河源洞隧道洞口淺埋偏壓段塌方綜合處治及預防

黎建新

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

河源洞隧道洞口淺埋偏壓段塌方綜合處治及預防

黎建新

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

本文以湖南省汝城（贛湘界）至郴州高速公路河源洞隧道為背景，分析了淺埋偏壓段隧道坍塌的機理，提出了具有針對性的綜合處治方案，且給出了施工淺埋偏壓段隧道施工時的注意事項及預防坍塌的辦法，為類似的隧道工程施工提供了參考。

隧道工程；淺埋偏壓；塌方；綜合處治；預防

湖南省汝城（贛湘界）至郴州高速公路第四合同段河源洞隧道，左洞起訖樁號ZK15+470～ZK16+305，長835米，右洞起訖樁號YK15+465～ZK16+313，長848米。本隧道為分離式小凈距隧道。隧道右洞軸線與等高線交角約55°，洞口軸線與地形的關(guān)系屬坡面斜交型，存在嚴重偏壓； 洞口段頂板為圍巖硬塑亞粘土，穩(wěn)定性差，為Ⅴ級圍巖，右洞YK16+262—YK16+310洞口段位置，隧道埋深4.8-21.6m，受地表水影響很大。

1 塌方情況

2009年12 月23 日凌晨，掌子面YK16+262拱部發(fā)生坍塌。坍塌體從坑道開挖面拱部涌出，長度約12m，呈錐坡狀，掌子面附近初期支護無明顯變形，噴射混凝土肉眼可看出坍塌沖擊力造成的裂紋，裂紋貫通整個支撐環(huán)，掌子面施工的超前注漿導管部分被折彎顯露出來。掌子面附近的噴射混凝土有環(huán)向裂紋，坍塌掌子面相對應的山頂出現(xiàn)整體塌陷，塌孔呈橢圓形，最大直徑8m，深度最大8.5m。

2 塌方綜合處治方案

針對隧道拱頂下沉、塌方的情況，經(jīng)過論證和分析，處治流程如下：山頂坍塌孔、裂縫防排水處理→隧道內(nèi)塌方處理→拱頂?shù)乇碜{→仰拱地基處理→置換鋼拱架→山頂坍塌孔回填封閉。

2.1 山頂坍塌孔、裂縫防排水處理

沿山頂?shù)乇砹芽p長度延伸方向人工清除裂縫周圍的植被和表皮松土，裂縫每側(cè)清除2.5～3.0m范圍，用C20噴射混凝土封閉，防止地表水滲入。距裂縫5m外挖一道30×30cm臨時截水溝，溝內(nèi)噴射混凝土，其上鋪設防雨布，防雨布的邊角均用噴射混凝土封閉。

山頂塌孔內(nèi)（含側(cè)壁）噴射10cm厚C20混凝土，并在周圍挖好排水溝，水溝底鋪設防雨布，塌孔上搭支架（圖1）并覆蓋防雨布（圖2），防雨布邊角延伸至水溝位置，以水泥砂漿將防雨布邊角封閉。

2.2 隧道內(nèi)塌方處理

2.2.1 掌子面、坍塌錐坡體用10cm厚C20噴射砼封閉，穩(wěn)定坍塌土體。

2.2.2 塌方掌子面拱頂打入9m的Φ89鋼管（t=4㎜），環(huán)向間距60cm。因塌方體松散，無需配備鉆機，采用挖掘機斗齒頂進鋼管。安裝的鋼管一端焊成圓錐形，便于入孔，管的另一端在專用的管床上加工好絲扣。為方便施工，采用3m、6m長管節(jié)分段頂進。同時利用洞身開挖臺車作為人工操作平臺，根據(jù)每根鋼管的孔位，在臺車上搭設腳手架作為頂進鋼管時定位之用，為防止鋼管末端被損壞，用30cm長的Φ108鋼管一端焊接鋼板封閉作為套管置于Φ89鋼管末端。為增強鋼管的剛度和強度，以20號水泥砂漿充填。采用液壓注漿機將M20水泥砂漿注入鋼管內(nèi)，初壓0.5mpa～1.0mpa，終壓2mpa，持壓15min后停止壓注。若未達到壓力要求，應調(diào)整砂漿稠度繼續(xù)壓注，確保鋼管內(nèi)砂漿飽滿、密實。

2.2.3 在兩根Φ89鋼管之間打入長6m的Φ42鋼管進行超前支護，并注漿。超前小導管安設采用挖掘機斗齒直接頂進，挖機斗齒頂進鋼管時，為防止鋼管尾端被挖掘機斗齒損壞，用30cm長的Φ50鋼管一端焊接鋼板封閉作為套管置于Φ42鋼管尾部。鋼管頂入長度不小于鋼管長度的90%，并用高壓風將鋼管內(nèi)的砂石吹出，安裝注漿機灌注漿液。

2.2.4 塌方掌子面附近的初期支護鋼拱架用3.5m長的Φ42鎖腳鋼管加強固定，將鋼拱架兩側(cè)拱腰位置的噴射混凝土鑿開，露出工字鋼面，拱架兩側(cè)焊接18工字鋼臨時豎向支撐（圖3、圖4），鋼支撐基礎采用45cm厚碎石，基礎與豎向鋼支撐間墊25a槽鋼（圖5），豎向鋼支撐之間用Φ22鋼筋連接，增加橫向穩(wěn)定型。

2.3 拱頂?shù)乇碜{

圖1 塌孔上搭支架

圖2 覆蓋防雨布

圖3 臨時豎向鋼支撐圖

洞口拱頂?shù)乇磉M行注漿處理：注漿區(qū)域橫向?qū)?5m，縱向10m，擬定間距為1.5m×1.5m，梅花形布置，注漿采用長10m的Φ108熱軋無縫鋼管，壁厚6mm，管身四周帶10mm的溢漿孔，溢漿孔間距40cm，孔口2m范圍不開花孔。注漿液采用水泥凈漿，注漿材料選擇普通水泥，水泥選用32.5R的普通硅酸鹽水泥。水泥漿水灰比為1：1，注漿時，配合比的選擇原則：吸漿量大，失漿嚴重，注漿壓力不上升的情況下采用雙漿液，其余采用單漿液，注漿初始壓力一般較小，甚至為零，終壓可控制在1.0Mpa?？紤]到裂縫部位孔隙較大，可能遇到吃漿量很大，注漿壓力跟不上去的情況，對此以控制注漿量為主，一般達到1.0Mpa注漿壓力后，穩(wěn)定2-3 min即可停止注漿。注漿工藝流程見圖6。

2.4 仰拱地基處理

河源洞隧道洞口段仰拱地基承載力不足，是導致隧道拱頂發(fā)生沉降，侵入二襯的因素之一。為此對洞口段仰拱地基進行鋼管注漿處理（圖10）：注漿區(qū)域橫向?qū)?2.54m，縱向10m，注漿管間距1.0m×1.0m，梅花形布置，注漿采用Φ42鋼管，管身前端切削成尖錐狀，鋼管總長3.0m，前端2.0m范圍布置梅花形泄?jié){孔，泄?jié){孔孔徑8mm，孔間距30cm。采用手持風鉆鉆孔，并將φ42鋼管打入孔內(nèi)，如地層松軟也可用鐵錘或手持風鉆將鋼管直接打入，如出現(xiàn)堵孔，用φ20mm鋼管制作吹風管，將吹風管緩緩插入孔中，用高壓風吹孔，成孔后將鋼管插入，并用膠泥將管口密封。

對于打入的鋼管應先沖洗管內(nèi)積物，然后注漿。注漿水灰比選用1:1、1:0.8、1:0.6三個等級。漿液由稀到濃逐漸變換，注漿完成后立即堵塞鋼管孔口，防止?jié){液外流。若地下水豐富，可采用水泥—水玻璃雙液注漿

2.5 初期支護換拱處理

施作仰拱后，拆除相應拱、墻位置初期支護，鑿除侵入土石方，開挖時預留20cm作為預留變形量，再重新施工初期支護。在河源洞隧道右洞出口換拱過程中，嚴格進行地表、拱頂下沉、水平凈空收斂三項量測。測點布置見圖7。

2.5.1 布點觀測

施工前，在洞內(nèi)該段初期支護鋼架上布置監(jiān)控量測點，拱頂下沉觀測點及凈空收斂觀測點按每2米一個斷面進行布設，以觀測圍巖及初期支護結(jié)構(gòu)的變化；洞頂原地表，每5米一個斷面布設地表下沉觀測點，以觀測地表沉降。周邊收斂、拱頂下沉及地表下沉各項目測點盡量集中斷面布設，以便量測成果分析。

地表下沉觀測點，以隧道中線為中心，間隔4米布共設5個測點，從隧道換拱施工開始進行地表沉降觀測，觀測頻率為每天一次。

拱頂下沉觀測點，在隧道需換拱的初期支護上每三米設置一個點，換拱施工完的初期支護上每兩米設置一個點，并且在換拱施工完6小時內(nèi)用水準儀進行第一次觀測，觀測頻率為每天兩次，直至二襯完成后為止。

凈空收斂觀測點，在拱頂下沉觀測點同一斷面設置，儀器采用高精度收斂儀，觀測頻率同拱頂下沉觀測。

2.5.2 測量數(shù)據(jù)分析

通過對量測結(jié)果整理與分析，及時安排置換鋼拱架的時間，是控制隧道下沉，保證隧道施工安全與凈空的重要一環(huán)。根據(jù)監(jiān)控量測單位提供離塌方最近測點YK16+250的數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理分析，該樁號測點的洞內(nèi)收斂、拱頂沉降、地表下沉數(shù)據(jù)與時間的曲線關(guān)系圖見圖8、圖9、圖10。

圖4豎向鋼支撐頂部與拱架焊接

圖5 豎向鋼支撐底部墊25槽鋼

圖6

圖7 測點布置圖

從上述洞內(nèi)收斂、拱頂沉降、地表下沉數(shù)據(jù)與時間的曲線關(guān)系圖可以看出，變形曲線在2009年12月23日至2010年1月2日這段時間收斂和沉降由大逐漸變小，速率變化均勻，截止2010年1月3日，變形曲線明顯趨于平緩，表明圍巖向穩(wěn)定方向發(fā)展，則說明隧道變形基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，換拱架的工作可以開始。

2.5.3 置換鋼拱架

置換鋼拱架之前，首先應將隧道仰拱施作完，并對初期支護鋼拱架施做臨時支撐，即利用換拱臺車每間隔一榀對初期支護鋼架連接處采用20工字鋼架設臨時豎撐、橫撐，橫豎撐間采用Φ22鋼筋連接，以免在換拱過程中相臨拱架受力過大而失穩(wěn)。

圖8

圖9

圖10

置換順序：利用換拱臺車從大里程逐環(huán)進行，對每環(huán)的拱架置換應遵循先墻后拱的原則，且每次只能開挖一榀；侵入二襯的土方主要以人工利用風鎬開挖為主，嚴禁采用爆破作業(yè)，盡量減少對圍巖的擾動，開挖預留量20cm。

開挖前要將制作好的Ⅰ20鋼架及鋼筋網(wǎng)運至現(xiàn)場，噴漿機等設備調(diào)試好，開挖拆除原初期支護鋼架完成后立即對巖面進行初噴，架設新鋼架，安裝Φ42注漿鎖腳導管，將注漿鎖腳導管和鋼架焊接固定，并鋪鋼筋網(wǎng)片，完成后立即進行C20噴砼作業(yè)，待噴砼強度達到設計強度后方可進行下一循環(huán)開挖。對已換拱段，及時分段施工二次襯砌。

2.5.4 換拱安全控制措施

現(xiàn)場施工時間專職安全人員在場監(jiān)視圍巖變化，用哨聲通知作業(yè)人員撤離，在換拱臺架的前后各堆放沙堆，在極度危險的情況下，人員可以跳到沙堆上迅速撤離。

施工期間，現(xiàn)場施工負責人會同技術(shù)人員對各部支護進行定期檢查。當發(fā)現(xiàn)量測數(shù)據(jù)有突變或異變時，立即通知現(xiàn)場負責人，采取應急措施或通知施工人員撤離危險地段。

對換拱段的地表水系進行疏通，保證地表沒有積水，在降雨的過程中雨水可以盡快的排走，如地表出現(xiàn)裂縫，對地表的裂縫灌注水泥漿封閉，防止有水從裂縫滲入，對地表裂縫每天進行觀察，一發(fā)現(xiàn)有新的情況，立即采取措施，根據(jù)裂縫的大小，現(xiàn)場施工的情況，監(jiān)控量測資料綜合進行分析，在分析的結(jié)果出來后決定是否施工還是采取措施加固。

2.6 山頂塌孔回填及封閉

塌孔段二襯混凝土澆筑完待強度滿足設計要求后，山頂塌孔采用不透水土分層回填，以小型夯實機具夯實，厚度以夯實厚度不超過30cm，回填標高應高出原地面，再澆注18cm厚C25防水混凝土封頂，封頂范圍較塌孔尺寸大2m。

結(jié)語

河源洞隧道右洞出口淺埋偏壓段塌方的綜合處治歷經(jīng)一個多月，經(jīng)過采取綜合處治措施之后，該處通過對洞頂塌方處地表沉降、洞內(nèi)拱頂下沉以及收斂觀測，均未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生大量的沉降和收斂。實踐表明該處綜合處理技術(shù)能夠有效處治隧道淺埋偏壓段超沉、塌方等問題。

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.025