隧道淺埋偏壓斷層破碎帶塌方處理施工技術(shù)

陳春華

（中鐵十一局集團一公司，湖北 襄陽 441104）

1 工程概況

樂昌至廣州高速公路梅花隧道位于廣東省樂昌市梅花鎮(zhèn)境內(nèi)，設(shè)計為左、右洞雙向六車道，隧道最大開挖斷面寬度19.09m。隧道左洞原設(shè)計在區(qū)域構(gòu)造上屬于湘粵坳褶束中的粵北凹褶束與粵中坳褶中的連龍凹褶束的接壤處，構(gòu)造發(fā)育，以南北向華夏系構(gòu)造為主體。左洞ZK24+205～ZK24+335段設(shè)計為V級圍巖，頂板厚12.2～39.5m，該段淺埋偏壓作用明顯，巖性為東崗嶺組（D2d）中風化灰?guī)r，夾微風化灰?guī)r，為斷層通過地段，巖體破碎、巖溶強烈發(fā)育，富含巖溶裂隙水，巖體完整性系數(shù)Kv=0.35，穩(wěn)定性較差。其中，ZK24+220～ZK24+230段為物探推測斷層破碎帶。ZK24+200～ZK24+330段地表為一溶蝕洼地，巖溶強烈發(fā)育，主要為半充填及全充填溶洞，呈漏斗狀、串珠狀延伸穿越隧道，溶洞分布數(shù)量較多，規(guī)模較大，施工開挖易產(chǎn)生坍塌、基底塌陷，遇雨季易產(chǎn)生較大規(guī)模涌水。

2 塌方段勘察情況

左洞施工至ZK24+249時，隧道ZK24+215～ZK24+248段發(fā)生塌方并冒頂，塌方由外向里延伸，塌方長度達33m。地表勘察發(fā)現(xiàn)地表有明顯塌坑，塌坑里程ZK24+218～ZK24+249，面積約400m2、深度約1.5m；整個塌坑最寬處約25.5m，分別在距線路中心線右偏2.9m、左偏12.1m位置呈現(xiàn)明顯的塌陷落差，在地表出現(xiàn)一明顯的落水洞，落水洞中心距線路中心線左偏5.1m，半徑約4.6m。落水洞四周地表已開裂，裂縫寬度約15cm。塌方段地表情況如圖1所示。

圖1 隧道塌方段洞頂塌陷地貌圖

結(jié)合現(xiàn)場勘察情況，塌方段與設(shè)計推斷ZK24+220～ZK24+230段破碎帶（WF27）影響范圍基本吻合。ZK24+224斷面可見三塊整體掉落的直立層狀塊石，橫向?qū)挾冗_6～8m，填充整個隧道斷面，巖石表面較光滑，夾雜軟弱層；左側(cè)出現(xiàn)溶腔及填充的粘土。根據(jù)現(xiàn)場勘查情況并結(jié)合設(shè)計情況分析，隧道塌方段分布情況如圖2所示。

圖2 隧道塌方段縱向分布示意圖

3 施工技術(shù)難點

施工技術(shù)難點主要包括以下內(nèi)容：a）隧道塌方段已發(fā)生冒頂，圍巖為松散巖堆且夾雜溶洞填充物，成拱效應(yīng)極差，處理過程中極易發(fā)生二次塌方；b）隧道頂部地表為溶蝕洼地，隧道塌方處理施工時如遇雨天，地表水將沿空隙進入塌方體，給施工帶來極為不利的后果；c）塌方段屬淺埋偏壓地段，隧道右側(cè)偏壓作用明顯，隧道施工的安全風險較高；d）隧道塌方體為松散巖堆，鉆孔時易造成 “卡鉆”，鉆孔施工難度大；注漿加固作業(yè)時漿液擴散范圍大，存在注漿量大幅增加但加固效果不明顯等不利因素。

4 施工處理方案

4.1 地表引水及防水處理

隧道塌方段洞頂?shù)乇砀采w土為黃褐色高液限粘土，厚度約1.5～3.0m。因隧道塌方冒頂，地表有明顯陷坑及裂縫，陷坑處有水流滲入的痕跡。

沿塌方段洞頂隧道中線方向，對出現(xiàn)裂縫的地表覆蓋層粘土進行了部分機械挖出后，進行了夯實處理。受地形限制，碾壓設(shè)備無法到達隧道洞頂，夯實以挖掘機平整碾壓為主，人工小范圍輔助夯實為輔。

為避免地表水進入塌方體后對隧道施工造成不利影響，對陷坑滲漏處進行了灌漿堵塞處理，陷坑內(nèi)壁敷設(shè)不透水土工布后進行了砂漿抹面，并挖引水溝將陷坑內(nèi)的積水引走。

4.2 塌方段起點設(shè)置“鎖口圈”

為防止塌方處理時塌方段向洞外方向發(fā)展，在塌方起點設(shè)置了“鎖口圈”。“鎖口圈”長度為10m，即在進入塌方體前的10m洞身范圍按0.5m/榀設(shè)置Ⅰ18工字鋼臨時鋼架，再設(shè)置徑向φ42注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長5m，按1.0m×0.5m梅花型布置。

臨時鋼架設(shè)置完后，靠近塌方體一側(cè)的4榀臨時鋼架以噴射砼封閉形成“鎖口圈”。二襯施工靠近臨時鋼架時，對臨時鋼架及“鎖口圈”進行拆除，然后再施作二襯。

4.3 洞內(nèi)中管棚超前支護

洞內(nèi)超前支護采用了φ108中管棚進行超前支護，管棚每循環(huán)長度12m，每環(huán)41根，沿隧道拱頂兩側(cè)對稱均勻布置。

洞內(nèi)管棚施作必須設(shè)置導(dǎo)向墻，為避免侵限，傳統(tǒng)做法是對隧道斷面進行擴挖后設(shè)置砼導(dǎo)向墻。為避免隧道斷面擴挖對隧道圍巖造成擾動，管棚導(dǎo)向墻以2榀并列為一體的Ⅰ20b工字鋼鋼架替代，管棚外插角適當增大，控制在3°～5°范圍內(nèi)。管棚搭設(shè)完成后進行管棚注漿，漿液采用“水泥—水玻璃”雙液漿，配合比按重量比即水∶水泥∶水玻璃=1∶1∶0.1配置，注漿壓力為0.5～2.0MPa。注漿根據(jù)塌方體空隙情況分多次進行，即為防止?jié){液過度擴散造成浪費，前一次注漿完成、漿液達到初凝狀態(tài)后再開始下一次的注漿。

4.4 開挖支護作業(yè)

4.4.1 控制每循環(huán)進尺

管棚超前支護完成后進行開挖作業(yè)。根據(jù)圍巖情況及監(jiān)控量測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整每循環(huán)開挖進尺。通常情況下，每循環(huán)開挖進尺控制在0.5m。每循環(huán)開挖完成后，及時進行鋼架支護噴錨封閉。

4.4.2 小導(dǎo)管徑向分層次打設(shè)及注漿加固

開挖支護進行6～8個循環(huán)（即累計進尺達到3～4m）后，進行小導(dǎo)管徑向分層次打設(shè)注漿作業(yè)。這個工序是塌方段處理施工的關(guān)鍵一環(huán)，其目的是改善塌方段四周圍巖，增強其自穩(wěn)能力：即通過注漿使隧道圍巖形成一圈管狀的加固圈，以承載松散塌方體對其形成的壓力。隨著隧道開挖進尺的加長，管棚的承載作用由主要變?yōu)榇我?，而注漿加固圈的承載作用則由次要變?yōu)橹饕?。因此，注漿加固圈的施工質(zhì)量是處理隧道塌方段成敗的關(guān)鍵因素之一。小導(dǎo)管徑向分層次注漿加固形成注漿加固圈施工分三個層次進行（如圖3所示）。

圖3 小導(dǎo)管分層次打設(shè)及注漿示意圖

第一層次先均勻打設(shè)占總根數(shù)1/3、長度1.5m的小導(dǎo)管并進行注漿，主要對隧道開挖斷面以外0～1.5m范圍的圍巖進行加固，并可作為第二層次注漿的止?jié){盤；第二層次再均勻打設(shè)占總根數(shù)1/3、長度3.0m的小導(dǎo)管并進行注漿，主要對隧道開挖斷面以外1.5～3.0m范圍的圍巖進行加固，并可作為第三層次注漿的止?jié){盤；最后打設(shè)占總根數(shù)1/3、長度4.5m的小導(dǎo)管并進行注漿，從而形成總厚度為4.5m的注漿加固圈。注漿加固圈形成后，隧道支護體系整體的承載能力將大大提高，是順利穿過過塌方段的可靠保障。

4.5 二襯施工跟進

在塌方段處理過程中，在滿足施工空間的前提下，二襯要盡量跟進開挖掌子面及時施作，以保證塌方段施工安全。

5 施工注意事項及監(jiān)測成果

5.1 超前地質(zhì)預(yù)報

塌方段施工前要做好超前地質(zhì)預(yù)報工作。塌方段長度為33m，因此主要采取超前水平鉆孔的方式。超前鉆孔的目的主要是探明塌方段的地質(zhì)情況以及坍塌程度，為確定施工方案及支護參數(shù)提供信息。

5.2 注意事項

5.2.1 在施工過程中嚴格按隧道施工規(guī)范要求做好監(jiān)控量測工作。隧道監(jiān)控量測分隧道頂部地表的沉降位移觀測及洞內(nèi)沉降收斂觀測兩部分。洞內(nèi)沉降收斂觀測斷面按每5m一個斷面設(shè)置觀測點。當遇到沉降收斂較為明顯的情況時，則采取加密觀測斷面及加大觀測頻次。觀測數(shù)據(jù)整理后及時下發(fā)技術(shù)交底告知作業(yè)層。

5.2.2 嚴格按照既定的施工方案施工。一般情況下，不得隨意更改施工方案內(nèi)容。如確因施工現(xiàn)場情況與方案不符，必須經(jīng)技術(shù)組確認并重新制定方案后方可實施。

5.2.3 管棚及徑向小導(dǎo)管注漿施工是塌方施工處理的關(guān)鍵工序，尤其是注漿質(zhì)量必須由相關(guān)技術(shù)人員全程監(jiān)控，確保質(zhì)量。

5.2.4 雨天禁止進行開挖支護作業(yè)，且要做好地表防排水及洞內(nèi)堵水工作。嚴禁讓水流浸泡塌方體和在塌方體內(nèi)形成成股水流，對施工造成不利影響。

5.3 沉降收斂監(jiān)測

5.3.1 監(jiān)測成果

隧道沉降變形成果如圖4所示，隧道收斂變形成果如圖5所示。

圖4 最大沉降斷面變形曲線圖

圖5 最大收斂斷面變形曲線圖

6 結(jié)語

從整個塌方段處理施工過程看，包括施工準備、前期預(yù)處理、管棚施工及開挖支護等作業(yè)工序，共歷時62d，正式處理階段55d，平均每天進度0.6m。從冒頂隧道塌方段處理施工進度看，施工進度較快。

從沉降觀測的數(shù)據(jù)來分析，施工期間隧道拱頂最大沉降量為30.2mm，最大斷面收斂值為30.1mm，從檢測結(jié)果分析，施工質(zhì)量有可靠保障，效果較好。

上述塌方處理施工的關(guān)鍵控制點是管棚及小導(dǎo)管注漿施工，尤其是小導(dǎo)管分層次注漿采取了不同長度、多梯次的注漿模式，較以往設(shè)計節(jié)省了工程量，且注漿效果較好，值得推廣。

[1]JTG F60—2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG D70—2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[3]關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.