淺談大坪子隧道塌方冒頂處理技術(shù)

■王柏林（泉州臺商投資區(qū)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，泉州362000）

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淺談大坪子隧道塌方冒頂處理技術(shù)

■王柏林
（泉州臺商投資區(qū)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，泉州362000）

文中以大坪子隧道為例，論述泥巖隧道塌方冒頂處理技術(shù)。對塌方產(chǎn)生的原因進行分析，制定措施及實施效果的反饋，對同類隧道的施工具有一定的參考價值。

隧道塌方冒頂注漿處理

1引言

隨著我國高速公路建設(shè)快速發(fā)展，隧道作為高速公路主要結(jié)構(gòu)物其數(shù)量也成倍增長，一些地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大的隧道大量涌現(xiàn)。在隧道施工過程中，塌方是一種比較易發(fā)的事故，在國內(nèi)很多隧道在建設(shè)過程中都出現(xiàn)過。隧道施工中造成塌方的原因是多樣的，有地質(zhì)自然條件的原因，也有人為施工方法、施工質(zhì)量的原因。如何處理好塌方，盡可能降低塌方對施工進度的影響同時保證后期運營的安全顯得尤為重要。本文從工程實例出發(fā)，分析泥巖隧道塌方發(fā)生的原因、處理的技術(shù)要求及實施效果，為同類隧道塌方處理提供參考。

2工程概況

大坪子隧道位于廣西荔浦縣大塘鎮(zhèn)，隧道型式為分離式隧道，隧道左線起訖里程樁號：ZK35+070～K35+ 510，長440m；隧道右線起訖里程樁號：K35+090～K35+ 550，長460m。隧道內(nèi)為-2.5%的單向坡，隧道凈寬10.5m，凈高5.0m，隧道最大埋深約65m。圍巖等級為IV級。隧道采用新奧法施工，光面爆破，洞身開挖采用三臺階法開挖。地質(zhì)資料顯示隧道圍巖從進口至出口，其巖層均為微風(fēng)化泥巖，其節(jié)理裂隙一般發(fā)育，穩(wěn)定性較好，圍巖等級為IV級，巖體呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu)，施工時可能產(chǎn)生零星小坍塌。在隧道進口及出口位置埋深較淺，局部可能產(chǎn)生較多風(fēng)化帶基巖裂隙水滲出現(xiàn)象。隧道中部埋深較深，不會產(chǎn)生較多基巖裂隙水滲出現(xiàn)象，局部可能有零星滴水。

3塌方情況

2011年4月20日晚上11點，掌子面開挖至ZK35+ 417時，拱頂位置突然出現(xiàn)塌方，在拱頂土體滑落帶動下迅速延伸至ZK35+433，導(dǎo)致該段已完成的初期支護出現(xiàn)變形，并在隧道頂形成長8.5m，寬6.8m的塌穴，如圖1和圖2所示。

塌方段位于隧道左洞ZK35+417～ZK35+433段，長16m。該段埋深約15m，位于淺埋段。初期支護參數(shù)淺埋段為Z4Q即Ⅰ18型鋼，縱向間距0.7m；噴240mm厚C25早強型混凝土，Ф8@200×200mm（雙層）鋼筋網(wǎng)；Ф22砂漿錨桿，長3.5m，縱向間距0.7m，環(huán)向間距1.0m，梅花形布置。

圖1　洞頂塌穴情況

圖2　洞身塌方情況

4塌方原因分析

塌方發(fā)生后，經(jīng)建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工、勘察等相關(guān)單位現(xiàn)場查勘、研究后確認以下幾點原因：

（1）塌方段圍巖為微風(fēng)化泥巖，遇風(fēng)即風(fēng)化、遇水即軟化，強度降低，自身穩(wěn)定性差。

（2）施工期間處于廣西的雨季，連日的降雨導(dǎo)致地表水滲透進土層及微風(fēng)化泥巖裂隙中，造成圍巖軟化，力學(xué)強度降低，同時土體飽和水作用下壓力劇增，造成初期支護型鋼變形，引起圍巖失穩(wěn)而產(chǎn)生大面積塌方。

（3）隧道開挖時，下導(dǎo)坑開挖未及時跟進，初期支護不能形成封閉環(huán)，影響整體受力。

（4）針對泥巖遇風(fēng)即風(fēng)化、遇水即軟化的特性，未及時將掌子面暴露的圍巖采用噴射混凝土將其封閉。圍巖在空氣中暴露的時間過長，造成泥巖風(fēng)化，且隧道內(nèi)濕氣過大，圍巖軟化失穩(wěn)。

（5）隧道埋深較淺，掌子面圍巖坍塌形成空洞，隧道頂土體失去穩(wěn)定下滑造成隧道冒頂。

5處理技術(shù)方案

5.1地面塌陷處理

（1）在塌陷坑四周5m外開挖一條80cm×80cm的截水溝，底部采用水泥砂漿封閉，截水溝與洞頂及路基排水系統(tǒng)相連接；在塌陷坑位置搭設(shè)遮雨棚，雨棚寬度比塌陷坑四周各寬出2m，防止雨水及地表水流入；雨棚下四周設(shè)置30cm×30cm排水溝，并在最低點位置與截水溝相連接。

（2）用挖掘機清除塌穴內(nèi)的表土及其他雜物，并對塌穴進行1：1削坡處理，夯實后噴射10cm厚C25早強型混凝土封閉坡面及塌穴底部。并在該位置采用梅花型布置、間距1.0m×1.0m、長度為5m的Ф50小導(dǎo)管注漿加固。

（3）混凝土強度達到要求后，用土對塌陷坑分層填筑、分層碾壓夯實，每層厚度不超過20cm，距地表1.5m范圍內(nèi)采用粘土回填夯實，并高出地面20cm?；靥钔瓿珊?，采用梅花型布置、間距1.0m×1.0m、長度為5m的Ф50小導(dǎo)管注漿加固。

圖3　洞頂塌坑處理示意圖

5.2洞身塌方處理

（1）首先進行排水處理，在隧道兩側(cè)重新開挖布設(shè)排水溝，將洞內(nèi)水排出到洞外。

（2）掌子面用土及時回填反壓，防止塌方體繼續(xù)拓展，并及時噴射10cm厚C25混凝土封閉。完善掌子面的排水系統(tǒng)，防止地下水在掌子面出匯集，保持掌子面處于干燥狀態(tài)，避免由于積水狀態(tài)導(dǎo)致圍巖強度進一步降低。

（3）對ZK35+417至ZK35+450段進行臨時支護，目的是防止塌方向洞口方向發(fā)展。臨時支護采用Ⅰ18型鋼作為臨時支撐，間距為0.7m。臨時支撐與原初期支護之間用木楔塞緊，端部設(shè)置4根3m長的鎖腳錨桿。臨時支撐工字鋼之間縱向加設(shè)三道型鋼，加強整體性?？v向沿已施做的型鋼支護，環(huán)向間距1.5m施做徑向注漿小導(dǎo)管加固。

（4）在塌方段采用縱向間距0.5m、環(huán)向間距0.3m、長度為5m的Ф50超前小導(dǎo)管注漿加固，傾角15°至20°。注漿順序由拱腳向拱頂推進，由外側(cè)向內(nèi)側(cè)跳孔進行。注漿材料為水泥漿液，水灰比為1∶1，注漿壓力為1.0MPa。

（5）將該段初期支護參數(shù)由Z4Q調(diào)整為Z5Q，即Ⅰ20a型鋼，縱向間距0.6m；噴260mm厚C25早強型混凝土，φ8@150×150mm（雙層）鋼筋網(wǎng)；Ф22砂漿錨桿，長4.0m，縱向間距0.6m，環(huán)向間距0.8m，梅花形布置，增加仰拱部分型鋼支護。

（6）待水泥漿液固結(jié)后，采用三臺階預(yù)留核心土法開挖，分上、中、下三個臺階七個開挖面施工。拱頂部分分左右兩側(cè)進行，采用人工沿隧道開挖輪廓線先開挖出進尺0.3m，環(huán)向長度2.5m的工作面，及時安裝型鋼支護，施做錨桿及噴射混凝土封閉，采用同樣的方法施做另一側(cè)拱頂部分，沿隧道縱向延伸1.0m后施做拱腰部位，并依次向兩側(cè)拱腳施做。

（7）ZK35+417至ZK35+433段初期支護由于受到土體擠壓侵入二襯斷面，為保證二襯厚度，在塌方處理完成后對該段進行換拱作業(yè)。在保證安全的前提下，拆除一榀支護一榀的作業(yè)方式進行。

6塌方段監(jiān)控量測

6.1洞身監(jiān)控量測

隧道內(nèi)每隔5m沿斷面在拱頂、拱腰、邊墻位置共布設(shè)5個監(jiān)測點，拱頂和拱腰以下沉監(jiān)測作為重點，邊墻位置以水平收斂監(jiān)測為重點。監(jiān)測點應(yīng)距開挖面2m的范圍內(nèi)盡快安設(shè)，并應(yīng)保證爆破后24h內(nèi)或下一次爆破前測讀初次讀數(shù)。在1～15d內(nèi)，每天早晚各測量1次；16～30d內(nèi)每天測量1次；1～3個月后每周測量1次，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時應(yīng)增加測量頻率?，F(xiàn)場量測數(shù)據(jù)應(yīng)及時繪制位移-時間曲線，曲線的時間坐標(biāo)軸下應(yīng)注明施工工序以及開挖工作面離量測斷面的距離。

6.2地表沉降監(jiān)測

以隧道軸線為中點，10m一個斷面，每個斷面布設(shè)5個點。點位采用混凝土澆筑固定。開挖面距量測斷面前后＜2B時，1～2次/d；開挖面距量測斷面前后＜5B時，1次/ 2d；開挖面距量測斷面前后＞5B時，1次/周。

6.3監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)應(yīng)及時繪制位移-時間曲線，曲線的時間坐標(biāo)軸下應(yīng)注明施工工序以及開挖工作面離量測斷面的距離。當(dāng)位移-時間曲線趨于平緩時，應(yīng)進行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，以推算最終位移和位移變化規(guī)律。采用回歸分析時，可在下列函數(shù)中選用：

（1）對數(shù)函數(shù)：例如：u=alg（1+t）、u=a+b/lg（1+t）

（2）指數(shù)函數(shù)：例如：u=ae、u=a（1-e）

（3）雙曲函數(shù)：例如：u=t/（a+bt）、u=a［1-1/（1+bt）］，式中a、b為回歸常數(shù)；t為初讀數(shù)后的時間（d）；u為位移值（mm）。

當(dāng)位移-時間曲線出現(xiàn)反常的急驟現(xiàn)象時，表明此時的圍巖-支護系統(tǒng)已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)停止開挖，對危險地段加強支護，確保已開挖段的安全。

根據(jù)量測結(jié)果及變形曲線圖，計算并判定最終變形數(shù)據(jù)并及時反饋。監(jiān)測由塌方治理開始至二襯施工完成結(jié)束，根據(jù)結(jié)果顯示該段相關(guān)量測數(shù)據(jù)均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

7結(jié)語

經(jīng)過一系列的加固處理，塌方段隧道二襯未出現(xiàn)滲水、漏水、混凝土開裂等現(xiàn)象，說明該塌方冒頂處理方案正確、處理及時、措施恰當(dāng)、組織嚴密，處理效果良好。針對泥巖隧道塌方處理總結(jié)出如下經(jīng)驗：

（1）隧道發(fā)生塌方，應(yīng)及時迅速處理。處理時必須詳細觀測坍方范圍、形狀、塌穴的地質(zhì)構(gòu)造，查明塌方發(fā)生的原因和地下水活動情況，認真分析，制定最佳處理方案。

（2）塌方冒頂，在清渣前應(yīng)支護陷穴口，地層極差時，在陷穴口附近地面打設(shè)小導(dǎo)管進行地表注漿，洞內(nèi)可采用管棚或小導(dǎo)管配合鋼架支撐支護。

（3）處理塌方應(yīng)先加固未坍塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展。塌方渣體完全堵住洞身時，宜采取先護后挖的方法。在查清塌穴規(guī)模大小和穴頂位置后，可采用管棚法和注漿固結(jié)法穩(wěn)固圍巖體和渣體，待其基本穩(wěn)定后，按先上部后下部的順序清除渣體，采取短進尺、弱爆破、早封閉的原則挖坍體，并盡快完成襯砌。

（4）隧道圍巖以泥巖為主，泥巖具有遇風(fēng)風(fēng)化，遇水泥化、軟化和脫水開裂等特征，施工中應(yīng)堅持“隨挖隨支護和先噴后錨”的原則，即噴錨或鋼架支護必須緊跟開挖工作面，應(yīng)在爆破、通風(fēng)和清浮石后及時對巖面進行初噴混凝土，盡快封閉圍巖，控制圍巖的初期變形。及時施作錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、架立鋼架，最后復(fù)噴混凝土達到設(shè)計厚度，在噴錨作業(yè)期間，應(yīng)有人隨時觀察圍巖變化情況。

（5）處理塌方的同時，應(yīng)加強防排水工作。對隧道內(nèi)積水應(yīng)進行及時排除，不要讓積水長時間浸泡拱腳。同時做好地表水引排、截流措施，防止地表水由塌穴滲入塌體或地下，引截地下水防止?jié)B入塌方地段，以免塌方擴大。

（6）塌方后要加設(shè)量測點，增加量測頻率，根據(jù)量測信息及時研究對策。淺埋隧道，要進行地表下沉量測。

［1］JTG/801，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).

［2］JTGF60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范.

［3］蘇建軍.淺談隧道塌方的處理技術(shù).中國水運，2012（10）.

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