八外洋2號隧道掌子面拱頂塌方處治實踐

(南平京臺高速公路有限責(zé)任公司，南平 353000)

八外洋2號隧道掌子面拱頂塌方處治實踐

■陶建彬

(南平京臺高速公路有限責(zé)任公司，南平 353000)

針對京臺高速公路南平段八外洋2號隧道掌子面拱頂塌方，在分析原因的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)處治措施，并取得良好的效果。

隧道 拱頂塌方 處治

高速公路工期大多偏緊張，隧道施工往往又是其關(guān)鍵性控制工程，一旦發(fā)生塌方，勢必延誤寶貴的工期，增加工程費用，甚至造成人身的傷害。

1 工程概況

八外洋2號隧道位于福建省建甌市南雅鎮(zhèn)杉溪村南側(cè)約3km的山嶺部位，為低山丘陵區(qū)；起于建甌市南雅鎮(zhèn)杉溪村林廠下小村南東側(cè)半山坡，止于迪口鎮(zhèn)鄭源村西側(cè)約1.3km的半山坡部位，為分離式中長隧道。

(1)設(shè)計概況

八外洋2號隧道左洞長702m，右洞長700m。其中V級圍巖占整個隧道長度的70.2%，Ⅳ級圍巖占29.8%。

(2)地形地貌

八外洋2號隧道隧址區(qū)屬剝蝕低山丘陵地貌，微地貌形態(tài)為近東西向帶狀陡峻山嶺與山間溝谷相間，支溝發(fā)育，多呈“V”字形。山巒起伏，地勢較陡，山坡坡度為20～50°，植被較茂盛，高程340.00～442.42m。

(3)工程水文、地質(zhì)情況

八外洋2號隧道隧址區(qū)地下水分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水二種類型?？h域?qū)偃跬杆貙?，隧道最大涌水量?02m3/d。根據(jù)設(shè)計資料，隧道進(jìn)口段地質(zhì)情況主要為全風(fēng)化云母石英片巖、碎石和殘坡積粉質(zhì)粘土，呈散體狀結(jié)構(gòu)，地下水較貧乏。

2 塌方情況

某日，YK29+833掌子面在出渣過程中，掌子面拱頂出現(xiàn)小掉塊，圍巖非常破碎(掌子面起拱線以下兩側(cè)為強(qiáng)風(fēng)化云母石英片巖，拱頂主要為土夾石結(jié)構(gòu))，拱部左側(cè)有滴水現(xiàn)象。小掉塊呈間斷性的掉落，不久開始出現(xiàn)大量掉塊，現(xiàn)場出渣人員及機(jī)械設(shè)備及時撤離，并立即封閉現(xiàn)場，停止施工。待塌方體上部破碎體基本穩(wěn)定后，技術(shù)人員立即展開洞內(nèi)、洞外地表調(diào)查：洞內(nèi)塌口下口尺寸為8m×4m，塌口高度為6m，總塌落體約200m3，已施工的超前小導(dǎo)管全部被壓出，支護(hù)好的鋼拱架未變形；洞外地表出現(xiàn)長6m×4m、深1.8m塌陷坑槽。詳見圖1～2。

圖1 YK29+833掌子面拱頂塌方現(xiàn)場照片

圖2 掌子面K29+833塌方示意圖

3 塌方原因分析

通過現(xiàn)場查看和分析后，一致認(rèn)為造成本次塌方的原因有以下幾點：

(1)坍塌體巖層以土夾石和全風(fēng)化云母石英片巖為主，圍巖級別為V級，呈散體狀結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性極差，地質(zhì)因素是本次坍塌的主要原因。

(2)緊鄰塌方體已施工段落的巖層以較均質(zhì)的全風(fēng)化云母石英為主，YK29+833處遇地質(zhì)突變，造成設(shè)計的超前小導(dǎo)管強(qiáng)度偏弱，加上開挖施工的長度可能未嚴(yán)格遵守設(shè)計及規(guī)范，也是造成坍塌的原因之一。

(3)坍方現(xiàn)場拱部左側(cè)出現(xiàn)的滴水現(xiàn)象，其涌水量較小，與設(shè)計的水文、地質(zhì)情況基本相符，不足以構(gòu)成坍塌的主要因素。

4 塌方處治措施

從現(xiàn)場塌方范圍及影響看，塌方體主要為土夾石結(jié)構(gòu)，極為松散，無自穩(wěn)能力，為防止引起拱部的進(jìn)一步垮塌，確保施工安全，作如下應(yīng)急搶救措施：洞內(nèi)立即暫停掌子面開挖，同時施作回填土對塌方體進(jìn)行反壓回填，反壓時預(yù)留二級作業(yè)平臺，使掌子面形成預(yù)留核心土；在洞外地表塌陷部位周邊開挖截水溝，采用彩條布覆蓋截水溝溝底及塌陷區(qū)域，防止雨水滲入，以穩(wěn)定塌體的自承能力，防止塌方繼續(xù)擴(kuò)大。

(1)塌方處加固處理

①首先對坍塌空腔暴露巖面進(jìn)行噴射混凝土進(jìn)行封閉，噴砼厚度為10cm。

②利用回填二級操作平臺，對塌腔部位進(jìn)行拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)片等初期支護(hù)，環(huán)向架立I20b型鋼，間距為30cm，按V級深埋尺寸制作，預(yù)留變形量為15cm，縱向采用I16工字鋼縱向連接，間距1m，并焊接牢固，使型鋼鋼架連接處牢固，上齊連接螺栓。

③在拱架背部掛設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片采用Φ8圓條制作，網(wǎng)格間距為15cm×15cm，網(wǎng)片與拱架焊接形成整體，噴射C25砼30cm使拱部平順。

④在拱架預(yù)留孔拱頂位置采用超前注漿固結(jié)的方式進(jìn)行加固處理。施工參數(shù)為：徑向Φ42超前小導(dǎo)管L= 6m，環(huán)向間距30cm，拱部120°范圍施作，注漿壓力控制在2MPa以上，以起到加強(qiáng)、加固松散體及支撐的剛度，提高塌方體自穩(wěn)和支撐能力，確保順利通過塌方段。

⑤拱頂處噴砼封閉時預(yù)埋一根長3mΦ2000套管，澆筑混凝土?xí)r能將輸送泵管送進(jìn)洞穴，預(yù)留一根Φ108的鋼管作為吹沙管，管長4m，同時在拱部布設(shè)3根5m長Φ42透氣孔。

⑥通過預(yù)埋管泵送拱頂厚度為2m的C25混凝土，分兩次澆筑，鋼拱架和混凝土形成1.5m厚護(hù)拱，澆筑混凝土?xí)r鋼拱架下加工字鋼支撐。混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后向坍塌空腔吹砂，形成至少2m厚的砂層。

⑦塌腔處理范圍為塌方處及前、后里程5m范圍內(nèi)。

(2)對塌方后方5m范圍內(nèi)已施作的初期支護(hù)進(jìn)行加固

①對掌子面、塌體及作業(yè)平臺噴射C25混凝土(厚度10cm)進(jìn)行封閉，并對YK29+833向洞口已支護(hù)段5～10m范圍兩側(cè)起拱線部位采用I22工字鋼(間距1m)進(jìn)行臨時支撐，防止已支護(hù)段出現(xiàn)拱架變形或失穩(wěn)。

②在塌方處向洞口方向5～10m拱頂位置采用徑向注漿固結(jié)的方式進(jìn)行加固處理。施工參數(shù)為：徑向Φ42超前小導(dǎo)管L=4.5m，環(huán)向間距30cm，縱向間距1m，拱部120°范圍施作。

(3)地表塌體加固

采用鉆孔埋設(shè)鋼花管并注漿的措施加固地表塌體。

①開孔直徑為Φ127，成孔直徑為Φ110，孔口段以Φ127套管護(hù)孔。鋼花管內(nèi)徑為Φ89(壁厚6mm)熱軋無縫鋼管。鋼花管平面布置原則：鉆孔孔位按間距2m梅花形沿隧道中線的法線方向布置，范圍為塌陷邊線向外5m范圍內(nèi)。鋼花管豎向布設(shè)原則：下部鋼花管頭距離開挖外輪廓線拱頂1.5m，上部鋼花管頭露出地表50cm，長度由地面和隧道拱頂間距離確定。

②鋼花管細(xì)部參數(shù)：沿鋼管管壁每間隔30cm交錯布置4排Φ16的注漿孔，鋼管每節(jié)長2～3m，孔口無孔段長度為50cm。鋼花管跟進(jìn)過程中分節(jié)絲扣接長，每邊長度不短于15cm，兩節(jié)相接處沿圓周每隔20mm進(jìn)行焊接。

③采用水泥單液漿進(jìn)行注漿，注漿設(shè)計壓力按1MPa控制。漿液水灰比為1:1，其稠度應(yīng)適中，利用泵壓可壓入較小的空隙，也能形成足夠的結(jié)石體強(qiáng)度。

④待洞內(nèi)、外處理均穩(wěn)定后，洞頂?shù)乇硭菘硬鄄捎貌煌杆惩练謱踊靥?，在回填土上鋪一?0cm厚耕植土并植草。

5 處治效果

經(jīng)過精心的處治，在較短的時間內(nèi)順利通過了塌方段。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，塌方處理段落的拱頂沉降量與沉降速率及圍巖收斂相關(guān)參數(shù)均符合規(guī)范要求，完工后期也未出現(xiàn)二襯空鼓、開裂、滲水等現(xiàn)象，說明處治措施是可行的，基本達(dá)到了“安全、快速、節(jié)約”的目的。

6 體會

(1)由于該隧道施工仍處在軟弱圍巖區(qū)域，而且還較長，技術(shù)人員仍應(yīng)牢固堅守“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測，快封閉、快襯砌”原則，將其貫徹到現(xiàn)場施工中。 (2)技術(shù)人員應(yīng)準(zhǔn)確領(lǐng)會設(shè)計意圖，隧道開挖后應(yīng)合理安排，盡可能縮短圍巖的暴露時間，盡早地進(jìn)行初期支護(hù)。超前小導(dǎo)管支護(hù)與錨噴支護(hù)必須做到緊密結(jié)合，將超前小導(dǎo)管與型鋼鋼架連接成整體，真正起到共同支護(hù)的作用。

(3)造成隧道塌方的因素很多，但地質(zhì)因素是造成隧道塌方的決定性的因素，因此技術(shù)人員應(yīng)高度重視施工地質(zhì)工作。塌方是可預(yù)測、可控制的，技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)控量測工作，及時、準(zhǔn)確反饋現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)精準(zhǔn)調(diào)整施工方法及支護(hù)參數(shù)，施工安全才有保障。

(4)技術(shù)人員應(yīng)站在高速公路全壽命周期這一高度上開展施工，施工期的馬虎，將給高速公路運營期間養(yǎng)護(hù)工作帶去極大困難。運營期間出現(xiàn)隧道二襯不均勻沉降、開裂、滲水及隧道路面出現(xiàn)滲水都是隧道施工質(zhì)量不過關(guān)引起的，運營期間進(jìn)行處治將十分困難，同時影響高速公路過往車輛的正常通行。

[1]福建省高速公路隧道施工標(biāo)準(zhǔn)化指南.

[2]JTJ042-2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[4]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集(第二版).北京：人民交通出版社，2011.