縉云山隧道掌子面塌腔處理措施

趙延露+康捷

摘 要：由于隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，具有不可預(yù)見性，在施工過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的塌腔，給隧道掘進(jìn)帶來很大難度，制造不安全因素。對于塌腔必須采取有效的措施進(jìn)行處理，保障施工安全。利用反壓回填與止灰墻法配合，進(jìn)行混凝土充填的處置方法可以有效處置塌腔病害。

關(guān)鍵詞：順層地質(zhì)；塌腔；反壓回填；止灰墻；充填

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

高速公路隧道因?yàn)樵O(shè)計(jì)選線時(shí)難以克服的各種因素，難免會(huì)穿越不良地質(zhì)段落，在施工過程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)掌子面塌腔掉塊等突發(fā)情況，本文通過縉云山隧道施工過程中的工程實(shí)例，分析縉云山隧道在施工過程中ZK6+841處碰到的塌腔出現(xiàn)的原因，提出了合理的處置措施，現(xiàn)場實(shí)際實(shí)施取得了良好的效果。為了更好地解決隧道施工類似塌方，提供有價(jià)值的參考資料，對隧道工程建設(shè)提供可行的施工經(jīng)驗(yàn)。

1.工程實(shí)例

1.1 工程背景

縉云山隧道設(shè)計(jì)為分離式三車道隧道，兩洞凈距15.25m，左線全長2714m，右線全長2745m。地質(zhì)情況復(fù)雜，III級圍巖占比11.32%，IV級圍巖占比34.03%，V級圍巖占比54.65%，隧道存在巖溶、煤層與瓦斯、采空區(qū)及斷層破碎帶等不良地質(zhì)情況。

縉云山隧道出口端左洞為先行洞，發(fā)生垮塌的掌子面樁號為ZK6+841，處于縉云山隧道出口深埋段，距離洞口788m，埋深183.18m。設(shè)計(jì)圍巖為V級圍巖。塌腔處地層情況為三疊系上統(tǒng)須家河組第3段（T3xj3），灰黑色，薄至中厚層狀泥巖與粉砂巖互層，設(shè)計(jì)提示圍巖局部夾炭質(zhì)泥巖及薄煤層，煤層厚0.15m?0.30m，設(shè)計(jì)為低瓦斯段。該層巖芯較破碎一較完整，多呈片狀、短柱狀。實(shí)際圍巖揭露情況主要為薄層狀頁巖夾厚層狀中粒巖屑砂巖，屬軟巖夾較硬巖，巖層層間結(jié)合較差，節(jié)理較發(fā)育，巖體較完整，圍巖為主要為層狀結(jié)構(gòu)，為相對隔水巖組，地下水貧乏。Rc=3.79MPa，完整性系數(shù)Kv=0.55，K1=0.1，K2=0.2，K3=0，[BQ]=209。塌腔出現(xiàn)位置圍巖主要為黃色松散狀泥巖，自穩(wěn)能力差。實(shí)際施工中該段落并未揭露出煤層，經(jīng)過實(shí)地監(jiān)測有毒有害氣體濃度為0。

1.2 塌方原因分析

掌子面掘進(jìn)至ZK6+841時(shí)，掌子面圍巖由之前的薄層狀中粒石英巖屑砂巖突變?yōu)辄S色松散狀泥巖，圍巖自穩(wěn)能力差，爆破后突然出現(xiàn)凌空面使圍巖原本的自穩(wěn)體系受到破壞，且該處圍巖設(shè)計(jì)圖紙中提示為地質(zhì)順層，原本的下滑方向正好與掌子面提供的凌空面相同，圍巖受到擾動(dòng)后先是發(fā)生滑移，進(jìn)而為拱頂圍巖提供了凌空面造成拱頂松散巖體進(jìn)一步垮塌，且垮塌趨勢一再擴(kuò)大。

根據(jù)現(xiàn)場揭露的圍巖情況未發(fā)現(xiàn)有煤層出現(xiàn)，且未檢測到瓦斯，掌子面較干燥未見有明顯裂隙水流出。由于前方松散泥巖夾層在掌子面縱深方向較厚，之前打設(shè)的超前小導(dǎo)管作用范圍短，未能夠發(fā)揮作用。最后塌腔縱向深度約8m，拱頂塌腔深度約5m，且斷斷續(xù)續(xù)的不斷有小體積土體塌落，根據(jù)施工圖紙?zhí)崾镜牡刭|(zhì)情況該處地質(zhì)破碎帶一直與掌子面走向呈45°角斜向延伸至洞頂，需要及時(shí)進(jìn)行處理，否則塌腔會(huì)進(jìn)一步加大，增加后期處理難度。

1.3 塌腔處理方案

塌腔處理遵循“穩(wěn)固塌體、填充塌腔、加強(qiáng)監(jiān)測、謹(jǐn)慎通過”的處置思路進(jìn)行施工，確保施工人員安全，避免安全事故的發(fā)生。根據(jù)塌腔現(xiàn)場的特點(diǎn)，合理配置生產(chǎn)資源，做好機(jī)具選型配套，合理及時(shí)的處理洞內(nèi)塌腔。

①回填封閉。因塌腔持續(xù)擴(kuò)大，不斷有塌體下落，為穩(wěn)固塌體，先用隧道洞渣回填反壓掌子面以限制塌腔進(jìn)一步擴(kuò)大?；靥疃丛烧谱用嫠惶帲蚨纯诜较蚍牌路謱踊靥睿粚?shí)，為后續(xù)施工留有足夠空間。噴射C25早強(qiáng)混凝土封閉整個(gè)回填體表面，厚度為20cm。同時(shí)預(yù)留3處Φ150mm的無縫鋼管以便后期對洞內(nèi)塌腔進(jìn)行泵送自密式混凝土回填。

②注漿固結(jié)。鑿出回填后成洞段外漏的第一榀工字鋼的導(dǎo)管眼，將塌方影響毀壞的小導(dǎo)管清除，重新按設(shè)計(jì)安裝小導(dǎo)管后，對塌落和回填土體進(jìn)行注漿固結(jié)，注漿管采用Φ42打孔鋼花管，長5m，注漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。注漿過程中注意控制注漿壓力及壓漿速度，以防止圍巖再次塌方。同時(shí)設(shè)置專人對封閉的掌子面進(jìn)行觀察，有異常情況立即撤出施工人員。

③止灰墻施作。在預(yù)留的Φ150mm的無縫鋼管端頭安裝混凝土泵送管以對塌腔體內(nèi)空洞進(jìn)行泵送混凝土回填，安裝泵送管后回填止灰墻，噴射C25早強(qiáng)混凝土封閉整個(gè)回填體表面，厚度為20cm，對止灰墻噴錨固結(jié)。

④混凝土充填。二襯班組安裝輸送泵，輸送管，泵送C20混凝土進(jìn)行充填，泵送過程連續(xù)；泵送后期采用流動(dòng)性好的自密性混凝土，進(jìn)行充填，確保充填密實(shí)無空洞。

混凝土充填后對混凝土進(jìn)行鉆孔取芯，驗(yàn)證混凝土密實(shí)度，根據(jù)混凝土芯樣反應(yīng)的情況，確定充填混凝土密實(shí)，可進(jìn)行下一步施工。

⑤圍巖變形監(jiān)測。加強(qiáng)對掌子面及支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行觀察，主要觀察掌子面地質(zhì)情況及支護(hù)完成段有無裂縫，并做好記錄。對成洞段的初期支護(hù)的變形情況進(jìn)行加密監(jiān)測，實(shí)時(shí)通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反應(yīng)圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖沉降與初支變形情況。監(jiān)控量測嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)進(jìn)行，每天測量完畢及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，向施工技術(shù)員和現(xiàn)場負(fù)責(zé)人反饋監(jiān)測結(jié)論。當(dāng)洞內(nèi)水平收斂值大于5mm/d或地表監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即通知現(xiàn)場人員撤離，并及時(shí)向上級回報(bào)。當(dāng)塌方段處理結(jié)束，洞內(nèi)收斂小于0.2mm/d后方可停止監(jiān)控。

⑥開挖施工前鉆探取樣。待塌方體內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，對掌子面前方圍巖進(jìn)行超前水平鉆孔探測，通過超前鉆孔探明掌子面前方的工程地質(zhì)情況，水文地質(zhì)的活動(dòng)態(tài)勢，主要探測不良地質(zhì)段位置、巖石的強(qiáng)度、巖層的破碎程度、巖性、有無富水地段。

根據(jù)鉆孔芯樣顯示掌子面前方巖層較破碎，應(yīng)采取較為安全的開挖工法三臺階七步作業(yè)法。對巖石芯樣進(jìn)行單軸飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，芯樣強(qiáng)度為19.5MPa，根據(jù)此巖石強(qiáng)度，需加強(qiáng)圍巖支護(hù)。

⑦ 嚴(yán)控開挖、加強(qiáng)支護(hù)。待塌方體內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，根據(jù)超前鉆探取樣結(jié)果，對掌子面采取相應(yīng)措施進(jìn)行開挖掘進(jìn)，開挖方法采用三臺階七步作業(yè)法開挖，三臺階七步作業(yè)法在臺階法的基礎(chǔ)上，預(yù)留核心土，左右錯(cuò)開開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定。為保證塌方體的穩(wěn)定性，工人在安全的環(huán)境下施工，實(shí)施加強(qiáng)支護(hù)，縱向用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)，外偏角分別為10°，45°，單根小導(dǎo)管間距30cm，小導(dǎo)管單根長5m，縱向搭接長度按設(shè)計(jì)圖紙中要求施工。其他支護(hù)參數(shù)按S5型襯砌進(jìn)行施工。

⑧圍巖監(jiān)控量測結(jié)果。現(xiàn)場觀察圍巖情況記錄結(jié)果顯示，掌子面圍巖層狀為薄-中厚層，巖體較破碎，圍巖穩(wěn)定性較差，掌子面干燥，初支狀況觀察結(jié)果顯示噴層無裂隙，無剝離剪切破壞，鋼支撐無壓屈。

隧道拱部收斂量測結(jié)果結(jié)果顯示最大收斂速率為1.4mm/d，累計(jì)收斂量22.7mm。隧道拱頂量測結(jié)果顯示最大下降速率1.7mm/d，累計(jì)下沉量28.8mm，隧道圍巖變形趨于穩(wěn)定狀態(tài)，斷面收斂與下沉量都滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語

按照本方案進(jìn)行施工，安全有效地完成本段里程塌方的處理工作，經(jīng)實(shí)踐證明該方法處理塌腔，施工速度快、節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，安全可靠。因地質(zhì)因素復(fù)雜多變，隧道施工過程中出現(xiàn)塌腔情況較為普遍，處理工作難度大，本方法在實(shí)踐中取到了很好的效果，可供類似工程參考。

參考文獻(xiàn)

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