident in the construction.Self-stability of the surrounding rock above the tunnel is exacerbated by the affection of the thin overburden layer and weak stratum of rock with the groundwater in cranny.A channel is constructed around the mouth of collapse to strengthen the collapsing section and succeeded to seal the seepage water.

highway tunnel;collapse;treatment method;grouting

U458.3

A

1672－7428(2011)09－0093－03111

2011－03－28;

2011－05－22

高攀科(1984－)，男(漢族)，河南郟縣人，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，橋梁與隧道工程專業(yè)，碩士，主要從事隧道及地下工程研究與教學(xué)工作，陜西省渭南市站北路東段1號(hào)，gpkkyy@163.com。