黃土隧道塌方處理及原因淺析

趙壽基

（山西省朔州高速公路有限責(zé)任公司 大同 037034）

1 工程概況

鴛鴦會(huì)隧道位于山西省朔州市山陰縣下喇叭鄉(xiāng)鴛鴦會(huì)村與凍牛坡村之間，為分離式隧道，右線進(jìn)口里程為K178＋044，出口里程為K182＋831，全長4 787m；左線進(jìn)口里程為LK178＋102，出口里程為LK182＋830，全長4 728m。左右2線共設(shè)斜井一處，屬于特長隧道。平魯端起訖樁號(hào)左線LK180＋200～LK182＋830長2 630m，右線K180＋200～K182＋831長2 631m。

隧道穿越構(gòu)造剝蝕中山區(qū)，海拔高度1 400～2 000m，坡角較大，山峰陡立，最大埋深左線316 m，右線317m。隧道所處區(qū)域?qū)俦睖貛Ц珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，主要的氣候特征是冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，春秋短暫，冬春風(fēng)沙，晝夜溫差大。

隧道穿越的地層主要為灰?guī)r、白云巖，洞口段分布風(fēng)積黃土、粉質(zhì)粘土層。白云巖，晶粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較完整?；?guī)r，竹葉狀結(jié)構(gòu)，層塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整。風(fēng)積黃土，巖體抗剪強(qiáng)度低，無自穩(wěn)能力。粉質(zhì)粘土，深紅色，硬塑，粘性較大，具弱膨脹性。隧道地層主要為灰?guī)r，大氣降水以垂直滲入為主，徑流帶尚未形成，地層富水性差，地下水埋藏深度較大，對(duì)工程影響較小。

平魯端左線各級(jí)圍巖長度分別為：V級(jí)705 m，IV級(jí)585m，III級(jí)1 340m。平魯端右線各級(jí)圍巖長度分別為：V級(jí)721m，IV級(jí)570m，III級(jí)1 340m。左、右線洞口段都有700余m長的黃土圍巖段。

2 塌方情況

隧道V級(jí)黃土圍巖段施工采用預(yù)留核心土法的環(huán)形開挖法，施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行操作，遵照短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌的原則進(jìn)行。左線施工到2011年6月27日坍方前，上半斷面開挖至LK182＋596，下斷面開挖至LK182＋610，全斷面襯砌至LK182＋647。

6月27日晚17：40時(shí)，隧道上導(dǎo)坑掌子面正進(jìn)行開挖施工，突然值班人員注意到開挖面處已完成的初期支護(hù)噴射混凝土有開裂、掉塊現(xiàn)象，開挖面土塊掉落，并有“喀嚓”的響聲，就立即通知所有施工作業(yè)人員撤離，17：56上臺(tái)階長度15m的初期支護(hù)全部發(fā)生坍塌，將上臺(tái)階斷面完全掩埋，洞內(nèi)形成錐形坍體土方，坡腳延伸至LK182＋624處，坍體表面壓跨的直徑42mm小導(dǎo)管清晰可見，LK182＋612～LK182＋628段局部有初期支護(hù)變形、開裂現(xiàn)象，造成部分初期支護(hù)侵限，地表形成漏斗坍穴，長23m，寬30m。

3 塌方原因

經(jīng)分析認(rèn)為：塌方段圍巖為黃土，粉土狀、含水量較大，山頂為沖溝陷穴，較為發(fā)育，加之近期連續(xù)下雨，山體滲水較發(fā)育，隧道埋深又不大，僅埋深33.3m，雨水下滲，惡化了圍巖工程性質(zhì)，使圍巖變形加大，自穩(wěn)能力差，因此造成隧道坍方。

4 塌方處理

4.1 地表處理

將地表坍穴用二八灰土分層回填夯實(shí)；將地表沖溝清理平順，溝底回填厚1m厚的二八灰土；對(duì)坍方引起的地表裂縫用二八灰土回填密實(shí)并刷成斜坡，以保證排水通暢。

4.2 初期支護(hù)加固處理

LK182＋612～LK182＋628段因坍方影響初期支護(hù)變形較大，已侵入限界，并形成多條環(huán)向裂縫，進(jìn)行臨時(shí)支撐及壓漿加固處理。在既有支護(hù)鋼拱架內(nèi)側(cè)另行加設(shè)I20a工字鋼環(huán)向支撐，鋼支撐縱向間距60cm，各連接板處設(shè)4根直徑22 mm鎖腳錨桿將內(nèi)外鋼拱架焊接牢固；在該段初期支護(hù)內(nèi)增加直徑42mm徑向小導(dǎo)管，長度400 cm，環(huán)向間距100cm，縱向間距60cm，注漿加固圍巖土體。

4.3 塌體封閉注漿

LK182＋612～K182＋620段回填土體進(jìn)行反壓，下端用編織袋裝土碼砌工作平臺(tái)，形成臺(tái)階狀，并設(shè)I20工字鋼臨時(shí)仰拱進(jìn)行支撐；坍體坡面噴射厚20cm混凝土進(jìn)行封閉，并往坍體坡面打入2環(huán)直徑42mm注漿小導(dǎo)管，長度600cm，內(nèi)外環(huán)向間距為100cm，外環(huán)21根，內(nèi)環(huán)19根，注漿；小導(dǎo)管均焊接注漿管，各管均設(shè)置止?jié){閥門。注漿水灰比控制在0.6～0.7，注漿前做凝固試驗(yàn)，凝固時(shí)間控制在0.5～1.0h，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

4.4 坍方段施工

LK182＋612～LK182＋596.8坍方段開挖采用雙層注漿小導(dǎo)管方法通過，小導(dǎo)管長300 cm，每掘進(jìn)100cm（立2榀鋼拱架）施作一環(huán)超前小導(dǎo)管，注漿。該段支護(hù)參數(shù)參照SJ復(fù)合襯砌形式，并將工字鋼拱架由I20a調(diào)整為I20b，將鎖腳錨桿由直徑22mm砂漿錨桿調(diào)整為直徑42mm注漿小導(dǎo)管。該段采用臺(tái)階法加臨時(shí)仰拱施工，每循環(huán)開挖進(jìn)尺為50cm（立1榀鋼拱架），每次開挖后立即用厚10cm噴射混凝土封閉掌子面，并打入間距1.2m×1.2m的小導(dǎo)管注漿加固掌子面土體，各級(jí)臺(tái)階面上采用I20b工字鋼臨時(shí)仰拱作橫向支撐，鋼拱架拱腳噴射混凝土加大尺寸（高度100cm、寬度50cm）。該段初期支護(hù)預(yù)留沉降量為35cm，施工中根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)予以調(diào)整。

4.5 換拱處理

坍方段處理完成后，再對(duì)LK182＋612～LK182＋628侵限初期支護(hù)進(jìn)行換拱處理。換拱從小里程往大里程方向進(jìn)行，先施作超前雙層小導(dǎo)管，長度300cm，每掘進(jìn)120cm（立2榀鋼拱架）施作一環(huán)超前小導(dǎo)管，注雙液漿；換拱采取人工風(fēng)鎬施工，每次施作1榀，工字鋼縱向連接鋼筋間距調(diào)整為50cm，并設(shè)雙層直徑8mm鋼筋網(wǎng)片，間距20cm×20cm，該段二次襯砌厚度及配筋參照SJ襯砌類型進(jìn)行。

4.6 下臺(tái)階及仰拱施工

上臺(tái)階施工3～5m，做好臨時(shí)仰拱后開挖下臺(tái)階，下臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺1.5m／次，左右錯(cuò)開3m仰拱循環(huán)進(jìn)尺2m／次。

4.7 二襯施工

待仰拱施工完畢并滿足一模臺(tái)車施工后，立即全斷面模筑鋼筋混凝土二次襯砌通過塌方段。

5 施工注意事項(xiàng)

（1）做好洞口、洞門及洞頂?shù)呐潘到y(tǒng)，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。

（2）施工時(shí)要特別注意拱腳下墻腳處斷面，如超挖過大，可用墻體同標(biāo)號(hào)混凝土回填。如發(fā)現(xiàn)該處土體承載力不夠，應(yīng)立即加設(shè)錨桿或采取其他措施進(jìn)行加固。鉆錨桿孔時(shí)宜采用干鉆。

（3）施工前必須先做仰拱，如果不能先作仰拱時(shí)，為防止邊墻向內(nèi)位移，應(yīng)在開挖與灌注仰拱之前，加設(shè)橫撐梁頂緊，以防墻體變形［1］。

（4）管棚與支護(hù)施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照黃土隧道的施工方法組織施工，在進(jìn)洞之前先做好洞頂排水天溝等排水系統(tǒng)。

（5）進(jìn)洞時(shí)洞門必須先作超前支護(hù)，大管棚預(yù)注漿。大管棚采用直徑89mm×壁厚4mm，自拱頂向兩邊按間距40cm環(huán)形布設(shè)，傾角α＝2°～5°，每環(huán)36根，每根長30m。

（6）初期支護(hù)必須緊跟掌子面施做，斷面成型后立即噴射不小于5cm厚的混凝土，封閉掌子面，安裝鋼拱架及錨桿后，再次噴射混凝土。黃土圍巖鉆孔易夾鉆，如等錨桿安裝好后再進(jìn)行下道工序施工則施工進(jìn)度將受影響，也不利于施工安全。如采取錨桿后行，且距離控制在2～3個(gè)循環(huán)之內(nèi)，在噴射混凝土?xí)r先噴一半，錨桿檢查符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，再將剩余混凝土部分噴平的方法，既安全又解決了施工進(jìn)度問題［2］。

（7）施工中必須嚴(yán)格按照有關(guān)圖紙和規(guī)范執(zhí)行，只有通過對(duì)圍巖進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，才能正確地掌握圍巖與支護(hù)之間的收斂動(dòng)態(tài)，掌握圍巖與支護(hù)的動(dòng)態(tài)規(guī)律，并結(jié)合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，客觀評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性，進(jìn)一步了解圍巖的彈塑性區(qū)域、裂隙發(fā)育程度等，從而合理調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)及調(diào)整預(yù)設(shè)計(jì)。

6 排水施工控制

黃土隧道最怕水，因此，黃土隧道必須做好防、排水工作，使建成的隧道不滲、不漏，也是隧道施工成敗的關(guān)鍵。在黃土隧道的施工中，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，因地制宜地采取“以排為主、防、排、堵、截相結(jié)合”的綜合治理原則，達(dá)到排水暢通，防水可靠，不留隱患的目的。具體方法如下：

（1）初期支護(hù)期間，表面無水區(qū)的5m內(nèi)、滲漏水區(qū)3m內(nèi)，從拱腰至墻腳，每側(cè)打不少于3個(gè)引水孔，孔深50cm，然后環(huán)形設(shè)排水半管，外用1cm厚砂漿封閉半管表面。如遇局部有滲水、涌水，應(yīng)調(diào)整半管安放位置，或視情況增加半管使用數(shù)量。排水半管布設(shè)好后，應(yīng)仔細(xì)檢查初期支護(hù)表面有無滲、漏水現(xiàn)象，檢查合格后再進(jìn)行下道工序施工。

（2）在鋪設(shè)土工布（400g／m2）前，應(yīng)檢查初期支護(hù)表面是否平整，如有鋼筋或錨桿頭外露，應(yīng)割除并用砂漿抹平，使噴混凝土表面凹凸高差不超過±5cm；噴混凝土表面符合要求后再鋪設(shè)土工布，既能保護(hù)防水板免遭破壞，又能起到滲水作用。土工布用襯墊貼上，再用射釘槍釘上水泥釘錨固，水泥釘長不得小于50mm，拱頂平均3～4點(diǎn)／m2，邊墻2～3點(diǎn)／m2，土工布鋪設(shè)20m后，再鋪設(shè)防水板，鋪設(shè)的防水板必須符合國標(biāo)各項(xiàng)指標(biāo)的要求，為減少接縫，采用幅寬4m的防水板。采用專用熔接器熱熔粘接防水板接縫，搭接部分不得小于100mm，粘接剝離強(qiáng)度不得小于母體拉伸強(qiáng)度的80%，采用真空加壓法檢測(cè)防水板接縫粘接強(qiáng)度。在0.2MPa壓力作用下持續(xù)5 min，粘接強(qiáng)度不得小于0.16MPa［3］。

（3）隧道縱向排水采用中心排水管溝和行車道邊緣兩側(cè)設(shè)縱向排水溝的方法，將襯砌外圍的水排出洞外?？v向排水管溝在隧道設(shè)計(jì)中是常見的主要方法，但要注意施工中雜物、地下水夾帶的礦物質(zhì)、泥砂在排水管溝內(nèi)積蓄堵塞排水系統(tǒng)，使排水系統(tǒng)失去作用，影響建成的隧道正常運(yùn)營。為防止排水管溝堵塞，在初期支護(hù)與二次襯砌之間沿隧道縱向全長與隧道同坡設(shè)置直徑100 mmPVC花管，在1／2斷面內(nèi)梅花狀每隔5cm鉆一個(gè)直徑6mm的圓孔，再在半圓管上部用1～2 cm碎石充填。為了便于對(duì)縱向排水管溝的定期疏通，施工中經(jīng)常采用管道疏通機(jī)進(jìn)行疏通。為使積水及時(shí)排出洞外，在兩側(cè)墻腳每隔50m對(duì)稱布設(shè)檢查維修孔。管溝內(nèi)積蓄的水經(jīng)檢查孔由橫向排水管溝（PVCФ160×5mm）通過行車道邊緣排水溝或中心排水管溝排出洞外。為便于維修，在邊緣排水管溝或中心排水管溝每隔50m設(shè)一處沉淀檢查井，形成既便于維修檢查，又能“暢通無阻排水”的網(wǎng)絡(luò)體系，通過動(dòng)態(tài)排水，實(shí)現(xiàn)隧道不滲水、不漏水，確保正常運(yùn)營。

7 建議

（1）為防止黃土隧道坍塌事故的發(fā)生，在黃土質(zhì)砂粘土及新黃土淺埋地層，如洞口段、溝谷段、偏壓段，應(yīng)采用超短臺(tái)階開挖，隨挖隨支，襯砌緊跟，盡量縮短襯砌與開挖距離，減少圍巖暴露時(shí)間，必要時(shí)設(shè)超前支護(hù)，以安全通過為主要目的。

（2）加強(qiáng)施工用水管理，保持洞內(nèi)排水暢通。水池應(yīng)遠(yuǎn)離線路，以防止成為坍塌的誘因；洞內(nèi)用水管理有序，排水應(yīng)暢通，嚴(yán)防軟化地基出現(xiàn)坍塌。

（3）施工中應(yīng)及時(shí)初噴，及早約束圍巖早期變形，在變形未完成時(shí)進(jìn)行初噴，將變形控制在允許范圍內(nèi)。

總之，黃土隧道施工中，設(shè)計(jì)與施工必須密切配合，確實(shí)做到短開挖、強(qiáng)支護(hù)、襯砌緊跟，軟弱地層及時(shí)成環(huán)，仰拱先行。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，努力做到在施工期間不塌方，竣工后襯砌不開裂，軟弱地基不翻漿。

［1］李緒云.隧道工程施工中的工序質(zhì)量控制［J］.吉林交通科技，2007（4）：56－57.

［2］王洪峰.黃土隧道施工技術(shù)管理要點(diǎn)［J］.山西交通科技，2011（6）：49－51.

［3］康 軍.黃土公路隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2011.