對(duì)門坡隧道塌方原因分析及處理施工方案探討

摘 要：處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)難度大，塌方問題是一直以來困擾著工程技術(shù)人員的難題。一旦發(fā)生塌方事故，不但影響工期，而且對(duì)人員安全和財(cái)產(chǎn)損失由一定的影響。本文以對(duì)門坡隧道塌方處理為例，從塌方原因、處理方案和技術(shù)要求方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：隧道塌方；原因分析；事故處理；技術(shù)要求

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.270

1 前言

隨著我國公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展，很多地質(zhì)條件復(fù)雜施工難度大的地區(qū)也開始了公路建設(shè)。那么這樣的地區(qū)的公路建設(shè)就有可能遇到各種技術(shù)問題，隧道塌方就是最危險(xiǎn)也最難處理的其中之一。隧道塌方原因很多， 概括起來歸為兩類：自然因素和人為因素 。自然因素主要有地質(zhì)狀態(tài)、受力狀態(tài)、水的侵害、瓦斯病害等。人為因素則主要指設(shè)計(jì)不合理 、施工不規(guī)范等。本文以對(duì)門坡隧道塌方為例來探討一下隧道塌方的原因及處理方法，希望對(duì)設(shè)計(jì)施工給予一定啟示。

2 工程概況

對(duì)門坡隧道位于鳳凰至大興（湘黔界）高速公路第5合同段，起訖樁號(hào)K19+243-K19+600，全長357m，設(shè)計(jì)為連拱隧道。此次塌方發(fā)生在左洞，該洞K19+351～K19+381段原設(shè)計(jì)為Ⅲ級(jí)圍巖，但圍巖節(jié)理裂隙非常發(fā)育，巖溶發(fā)育，巖體溶蝕裂隙風(fēng)化較深，雨水沿基巖裂隙滲入洞內(nèi)，巖體破碎，傾角較小，圍巖自穩(wěn)能力差。該段支護(hù)于2011年3月18日、3月20日、3月24日，分3次現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議紀(jì)要進(jìn)行了襯砌類型變更，由原設(shè)計(jì)的Ⅲ型變更為Ⅳ型。

3 塌方原因分析

2011年3月26日，左洞施工到K19+351里程，圍巖受斷層及滲水影響，于下午6：00發(fā)生塌方，塌方里程K19+351～+381，并壓垮K19+353～+381段初期支護(hù)28m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘：（1）該段里程圍巖有兩條“正”八字形陡傾角斷層位于拱頂左右兩側(cè)起拱處，拱頂上9米處巖層面風(fēng)化強(qiáng)烈，3條結(jié)構(gòu)面大致沿隧道走向延伸。斷層縫內(nèi)有濕粘土充填，滴水成線，斷層壁風(fēng)化嚴(yán)重，受裂隙水浸泡影響，巖性較軟，夾有泥質(zhì)灰?guī)r，致斷層面平整光滑有光澤。巖體受節(jié)理裂隙切割影響，十分破碎。（2）3月份該地區(qū)一直為陰雨天氣，大量雨水經(jīng)巖溶裂隙斷層滲入洞內(nèi)，局部滴水成線，基巖裂隙水在滲透過程中帶走部分裂隙斷層間充填物，造成巖體間的斷開和圍巖應(yīng)力分布的改變。（3）連拱隧道左右洞與中導(dǎo)洞重合，左右洞間距較近。同一斷面，在開挖爆破過程中將受到來自左中右的多次爆破擾動(dòng)。掘進(jìn)方向左側(cè)斷層面沿中墻延伸，距右洞開挖線小于1m，部分地段已侵入右洞開挖線；右洞在爆破開挖過程中又將對(duì)左洞該段圍巖造成一定的擾動(dòng)。

左洞K19+351～K19+381塌方后，隧道監(jiān)控量測(cè)單位立即對(duì)未塌方段：ZK19+381、ZK19+391、ZK19+395、ZK19+405、ZK19+415、ZK19+430、ZK19+450七個(gè)斷面進(jìn)行了連續(xù)拱頂沉降觀測(cè)。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)表明，K19+381～K19+391段初期支護(hù)沉降值超出規(guī)范要求， 381-385段拱頂噴砼出現(xiàn)環(huán)向裂紋。左洞K19+351～K19+381段拱頂相對(duì)地表埋深32～42m，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，對(duì)應(yīng)地表暫無明顯裂縫及沉陷。估測(cè)塌方量為： 10m（寬）×9m（高）×30m（長）=2700m3。

4 處理方案

4.1 總體施工方案

為確保隧道左洞施工安全，2011年4月1日，業(yè)主、監(jiān)理處、設(shè)計(jì)代表、監(jiān)控量測(cè)及施工單位現(xiàn)場(chǎng)會(huì)勘決定，對(duì)K19+351～+381左洞塌方處理方案如下：

（1）為防止塌方面裸露圍巖風(fēng)化和二次掉塊傷人，應(yīng)盡早對(duì)塌方面進(jìn)行掛網(wǎng)噴砼封閉。施工參數(shù)：φ25中空注漿錨桿3.5m，梅花形布置，間距100×100cm；掛φ8鋼筋網(wǎng)雙層，網(wǎng)格尺寸20×20cm；噴C20砼30cm。施工時(shí)先對(duì)塌方面進(jìn)行初噴，再進(jìn)行鉆孔，裝錨注漿，并安裝雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)層距20cm。

（2）塌方中較大的石塊利用液壓破碎錘進(jìn)行破碎，再采用裝載機(jī)和自卸汽車配合出渣。被壓垮變形段的初支砼利用液壓破碎錘進(jìn)行破碎，工字鋼利用人工氧割切斷。

（3）K19+351～+381段初期支護(hù)采用以下參數(shù)： 20b工字鋼間距40cm，采用20b工字鋼做連接筋（環(huán)距100cm）；φ25中空注漿錨桿縱距×環(huán)距（40×80cm）；φ8鋼筋網(wǎng)采用雙層，網(wǎng)格尺寸20×20cm；C20噴砼厚26cm；φ42超前小導(dǎo)管長4.5m，環(huán)距40cm，拱頂120度范圍布置，每環(huán)46根（塌空面不用施做）；在塌空面內(nèi)沿工字鋼縱向施工φ108管棚，長18m，環(huán)距40cm，拱頂120度范圍內(nèi)，斜插角度30度，搭接長度不小于4m；在拱圈背面噴2m厚C20砼，以快速形成護(hù)拱。

（4）K19+351～+381段二次襯砌參照以下參數(shù)：C30鋼筋砼拱圈55cm（中隔墻部分為45cm厚）、仰拱45cm；C15片石砼仰拱回填。在塌方空洞注漿回填滿后，進(jìn)行施工。

（5）塌方空洞處理：為穩(wěn)定塌方圍巖，降低右洞開挖到此段里程時(shí)的二次爆破擾動(dòng)，使圍巖能長效自穩(wěn)。空洞內(nèi)橫向、豎向采用20b工字鋼支撐坍塌面，梅花形布置，間距200cm。支撐工字鋼相互焊接，形成整體。塌方空洞內(nèi)3m高空間內(nèi)采用預(yù)埋φ150泵送鋼管，注M7.5水泥砂漿回填。預(yù)埋鋼管時(shí)應(yīng)在空洞最高處預(yù)埋2根φ108無縫鋼管做出氣孔使用，2根出氣鋼管應(yīng)一高一低錯(cuò)開10cm，并做好標(biāo)記。為減輕回填方的自重，塌方空洞3m以外剩余空間采用輕質(zhì)材料木材、木屑回填。

（6）K19+381～K19+391段圍巖處理：為確保圍巖長效自穩(wěn)，及施工人員處理前段塌方時(shí)的安全。對(duì)K19+381～K19+391已支護(hù)段進(jìn)行圍巖注漿固結(jié)，施工采用長4mφ42注漿小導(dǎo)管注水泥漿，梅花形布置，間距100×100cm 。為防止該段圍巖在注漿過程中，受注漿壓力影響，造成原初期支護(hù)變形加大。應(yīng)先對(duì)K19+381～K19+386段5m增設(shè)20b工字鋼一層，作為保護(hù)支撐，間距100cm。該層工字鋼在作為永久支護(hù)，在二次襯砌拱圈施工時(shí)，澆筑到拱圈砼內(nèi)。

（7）派專人對(duì)洞內(nèi)及地表情況進(jìn)行值班觀察，發(fā)現(xiàn)初支開裂變形及地表裂縫或沉陷，應(yīng)馬上撤離人員并及時(shí)上報(bào)。監(jiān)控量測(cè)人員加強(qiáng)對(duì)洞內(nèi)拱頂?shù)某两涤^測(cè)及塌方段對(duì)應(yīng)地表的沉降觀測(cè)，及時(shí)分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)施工。

4.2 施工順序

塌方段的處理應(yīng)先對(duì)壓垮變形初支進(jìn)行拆除，再重新施工初期支護(hù)和塌方空洞處理。本著“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的原則，對(duì)塌方段采取逐段挖除清理變形初支，再逐段施工變更初支的方案進(jìn)行，每次施工長度為3m。

（1）先對(duì)K19+381～K19+386段5m增設(shè)20b工字鋼一層，作為保護(hù)支撐。再對(duì)K19+391～+381段進(jìn)行注漿固結(jié)巖體，使圍巖能夠自穩(wěn)，聯(lián)結(jié)成整體。讓后續(xù)進(jìn)洞處理塌方段施工人員得到安全保障。

（2）利用開挖臺(tái)車架，對(duì)塌方面進(jìn)行掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，防止塌方面裸露圍巖風(fēng)化和二次掉塊傷人。讓后續(xù)進(jìn)洞施工初期支護(hù)的人員得到安全保障。施做φ108管棚。

（3）按照變更要求進(jìn)行初期支護(hù)施工。采用C20噴砼施做2m厚護(hù)拱，以快速保護(hù)初期支護(hù)和分散圍巖應(yīng)力。采用20b工字鋼支撐塌方面。對(duì)塌方空洞內(nèi)注砂漿和木材、木屑回填。最終形成圍巖自穩(wěn)。

4.3 技術(shù)要求

（1）塌方區(qū)的清理采用機(jī)械施工，對(duì)塌方中較大的石塊和被壓垮變形段的初支砼利用液壓破碎錘進(jìn)行破碎敲除，嚴(yán)禁使用爆破方式。工字鋼利用人工氧割切斷。塌方石方和壓垮段初支拆除施工應(yīng)預(yù)留核心巖渣，逐段挖除，逐段清理，逐段支護(hù)，依次循環(huán)推進(jìn)。

（2）K19+381～K19+386段5m增設(shè)20b工字鋼一層間距100cm，φ22鋼筋縱向連接，作為加固支撐。并與原初支工字鋼焊接牢固，拱架拱腰及拱腳處設(shè)置φ25鎖腳錨桿。工字鋼接下臺(tái)階拱腳處采用加長鋼板。

（3）K19+381～K19+391段注漿采用注純水泥漿（W/C=1.0），注漿壓力0.5～1.0Mpa。設(shè)計(jì)配合比以試驗(yàn)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)為準(zhǔn)。注漿時(shí)，應(yīng)對(duì)注漿管進(jìn)行編號(hào)，對(duì)每個(gè)注漿孔的注漿量、注漿時(shí)間、注漿壓力作出記錄，以保證注漿質(zhì)量。

（4）φ108管棚外插角30度（相對(duì)于洞軸線），方向：與路線方向平行。尾部焊接在工字鋼拱架上，前端深入圍巖4m，采用錨固劑與圍巖粘接牢固。隧道縱向同一橫斷面上的接頭數(shù)不得大于50%，相鄰鋼管的接頭至少需要錯(cuò)開1.5m。

（5）φ25中空注漿錨桿用注漿泵壓注漿液，水灰比為1：1，注漿終壓為0.5～1.0MPa，壓力穩(wěn)定時(shí)間為1～5min；注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求或注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求并保持10分鐘，可以結(jié)束注漿；注漿后，漿體強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求前，不得擾動(dòng)小導(dǎo)管；錨桿尾端必須焊接在鋼架上。在安裝錨桿墊板時(shí)應(yīng)確保墊板與錨桿垂直，并與初噴混凝土面密貼緊壓。

（6）預(yù)埋注漿鋼管采用φ150泵送鋼管，每3m預(yù)埋一根，在空洞最高處預(yù)埋2根φ108無縫鋼管做出氣孔使用，2根出氣鋼管應(yīng)一高一低錯(cuò)開10cm，并做好標(biāo)記。

5 結(jié)語

隧道施工過程中， 應(yīng)認(rèn)真調(diào)查不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，根據(jù)實(shí)際情況做好合理支護(hù)，選擇安全合理的施工方法 ，落實(shí)“先排水、短開挖、弱爆破 、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的施工原則 ，加強(qiáng)對(duì)圍巖的監(jiān)控量測(cè) ， 發(fā)現(xiàn)征兆應(yīng)高度重視 ，及時(shí)采取有力措施。

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作者簡(jiǎn)介：郭嘉（1983-），男，碩士，講師，研究方向：交通土建。