白玉隧道塌方處理及隧道塌方預(yù)防

王錦繁

(福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)中心)

白玉隧道塌方處理及隧道塌方預(yù)防

王錦繁

(福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)中心)

敘述了山嶺隧道坍塌的一般處理措施。提出采取詳實(shí)的地質(zhì)勘查、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、合理的施工方案等手段預(yù)防隧道坍塌。

隧道塌方;地質(zhì)勘查;防排水處理;預(yù)防控制

1 概述

福建省蛟城高速公路白玉隧道位于福建省上杭縣境內(nèi)，屬于典型的山嶺隧道。白玉隧道起迄樁號(hào)為左洞ZK29+925～ZK32+467，右洞YK29+900～YK32+455。左洞長(zhǎng)2 542 m，右洞長(zhǎng)2 555 m，左右洞平均長(zhǎng)2 548.5 m，屬長(zhǎng)隧道。采用分離式雙洞布置。隧道進(jìn)口段位于直線上，出口段右線位于在半徑為1 500和1 400 m的平曲線上;出口段左線位于在半徑為1 200和1 419.13 m的平曲線上。左洞縱坡為-2.5%，右洞縱坡為-2.50%。

場(chǎng)區(qū)上覆殘積粘性土(Qel)，下伏基巖為白堊系寨下組(K1z)砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖(159°∠25°或 50°∠25°);泥盆系天瓦崠坑組(D3t)含礫砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖(115°∠40°);震旦系樓子壩群(Z1z)變質(zhì)砂巖(309°∠45°);進(jìn)口段有燕山期花崗斑巖侵入(γπ)。

擬建路線區(qū)域上位于閩西南華力西—印支拗陷帶，次級(jí)構(gòu)造屬北東向明溪—武平拗陷帶東部，北西向上杭—云霄深斷裂構(gòu)造帶的北側(cè)。隧址區(qū)見(jiàn)7條斷裂構(gòu)造發(fā)育。

經(jīng)地表調(diào)繪、淺層地震物探及鉆探成果表明：隧址區(qū)有7 條斷層(F37、F38、F40、F41、F42、F43、F44)橫穿或平行隧道軸線。對(duì)本隧道的穩(wěn)定性和圍巖級(jí)別有一定的影響。

隧道圍巖從已開(kāi)挖的地段看，地質(zhì)變化頻繁、節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層走向無(wú)規(guī)則，石質(zhì)破碎，圍巖自承能力極差，原設(shè)計(jì)為Ⅳ類，實(shí)屬Ⅱ類。

2011年6月16日，白玉隧道出口左洞ZK31+469處洞頂出現(xiàn)大面積塌方，坍體松散、破碎，巖體自拱頂塌孔處自左向右呈傾斜狀漏出。山坡地表形成直徑15 m深9 m的陷坑。

2 坍方段支護(hù)情況

隧道建筑限界高5.0 m，寬11.5 m，開(kāi)挖斷面高7.5 m，寬12.5 m，采用新奧法設(shè)計(jì)復(fù)合式襯砌。其原支護(hù)措施為：拱墻全斷面設(shè)置Ⅱ級(jí)φ16螺紋鋼筋網(wǎng)(25×25 cm)，拱部系統(tǒng)錨桿為3 m長(zhǎng)φ25中空注漿錨桿，間距1 m×1 m，梅花型布置;邊墻施作3.0 m長(zhǎng)φ22砂漿錨桿，間距1 m×1 m，梅花形布置;拱墻全斷面噴C20混凝土(厚10 cm)，預(yù)留變形量10 cm;二次襯砌采用40 cm厚C25混凝土(還未施工)。開(kāi)挖時(shí)地下水較小，幾天后噴射混凝土表面出現(xiàn)滲水，且滲水面積逐漸增大增多。2011年6月16日洞頂出現(xiàn)大面積塌方，坍塌巖渣堆滿工作面，坍腔高度約估計(jì)10～12 m高，15～20 m寬，坍塌巖渣估計(jì)四千多方，覆蓋原開(kāi)挖斷面達(dá)20延米。同時(shí)ZK31+450～440段初期支護(hù)發(fā)生變形開(kāi)裂，噴射混凝土裂縫寬達(dá)10～30 mm，環(huán)向長(zhǎng)度貫穿整個(gè)斷面，剝落掉塊，鋼筋網(wǎng)外露，初期支護(hù)被破壞，失去其支護(hù)能力。

3 塌方處理措施

3.1 塌方處理工藝流程

防排水處理→塌方處附近加固→塌方段處理→地表固結(jié)注漿→超前管棚→塌方處開(kāi)挖支護(hù)→仰拱開(kāi)挖支護(hù)→仰拱及二襯鋼筋混凝土襯砌→塌腔處理

3.2 防排水處理

山嶺隧道含水豐富，做好防排水工作，對(duì)隧道圍巖的自穩(wěn)起很大的作用。由于隧道向下坡方向開(kāi)挖，在工作面上開(kāi)挖水溝和集水坑，通過(guò)水溝和水泵將水及時(shí)排出。通過(guò)對(duì)圍巖的注漿不僅提高圍巖自穩(wěn)能力，同時(shí)也起防水作用。

3.3 坍方處附近加固

對(duì)ZK31+450～440段段初期支護(hù)開(kāi)列段進(jìn)行了加固處理，以防止坍塌發(fā)展。具體措施為：加設(shè)Ⅰ18工字鋼架作為臨時(shí)支撐，剛架間距為1米，拱架角噴射C20混凝土固定，并做臨時(shí)仰拱，拱背與噴混凝土面緊帖，空隙處噴混凝土封閉。每榀臨時(shí)支撐設(shè)8根φ22砂漿錨桿(長(zhǎng)3 m)鎖定。臨時(shí)支撐之間作φ22螺紋鋼筋拉桿。全斷面增補(bǔ)5 m長(zhǎng)φ25錨桿加固圍巖，間距1 m×1 m，梅花形布置。

3.4 塌方段處理

(1)坍塌面處理

對(duì)坍塌巖渣外露面噴10 cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉處理，噴混凝土并設(shè)φ6鋼筋網(wǎng)(25 cm×25 cm)。

(2)塌方段固結(jié)注漿

對(duì)坍方體進(jìn)行固結(jié)注漿，以提高渣體自身穩(wěn)定性和強(qiáng)度，同時(shí)在襯砌附近形成防水墻，起防水作用。注漿管采用6 m長(zhǎng)φ42鋼花管，注漿孔深6 m。洞周注漿孔外插2 m，環(huán)向間距為1 m，中部及下部注漿孔間距可調(diào)整為2 m。注漿擴(kuò)散范圍為2～4 m，漿液采用C∶W=1∶1之水泥漿，并摻入水玻璃，注漿壓力為0.8～1.2 MPa。每4延米為一循環(huán)，共計(jì)5個(gè)循環(huán)。

3.5 地表加固

對(duì)隧道洞內(nèi)塌方體注漿加固的同時(shí)，對(duì)地表塌陷處進(jìn)行注漿處理，提高地表自穩(wěn)能力。并在確定地表已處于穩(wěn)定之后，方可進(jìn)行隧道內(nèi)的開(kāi)挖。

注漿漿液采用C∶W=1∶1之水泥漿，并摻入10%的水玻璃，注漿壓力為0.8～1.2 MPa。

3.6 管棚超前支護(hù)

采用全液壓鑿巖臺(tái)車沿開(kāi)挖輪廓以3～5度外插角打設(shè)φ102 mm、深6 m的孔，然后用液壓鑿巖臺(tái)車頂入φ89鋼花管，每循環(huán)長(zhǎng)度為6 m，搭接長(zhǎng)度2 m，環(huán)向間距0.3 m，每4延米為一循環(huán)，共計(jì)5個(gè)循環(huán)。注入水泥漿填充管棚以增加其剛度，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定，以充滿管體為準(zhǔn)。

3.7 開(kāi)挖支護(hù)

進(jìn)行注漿固結(jié)和施作超前支護(hù)后，采用微臺(tái)階、短開(kāi)挖施工方案，臺(tái)階采用三臺(tái)階，每臺(tái)階長(zhǎng)度為1.5 m。每開(kāi)挖循環(huán)控制在1～1.5 m以內(nèi)，短進(jìn)尺，弱爆破。開(kāi)挖后在管棚下架設(shè)I18工字鋼架，剛架縱向間距為0.5 m，縱向用φ22螺紋鋼筋拉桿連接，拉桿環(huán)向間距為1 m。鋼筋網(wǎng)用φ10的鋼筋，網(wǎng)格為20×20 cm，雙層，噴C20混凝土(30 cm厚)。φ22系統(tǒng)砂漿錨桿，3.5 m長(zhǎng)，0.8 m(環(huán)向)×0.5 m(縱向)，梅花型布置。

3.8 仰拱開(kāi)挖支護(hù)

為了提高該段軟弱地質(zhì)處隧道的承載力，減小下沉，防止底鼓的隆起變形，調(diào)整襯砌應(yīng)力，封閉圍巖，阻止圍巖過(guò)大的變形，并增加底部和墻部的支撐抵抗力，在該段落增設(shè)仰拱。仰拱初支采用I18工字鋼架，剛架縱向間距為0.5 m，26 cm厚C25噴射混凝土。仰拱襯砌采用60 cm厚C25鋼筋混凝土，回填采用C15片石混凝土。

3.9 二次襯砌

為確保永久結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)該段及前后影響段二次襯砌進(jìn)行加強(qiáng)處理，襯砌采用60 cm厚C25鋼筋混凝土。

3.10 坍腔處理

坍塌地段安全順利通過(guò)后，用探地雷達(dá)探測(cè)的上部坍腔密實(shí)情況，結(jié)果表明坍腔內(nèi)巖渣經(jīng)過(guò)注漿局部還存在不密實(shí)情況。后采用小導(dǎo)管注漿對(duì)不密實(shí)部位及周邊進(jìn)行再注漿加固，使坍腔內(nèi)巖渣處于密實(shí)穩(wěn)定狀態(tài)。

4 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

施工處理時(shí)，為確保隧道不再塌方，加強(qiáng)了監(jiān)控量測(cè)。在地表塌方處設(shè)立5個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。在洞內(nèi)加密拱頂沉降觀測(cè)、圍巖收斂監(jiān)測(cè)和鋼支撐應(yīng)力監(jiān)測(cè)。根據(jù)量測(cè)記錄繪制出的各個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變—時(shí)間曲線，隨時(shí)掌握結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和受力狀況。監(jiān)控量測(cè)結(jié)果表明隧道圍巖及拱頂變形、鋼支撐應(yīng)力已穩(wěn)定，隧道處于安全狀態(tài)。

5 隧道塌方預(yù)防

隧道塌方處大多發(fā)生在巖石破碎或軟弱地質(zhì)部位，由于山嶺隧道含水豐富，開(kāi)挖過(guò)程若沒(méi)采用合理的施工方案，則很容易破壞圍巖的自穩(wěn)能力，最后導(dǎo)致隧道塌方。隧道詳實(shí)的地質(zhì)勘查、適時(shí)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、合理的施工方案是預(yù)防隧道塌方的有力措施。

5.1 地質(zhì)勘查

由于施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)與設(shè)計(jì)的地質(zhì)差別較大時(shí)，導(dǎo)致隧道開(kāi)挖和支護(hù)方式不對(duì)，是導(dǎo)致山嶺隧道塌方的很重要的一個(gè)原因。地質(zhì)勘查還包括對(duì)地形地貌的勘查，如果隧道所穿過(guò)的圍巖離地表很近，隧道頂部的覆蓋層很薄時(shí)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)軟弱則容易出現(xiàn)塌方。隧道的塌方與地質(zhì)、地貌關(guān)系很大，在施工過(guò)程若能掌握詳實(shí)的地質(zhì)、地貌，制定合理的施工方案，及時(shí)加固圍巖，提高圍巖自穩(wěn)能力，就能為隧道安全施工提供保障。

5.2 地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

為確保隧道施工安全，加快隧道施工進(jìn)度，制定合理的施工方案，應(yīng)在施工中采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是采用地震波、探地雷達(dá)、紅外探水儀等儀器，探測(cè)隧道開(kāi)挖掌子面前可能存在的空洞、斷層、裂隙、含水，并根據(jù)探測(cè)結(jié)果初步判定圍巖類型，為隧道開(kāi)挖及支護(hù)提供合理的參數(shù)。

6 結(jié)論

(1)白玉隧道塌處方通過(guò)合理的治理，隧道圍巖已經(jīng)穩(wěn)定，隧道處于安全狀態(tài)。

(2)白玉隧道塌方情況表明，在不良地質(zhì)地段，應(yīng)做好地質(zhì)勘查工作和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，以探明隧道掌子面前方及周邊地質(zhì)狀況，制定合理的施工方案，以避免坍塌。

U445

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1008-3383(2013)04-0107-01

2013-02-01