小間距隧道施工應(yīng)急處理探討

藺 爭(zhēng) 艷

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012)

小間距隧道施工應(yīng)急處理探討

藺 爭(zhēng) 艷

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012)

結(jié)合臥龍溝2號(hào)隧道的施工情況，詳細(xì)闡述了小間距、淺埋、偏壓隧道重點(diǎn)難點(diǎn)控制性工程的應(yīng)急處理措施，總結(jié)了左洞初支偏壓形變、中夾巖應(yīng)變、后行洞初支形變等處理關(guān)鍵技術(shù)，以確保隧道施工的安全性。

小間距，淺埋，偏壓，隧道施工，應(yīng)急處理

1 隧道特征簡(jiǎn)介

臥龍溝2號(hào)隧道為左右分離式小間距曲線隧道。曲線半徑：左洞510 m，右洞500 m。左右洞明洞凈間距為：進(jìn)口7.28 m～出口5.4 m，暗洞凈間距為：4.78 m～6.66 m。隧道最大埋深為43 m。隧道左線處于淺埋偏壓地段。隧道洞身圍巖主要為加里東中期侵入花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎塊狀，易發(fā)生冒頂、穿幫。富水條件好，易發(fā)生淋雨?duì)畛鏊麄€(gè)圍巖為Ⅴ級(jí)。

2 施工工藝

根據(jù)隧道地質(zhì)特征初步判斷：整個(gè)隧道處于淺埋強(qiáng)破碎地帶，圍巖自穩(wěn)能力及支承能力極差，且隧道富水條件好。先行洞受偏壓作用，后行洞受擾動(dòng)作用。小間距中夾巖受后洞開挖圍巖應(yīng)力二次分布后的集中應(yīng)力作用，極易發(fā)生滑塌，大位移，甚至冒頂、穿幫。隧道施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

2.1 開挖工法

擬采取單側(cè)壁導(dǎo)坑法：短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)，4臺(tái)階四步流水作業(yè)，臺(tái)階長度不小于5 m，最大程度減小施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)，充分利用圍巖的自穩(wěn)性，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。仰拱及二襯施工嚴(yán)格按紅線規(guī)定，及時(shí)跟進(jìn)。

2.2 中夾巖支護(hù)方案

中夾巖不大于6 m段，采取φ25中空錨桿注漿張拉，張拉力50 kN～80 kN,對(duì)中夾巖柱施加預(yù)應(yīng)力抗壓、抗應(yīng)變；中夾巖在6 m～12 m段，采取中空錨桿注漿加固。

3 小間距隧道重點(diǎn)難點(diǎn)控制性工程應(yīng)急處理措施

3.1 監(jiān)控量測(cè)預(yù)警處置措施

該隧道為超小間距淺埋偏壓隧道，在隧道的開挖乃至襯砌后都可能存在極大的不可預(yù)見因素，如：先行左洞初支的偏壓形變、后行右洞開挖后中夾巖的應(yīng)力應(yīng)變、后行右洞二次應(yīng)力分布后的初支應(yīng)變、先行左洞二襯受后行洞應(yīng)力二次分布作用的應(yīng)變。此四道工序應(yīng)力應(yīng)變的監(jiān)測(cè)將是該隧道監(jiān)控量測(cè)的核心任務(wù)，為及時(shí)調(diào)整隧道的開挖及支護(hù)工法提供依據(jù)，降低開挖風(fēng)險(xiǎn)及確保成洞質(zhì)量。

3.1.1 左洞初支偏壓形變預(yù)處理措施

1)對(duì)已產(chǎn)生形變的初支施作臨時(shí)護(hù)拱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支撐，臨時(shí)護(hù)拱施作在原初支鋼拱架中間并在縱向上采用25鋼筋連接，拱腳及拱腰增設(shè)鎖腳錨管，沿臨時(shí)鋼拱架打設(shè)3.5 m徑向注漿錨桿并注漿加固增強(qiáng)圍巖支承力(60環(huán)×60縱)。

2)加強(qiáng)對(duì)該變形段應(yīng)力應(yīng)變的監(jiān)測(cè)工作并及時(shí)預(yù)警。

3)臨時(shí)護(hù)拱穩(wěn)定后檢測(cè)初支斷面有無侵線，若侵線則待二襯施工至該侵線段落時(shí)進(jìn)行換拱，換拱時(shí)必須停止該段落前方所有作業(yè)，換拱采取由里至外隔一榀換一榀，且換拱時(shí)先不拆除臨時(shí)護(hù)拱，待換拱完成后根據(jù)監(jiān)測(cè)應(yīng)變結(jié)果確定是否拆除臨時(shí)護(hù)拱。

4)根據(jù)監(jiān)控圍巖內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變以及初支水平收斂的數(shù)據(jù)分析及時(shí)調(diào)整后開挖段落的支護(hù)參數(shù)，增強(qiáng)受偏壓力方向支護(hù)參數(shù)，對(duì)于左洞來說其受力不利位置在隧道中心右半邊的拱腰至拱頂處。若在洞內(nèi)加固無法消除偏壓影響時(shí)，采取地表注漿固結(jié)增強(qiáng)洞頂上方圍巖支承力及自穩(wěn)性的方案；若地表注漿固結(jié)方案仍不能消除偏壓影響則只能采取卸載方案。

3.1.2 中夾巖應(yīng)變預(yù)處理措施

此隧道中夾巖厚度小且極度破碎，圍巖的支承力及自穩(wěn)性較差，極易發(fā)生大位移大形變或由中夾巖失穩(wěn)引發(fā)的塌方冒頂或串洞事故。

中夾巖在后行洞開挖后，受圍巖內(nèi)應(yīng)力二次分布后的作用影響，主要受力方向?yàn)椋簬r柱正上方破碎覆蓋層的豎向極限作用力和后行洞拱腰切線方向的斜向作用力以及先行洞二襯產(chǎn)生的水平反作用力。此三個(gè)方向的作用力無法達(dá)到平衡，只有通過增強(qiáng)中夾巖的支承力和整體性才能確保中夾巖的穩(wěn)定性，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。因此中夾巖的穩(wěn)定是隧道施工順利與否的關(guān)鍵點(diǎn)，也是小間距隧道施工的主要研究課題。對(duì)中夾巖的監(jiān)控觀測(cè)將是監(jiān)控量測(cè)的重中之重。

1)中夾巖應(yīng)力集中或應(yīng)變突變處理措施：當(dāng)中夾巖出現(xiàn)應(yīng)力集中或應(yīng)變突變時(shí)，立即停止左右洞內(nèi)的所有施工，封閉先行洞洞門并在后行洞內(nèi)采取緊急處置措施，采取緊急措施前先分析應(yīng)變可能存在的臨界點(diǎn)和圍巖失穩(wěn)臨界點(diǎn)，切不可盲目進(jìn)洞采取緊急措施，務(wù)必確保人員安全。

2)中夾巖加固方案：對(duì)中夾巖應(yīng)變段初支施作臨時(shí)鋼拱架護(hù)拱并在中夾巖區(qū)域外實(shí)施徑向錨桿注漿固結(jié)，對(duì)中夾巖變形段實(shí)施水平式φ42鋼管(L=4.5 m～6 m，35環(huán)×35縱)注漿加固。

3)在注漿前施作φ25精軋螺紋鋼(L為打入先行洞二襯內(nèi)20 cm左右，60環(huán)×60縱)采用快凝型漿液錨固待整個(gè)中夾巖注漿固結(jié)后實(shí)施預(yù)應(yīng)力張拉，張拉力依據(jù)固結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)確定。

4)根據(jù)監(jiān)控中夾巖的內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變情況，及時(shí)調(diào)整中夾巖的支護(hù)參數(shù)，先行洞對(duì)中夾巖區(qū)采用φ42×5 m鋼管按35 cm間距呈梅花形布設(shè)，45°角仰打并采取雙液注漿(水泥漿摻加水玻璃)；后行洞對(duì)中夾巖采取φ42×4 m鋼管按60 cm環(huán)×60 cm縱間距布設(shè)注漿加固。暗洞中夾巖超前小導(dǎo)管注漿加固措施(雙液)見圖1，左洞φ42小導(dǎo)管45°仰打注漿加固中夾巖側(cè)立面見圖2，右洞φ42小導(dǎo)管徑向注漿加固中夾巖側(cè)立面見圖3，S5a，S5b圍巖中夾巖預(yù)應(yīng)力加固措施見圖4。

3.1.3 后行洞初支形變處理措施

對(duì)于后行洞的初支變形可結(jié)合“先行洞偏壓處理措施及中夾巖處置措施”分析形變成因后處置。

3.1.4 先行洞二襯應(yīng)變處理措施

先行洞二襯應(yīng)變主要是由于偏壓或中夾巖的應(yīng)力集中引起的。

1)偏壓影響：對(duì)已施作完的二襯受偏壓影響，考慮通過對(duì)洞頂右上方的地表進(jìn)行注漿固結(jié)，增強(qiáng)圍巖支承力及自穩(wěn)性；若地表注漿固結(jié)方案仍不能消除偏壓影響則只能考慮卸載方案。

2)中夾巖應(yīng)力集中影響：采取“中夾巖應(yīng)變預(yù)處理措施”方案中的“中夾巖加固方案”進(jìn)行處理。

3)消除先行洞二襯應(yīng)變影響后檢測(cè)該影響段二襯是否侵線，若侵線則考慮采取靜態(tài)爆破對(duì)該段二襯進(jìn)行拆除重新施作。

3.2 不良地質(zhì)段施工處置措施

3.2.1 淺埋破碎體堆積層施工方法

該隧道為典型淺埋偏壓隧道，最大埋深約43 m，其中一部分埋深在20 m左右，該埋深段圍巖呈強(qiáng)風(fēng)化破碎堆積狀，圍巖無自穩(wěn)能力，遇擾動(dòng)極易發(fā)生坍塌，受力則發(fā)生大變形、大位移。由于

該隧道為超小間距隧道，左洞先行受偏壓作用，右洞后行受擾動(dòng)作用，中夾巖受后行洞開挖后的集中應(yīng)力作用，開挖風(fēng)險(xiǎn)極高。因此必須對(duì)不良地質(zhì)段的開挖輪廓線外進(jìn)行預(yù)加固處理。

加固方案確定：

1)考慮洞內(nèi)加固方案，即通過洞內(nèi)超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固結(jié)合徑向注漿加固措施，穩(wěn)定掌子面前后方圍巖，增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)性。

2)由于超前小導(dǎo)管加固段落短，在情況緊急時(shí)考慮以自進(jìn)式錨桿注漿加固處理，自進(jìn)式錨桿考慮分段前分段注漿。若單根錨桿無法穿過此薄弱層則考慮循環(huán)施作錨桿。

3)若洞內(nèi)固結(jié)無法確保開挖安全時(shí)，可采取地表徑向注漿固結(jié)方案進(jìn)行隧道洞頂軟弱圍巖加固處理。

4)根據(jù)工期、巖層內(nèi)水量等實(shí)際情況配置水泥漿單液或水泥—水玻璃雙漿液。

3.2.2 斷層、強(qiáng)裂隙破碎地段注漿預(yù)加固處理

1)根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)確定斷層及強(qiáng)裂隙破碎帶位置后，從安全性、經(jīng)濟(jì)性考慮，結(jié)合該工程實(shí)際情況，針對(duì)前方地質(zhì)情況，經(jīng)過反復(fù)研究，制訂了“注漿預(yù)加固”的施工方案。

2)開挖輪廓線外小導(dǎo)管注漿，強(qiáng)破碎圍巖卡鉆時(shí)考慮自進(jìn)式錨桿周邊注漿。

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)反饋信息，在距斷層帶或強(qiáng)破碎帶2 m～3 m的位置停止掌子面開挖施工。測(cè)出開挖面輪廓線，并用紅漆標(biāo)示，沿開挖輪廓線向上一定角度進(jìn)行小導(dǎo)管施工，對(duì)斷層或強(qiáng)破碎帶進(jìn)行注漿。

4 塌方逃生自救措施

臥龍溝2號(hào)隧道為超小間距、淺埋、偏壓隧道，圍巖極度破碎，自穩(wěn)能力和支承能力極差，施工時(shí)極易發(fā)生大位移、大形變、滑塌、穿幫、冒頂?shù)劝踩鹿省Ｒ虼颂由跃确绞接葹橹匾?/p>

1)掌子面滑塌。當(dāng)掌子面出現(xiàn)局部滑塌或坍塌且塌方速率較慢時(shí)，工人應(yīng)立即停止作業(yè)并撤至隧道外。

2)掌子面大塌方。當(dāng)掌子面出現(xiàn)大塌方且塌方速率較大時(shí)，根據(jù)塌方速率判斷無法通過上斷面直接逃生時(shí)，應(yīng)立即向逃生管道靠攏，并通過逃生管道撤離，在等待撤離時(shí)人員應(yīng)緊貼逃生通道旁的初支面，不可站在上導(dǎo)中央，或無序奔跑。

3)下導(dǎo)關(guān)門。當(dāng)出現(xiàn)關(guān)門事故時(shí)，上導(dǎo)區(qū)域作業(yè)人員切不可盲目向二襯區(qū)域逃生，應(yīng)反向向掌子面奔跑，在緊急無法撤離關(guān)門落石區(qū)時(shí)應(yīng)緊貼初支面，待落石稍穩(wěn)定時(shí)再反向奔跑至掌子面，通過掌子面逃生管道撤離。

5 結(jié)語

小間距、淺埋、偏壓隧道施工中應(yīng)重點(diǎn)注意：左洞初支偏壓形變、中夾巖應(yīng)變、后行洞初支形變、先行洞二襯應(yīng)變的處理，淺埋破碎體堆積層施工方法，斷層、強(qiáng)裂隙破碎地段注漿預(yù)加固處理?；谖覀兊奶崆邦A(yù)測(cè)分析和及時(shí)處理，施工中可能出現(xiàn)的問題都得到了有效的控制，本隧道施工在質(zhì)量、進(jìn)度、安全等方面都取得了可喜的成績(jī)。

Inquiry on emergent treatment of small-spacing tunnel construction

Lin Zhengyan

(ShanxiTrafficConstructionEngineeringSupervisionCorporation,Taiyuan030012,China)

Combining with Wolonggou No.2 tunnel construction conditions, the paper specifically describes emergent treatment measures of small-spacing, shallow-burying and biasing tunnel control engineering, and summarizes critical treatment techniques, such as preliminary left tunnel biasing deformation, central rock strain, post tunnel support deformation and so on, with a view to ensure tunnel construction safety.

small-spacing, shallow-burying, biasing, tunnel construction, emergent treatment

2015-05-27

藺爭(zhēng)艷(1979- )，女，工程師

1009-6825(2015)22-0172-02

U455

A