談隧道工程塌方地段的預(yù)防和處治措施

劉 海 蛟

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051)

談隧道工程塌方地段的預(yù)防和處治措施

劉 海 蛟

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051)

通過分析隧道塌方發(fā)生的原因，探討了從工程地質(zhì)、施工技術(shù)預(yù)防塌方的措施，有針對(duì)性地提出了小塌方、大塌方、塌方冒頂、洞口塌方的處治措施，并通過云中山隧道發(fā)生的塌方案例，總結(jié)塌方處理方案，為隧道工程塌方處理提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

隧道，塌方地段，預(yù)防和處治措施

1 案例介紹

忻保高速公路云中山隧道左線LK42+642～LK42+660段修建于2010年4月28日，施工至LK42+642時(shí)，施工斷面出現(xiàn)破碎斷層夾有大量泥砂,左側(cè)拱頂出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，含水量大,后來繼續(xù)發(fā)展，施工斷面多處出現(xiàn)剝落、涌泥現(xiàn)象，噴射混凝土封閉掌子面后停止作業(yè)，經(jīng)四方代表查看后決定，對(duì)LK42+642～LK42+660段采用Ⅴ級(jí)淺埋支護(hù)參數(shù)進(jìn)行施工。2010年5月3日凌晨，云中山隧道左線按變更后Ⅴ級(jí)支護(hù)施工至LK42+651時(shí)，掌子面圍巖穩(wěn)定性變差，為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，呈松散碎裂狀，有少量滲水，拱頂左側(cè)出現(xiàn)坍塌，清理拱腳兩側(cè)坍塌體后進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，至下午3:40，噴混作業(yè)基本完成時(shí)，拱頂?shù)叵滤饾u增大，隨后發(fā)生較大塌方，將已施工完成LK42+647～LK42+651段初期支護(hù)砸壞，形成約高8 m、寬7 m、長(zhǎng)4.5的空腔，致使LK42+643～LK42+647段已做好初期支護(hù)變形開裂出現(xiàn)較大變形侵限，最大下沉約38 cm，LK42+636～LK42+643段初支出現(xiàn)細(xì)小裂縫，見圖1。

2 探析塌方的根源及其防控對(duì)策

2.1出現(xiàn)塌方的根源

2.1.1水文影響以及地質(zhì)影響

在本次施工時(shí)，隧道所處的多數(shù)地帶都表現(xiàn)為破碎帶以及斷層等現(xiàn)象。在特殊狀況下，隧道還需要穿越斷層錯(cuò)動(dòng)或者小型褶皺等不良地帶。對(duì)于此類薄弱的地帶如果擅自進(jìn)行開挖，那么很可能將會(huì)表現(xiàn)為巖層失穩(wěn)、隧道坍塌或者圍巖掉落等各種各樣的現(xiàn)象。究其根源，就在于隧道釋放了過多的潛在應(yīng)力。與此同時(shí)，某些顆粒體與結(jié)構(gòu)體本身缺乏穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，顆粒之間表現(xiàn)為相對(duì)較差的粘附作用力。一旦進(jìn)行開挖，那么很可能將會(huì)突然塌陷，進(jìn)而干擾到了整體性的施工穩(wěn)定。受到特殊狀態(tài)的影響，某些地帶包含了較多的填充物，因而也可能引發(fā)坍塌。

除此以外，針對(duì)偏壓地帶、鄰近河流或者山體的地帶、凹陷的溝谷地帶等如果要展開施工，那么也將會(huì)表現(xiàn)為突然塌方等不良現(xiàn)象。在這之中，很多塌方現(xiàn)象都根源于水體的不穩(wěn)定。這是由于，受到長(zhǎng)期以來的浸泡作用、軟化作用以及沖蝕作用影響，巖體將會(huì)由于遭受地下水的頻繁浸泡因而表現(xiàn)為迅速溶蝕的現(xiàn)象。遇到特殊狀況時(shí)，某些巖層還可能包含硬度較小的巖體，此類巖體包含了相對(duì)較多的軟弱面，加劇了塌方與塌陷等隱患。

2.1.2欠缺全方位的隧道設(shè)計(jì)

從隧道選址的角度來看，針對(duì)某些隧道地帶欠缺全方位的深入調(diào)研。受到上述要素帶來的影響，很多隧道地帶都表現(xiàn)為頻繁塌方等不良現(xiàn)象。究其根源，就在于某些施工方在查找涉及到隧道塌方的各項(xiàng)要素時(shí)并沒有做到認(rèn)真謹(jǐn)慎，對(duì)于塌方風(fēng)險(xiǎn)較強(qiáng)的區(qū)域也沒有進(jìn)行回避。除此以外，針對(duì)特定的隧道位置欠缺必要的水文以及地質(zhì)類資料，進(jìn)而造成了較大的開挖偏差。

2.1.3欠缺合適的施工手段

某些情況下，施工方并沒有密切關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)所在的真實(shí)地質(zhì)狀況，對(duì)于其中涉及到的各項(xiàng)施工流程沒有予以全方位的考慮。例如：施工方?jīng)]有把施工支護(hù)安排在特定位置上，或者選擇了強(qiáng)度較小的支撐架等施工設(shè)施。在此種狀態(tài)下，隧道施工很可能將會(huì)面對(duì)潛在性的施工風(fēng)險(xiǎn)或者安全隱患。由于欠缺全方位的施工安全舉措，以至于某些圍巖表現(xiàn)為頻繁風(fēng)化或者松動(dòng)等不良現(xiàn)象。

針對(duì)特定類型的隧道如果沒有設(shè)置及時(shí)的噴錨措施，或者在噴射混凝土?xí)r沒有兼顧其厚度以及質(zhì)量等要素，則有可能干擾到整體性的隧道施工。在爆破圍巖時(shí)，施工方對(duì)此填入了過多的炸藥，以至于圍巖震動(dòng)進(jìn)而表現(xiàn)為坍塌現(xiàn)象。此外，針對(duì)危險(xiǎn)性較強(qiáng)的某些巖石沒有予以全方位的查看，或者沒有選擇與之相適應(yīng)的查處措施。

2.2探求防控對(duì)策

1)為了從源頭入手來防控隧道塌方及其他不良現(xiàn)象，作為施工方有必要密切關(guān)注前期性的施工預(yù)備措施。具體來講，如果涉及到某些不良地質(zhì)，那么有必要遵照特定的施工流程來完成全過程的隧道開挖。例如：一旦涉及到破碎圍巖或者其他不良地質(zhì)，則必須給出與之相適應(yīng)的施工舉措，因地制宜開展全方位的施工測(cè)量。

2)及時(shí)預(yù)測(cè)塌方。從基本特征來講，隧道塌方通常都會(huì)涉及到多種多樣的根本原因。因此為了從源頭入手來避免多樣化的塌方風(fēng)險(xiǎn)，作為施工方有必要密切結(jié)合觀察法及其他方法來預(yù)測(cè)塌方隱患。具體來講，如果涉及到特殊類型的水文狀態(tài)或者地質(zhì)狀態(tài)，則有必要借助探孔觀察的方式來提升施工預(yù)測(cè)流程的精確度，對(duì)于潛在性的塌方隱患予以全方位的精確預(yù)測(cè)。每隔特定的時(shí)間段，施工方針對(duì)圍巖受力表現(xiàn)出來的變化狀態(tài)就要予以全方位的觀察，因地制宜開展多層次的支護(hù)檢查。一旦察覺到某些節(jié)理縫隙、巖層紋理或者其他部位表現(xiàn)為異常狀態(tài)，那么立即予以深層次的查看。如果涉及到掉落混凝土或者表層緩慢下沉等多種多樣的不良現(xiàn)象，則應(yīng)當(dāng)予以全方位的深入觀察。

通過運(yùn)用常規(guī)性的測(cè)量手段，針對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)出來的應(yīng)力狀態(tài)以及位移狀態(tài)就能予以全方位的精確判斷，而后給出與之相適應(yīng)的受力異?，F(xiàn)象。近些年以來，技術(shù)人員已經(jīng)開始借助聲學(xué)測(cè)量以及微地震學(xué)的測(cè)量方式，因地制宜給出潛在性的塌方隱患判斷，遵照防患未然的宗旨來開展全過程的塌方監(jiān)控。

2.3處理隧道塌方的可行對(duì)策

隧道如果表現(xiàn)為塌方的不良現(xiàn)象，那么對(duì)此有必要予以全方位的及時(shí)處理。具體在處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合隧道的真實(shí)狀態(tài)，因地制宜查看潛在性的塌方成因。針對(duì)地下水以及其他要素予以全方位的觀察。

具體來講，如果涉及到總面積較小的隧道塌方，那么針對(duì)兩側(cè)的洞口位置有必要予以全面加固。通過運(yùn)用混凝土噴射的措施，針對(duì)坍塌之后的隧道支護(hù)就能予以及時(shí)修補(bǔ)。在必要的時(shí)候，施工方還可以把臨時(shí)性的支架布置在坍塌之后的某個(gè)隧道位置上。等待整個(gè)施工流程全部終結(jié)之后，再去拆除支架。

在另外的情況下，施工方也可能遇到規(guī)模較大的隧道塌方。在面對(duì)此種狀況時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵照先支護(hù)后開挖的基本次序加以處理。具體的措施為：針對(duì)隧道周邊位置上的某些殘留巖層以及碎屑予以徹底清除，然后借助管棚法或者其他措施來實(shí)現(xiàn)隧道支護(hù)。如果涉及到塌方冒頂，那么可以把地表錨桿布置在特定的巖層位置上，然后再去搭設(shè)鋼架支撐或者運(yùn)用管棚支護(hù)等手段。

3 忻保高速公路云中山隧道左線LK42+642～LK42+660段塌方處理方案

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)云中山隧道左線LK42+642～LK42+660段塌方進(jìn)行如下的處治措施：

1)立即對(duì)LK42+633～LK42+647段反壓回填,回填至拱頂以下3 m,在拱頂輪廓線內(nèi)采用砂袋碼砌至開挖輪廓線外18 cm，見圖2，圖3。

2)對(duì)LK42+638～LK42+647段進(jìn)行臨時(shí)支撐，防止已施工完成的初期支護(hù)產(chǎn)生較大的變形開裂。方木長(zhǎng)度3 m,間距90 cm，規(guī)格20×20 cm。

3)為保證下步施工安全，防止開挖后塌體下滑，采用C25噴混凝土錨、網(wǎng)、噴封閉坍塌面，厚度20 cm，錨管間距1 m×1 m，長(zhǎng)度4 m，Φ8鋼筋網(wǎng)間距20 cm×20 cm；對(duì)塌體進(jìn)行注漿加固，注漿采用水灰比為0.8水泥漿，固結(jié)坍塌體，確保塌體開挖時(shí)的穩(wěn)定性，施工數(shù)量由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理及施工單位現(xiàn)場(chǎng)共同確認(rèn)，見圖4。

4)預(yù)埋混凝土泵送管3根，每根長(zhǎng)6 m，對(duì)塌腔進(jìn)行C20混凝土回填，回填至拱頂上2.5 m。

5)注漿及泵送混凝土完成后，坍塌段采用三臺(tái)階留核心土法環(huán)形開挖，開挖進(jìn)尺控制在60 cm。為防止初支下沉，每個(gè)臺(tái)階每榀鋼架增設(shè)8根4.5 m長(zhǎng)φ42鎖腳錨管。

6)LK42+647～LK42+660段采用Ⅴ級(jí)淺埋支護(hù)參數(shù)，錨桿采用φ25中空注漿錨桿，鋼架間距50 cm，縱向連接鋼筋環(huán)向間距50 cm，雙層φ8鋼筋網(wǎng)，間距20 cm×20 cm，鋼架內(nèi)外側(cè)布設(shè)。施工時(shí)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)情況及時(shí)調(diào)整。該段采用雙層小導(dǎo)管，范圍拱頂120°，第一排仰角15°，間距40 cm，小導(dǎo)管長(zhǎng)4.5 m，第二排仰角45°，間距40 cm，長(zhǎng)度4.5 m，每?jī)砷粋€(gè)循環(huán)，超前小導(dǎo)管采用水灰比為0.8的水泥漿。

7)為防止施工過程中上臺(tái)階下沉過大塌方段必要時(shí)施作臨時(shí)仰拱或采用φ108鋼管向外打入6 m長(zhǎng)鎖腳鋼管，左右側(cè)各兩根，角度向下35°～45°。

8)對(duì)LK42+643～LK42+647段上臺(tái)階進(jìn)行周壁注漿加固，縱橫間距0.6 m×0.8 m，梅花形布置，長(zhǎng)度4.5 m；注漿采用水灰比為0.8的水泥漿，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa。注漿完成后對(duì)侵限段按Ⅴ級(jí)淺埋支護(hù)參數(shù)換拱處理，錨桿采用φ25中空注漿錨桿，雙層φ8鋼筋網(wǎng)，間距20 cm×20 cm，鋼架內(nèi)外側(cè)布設(shè)。換拱段人工用風(fēng)鎬鑿逐榀拆除，每榀鋼架增設(shè)8根4.5 m長(zhǎng)φ42鎖腳錨管，見圖5。

9)對(duì)LK42+633～LK42+643段初支進(jìn)行φ25中空注漿錨桿加固，錨桿縱橫向間距60 cm×80 cm，錨桿長(zhǎng)4.5 m。在初支不侵限的情況下進(jìn)行錨網(wǎng)噴加固，防止初支變形開裂；掛Φ12鋼筋網(wǎng)，間距20 cm×20 cm，補(bǔ)噴5 cm厚C25混凝土。

10)加強(qiáng)變形段的監(jiān)控量測(cè)工作及時(shí)提供可靠的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)上報(bào)相關(guān)部門修正支護(hù)參數(shù)確保施工質(zhì)量及安全。

4 結(jié)語

隧道施工實(shí)踐中應(yīng)嚴(yán)格遵循新奧法原則，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，對(duì)于坍塌的地段應(yīng)增設(shè)監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)，增加量測(cè)頻率，根據(jù)量測(cè)信息及時(shí)研究對(duì)策，有效指導(dǎo)工程施工，避免塌方事故的發(fā)生或擴(kuò)大。

[1] 吳閩西,吳玥楠,章亮亮.隧道塌方事故處理的研究與實(shí)踐[J].山西建筑,2009,35(33):318-319.

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Discussiononpreventionandtreatmentmeasuresoftunnelengineeringcollapsearea

LiuHaijiao

(LuqiaoShanxiSecondEngineeringCo.,Ltd,Linfen041051,China)

Through the analysis of the causes of tunnel collapse occurred, discussed from the engineering geology, construction technical measures to prevent collapse, puts forward the small landslides, large landslides, collapse, the collapse treatment measures, and through the cloud of Zhongshan tunnel landslide case, summarize the landslide treatment scheme, providing a reference for landslide treatment of tunnel engineering.

tunnel, landslide area, prevention and treatment measures

1009-6825(2017)32-0148-02

2017-09-05

劉海蛟(1980- )，男，工程師

U458

A