淺談隧道塌方處理的控制重點

劉 湘 君, 王 建

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 隧道塌方產(chǎn)生的原因

隧道塌方產(chǎn)生的原因從廣義角度劃分分為客觀原因及主觀原因兩種?？陀^原因主要為地質(zhì)原因，主要包括富水、涌水、流沙、暗河等以及軟弱圍巖、瓦斯爆炸等；主觀原因為支護不到位、支護不及時、工程施工意外等。往往同時有幾種原因綜合影響。塌方引起的結(jié)果各不相同，有的在掌子面、引起掌子面數(shù)米至數(shù)幾十米崩塌，有的發(fā)生在下臺階開挖或二次襯砌部位、引起隧道關(guān)門(系指在隧道已支護或襯砌、離掌子面距離較遠(yuǎn)段發(fā)生的、造成全隧道堵塞的塌方)，有的發(fā)生在淺埋段，引起隧道冒頂。筆者介紹了根據(jù)不同的塌方原因采取的相應(yīng)的處理方法。

2 塌方處理實例

2.1 富水流沙類

深茂鐵路某隧道在隧頂存在大量無人管理的礦洞采空區(qū)。前期采礦作業(yè)人員未采取措施而導(dǎo)致礦洞內(nèi)長期積水，對周圍地質(zhì)狀態(tài)產(chǎn)生了較大影響，形成了人為的巖溶、溶腔。隧道某次開挖后，在拱頂左上方出現(xiàn)了一大股20 cm直徑的涌水加流沙，并不斷向上、向周邊擴大，0.5 h后即出現(xiàn)了一個直徑1 m、高2 m的溶腔，1 h即發(fā)育到直徑1.5 m、高5 m，并不斷產(chǎn)生碎石掉塊，所有流沙及碎石很快將掌子面作業(yè)范圍堆滿。

針對上述隧道塌方，立即撤離作業(yè)人員及設(shè)備并制定緊急處理方案。首先將開挖掌子面進行回填，回填完成后，先打設(shè)徑向注漿孔對已支護的圍巖進行加固，同時打設(shè)周邊注漿孔對溶腔進行注漿?？紤]到溶腔較大并經(jīng)過方案對比后，在正對溶腔位置埋設(shè)泵管，對溶腔進行泵送混凝土處理。處理完成后，調(diào)整掌子面附近及以后20 m范圍的圍巖級別，由Ⅲb調(diào)整為Ⅴb，對開挖工法及支護也進行了相應(yīng)的調(diào)整。

2.2 軟弱地層類

成簡快速路某隧道由于開挖范圍地處淺埋段土石分界線、大管棚支護范圍末端，雨季由于雨水的長期滲透，土體含水率飽和，開挖過程中失穩(wěn)引起冒頂、垮塌造成頂拱部位約有10根管棚被拔出折斷。塌方形成的坑呈漏斗狀，在頂拱邊坡形成了一個約8 m×8 m的天窗，其下部因渣體掩埋，當(dāng)時無法探明具體的垮塌范圍，僅依據(jù)外露部分，可見已完成初期支護范圍的4榀工字鋼折斷或壓彎變形。處理完成后發(fā)現(xiàn)，掌子面前方約2 m范圍內(nèi)同樣受冒頂影響而形成凹形。

針對上述類型的隧道塌方，所采取的處理方案為：先用架管、鐵絲、彩條布或防雨布對塌方范圍搭設(shè)防雨棚遮蓋，在塌方體范圍外修排水溝，將地表水引排至塌方體漏斗空腔體外，待塌方邊坡基本穩(wěn)定后，人工從上至下清理塌方漏斗空腔體邊坡危石以及松散體并削順邊坡，隨后對不穩(wěn)定部分采用錨桿掛網(wǎng)噴護進行支護。在人工清理、順坡及邊坡支護過程中派專職安全員24 h觀察邊坡的變化情況，并每天進行邊坡的變形監(jiān)測。

待坍塌邊坡危險排除后，將洞內(nèi)塌方體全部挖除，并將破壞的鋼支撐及管棚全部拆除，然后按照40 cm的間距在設(shè)計邊線安設(shè)20#工字鋼支撐，并用63 mm×5 mm等邊角鋼剪刀撐將鋼支撐連接成整體，工字鋼底部采用混凝土找平，22#槽鋼通長布置以增加其底部基礎(chǔ)承載力，每榀拱架增加4根φ28鎖腳錨桿，其長度按照設(shè)計圖紙長度保持不變，在鋼支撐外緣鋪設(shè)φ8@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)片，沿鋼支撐內(nèi)緣鋪設(shè)模板，進行C20混凝土模噴24 cm厚。

待噴混凝土達到強度要求后，采用20#工字鋼在噴混凝土上方約30 cm、空腔體下部設(shè)置縱橫工字鋼梁架，間距為1 m，兩端頭緊靠兩側(cè)巖體，用φ28砂漿錨桿錨入巖體并與工字鋼連接，巖體錨入深度為3.5 m，與工字鋼焊接聯(lián)成整體，焊接長度為0.5 m，然后澆筑1.5 m厚C20混凝土。

采用上述方法處理施工完成后，將掌子面破壞的大管棚割除，在開挖掌子面采用小導(dǎo)管超前支護，按照臺階法開挖施工，施工采取弱爆破、短進尺、支護緊跟。腔體待混凝土強度達到設(shè)計強度、開挖進尺一段距離后將防雨棚揭開，采用卷揚機安裝提升軌道，利用洞渣對空腔體進行回填，人工分層夯實至原坡面，隨后采用錨桿掛網(wǎng)噴護進行整面封閉，錨桿采用φ22砂漿錨桿，長2.5 m，鋼筋網(wǎng)為φ8@200 mm×200 mm，混凝土標(biāo)號為C20，厚度為15 cm。

2.3 開挖支護類

某隧道上臺階支護噴護頂部空腔，下臺階一次開挖進尺過大導(dǎo)致發(fā)生大塌方，造成隧道關(guān)門，所采取的處理方案如下：

(1)初支加固。

對塌方處回填反壓以穩(wěn)固塌方體并形成工作平臺。待圍巖穩(wěn)定后，將塌方處頂部噴C30混凝土進行封閉，然后鉆孔埋設(shè)小導(dǎo)管：長4.5 m,間距1 m×0.4 m ，φ42×3.5 mm打孔小導(dǎo)管，灌注1∶1的水泥漿液，固結(jié)松散巖體。

對未塌方處的初期支護段打設(shè)探孔探明初期支護背后的空洞情況。對較大的空腔先采用預(yù)留泵送砂漿孔回填砂漿或吹砂回填；對較小的空腔埋設(shè)φ42×3.5 mm打孔小導(dǎo)管進行回填注漿，注漿壓力為0.5～1 MPa。

(2)增加護拱。

根據(jù)具體情況，在一定范圍的隧道段增加護拱，采用I20b工字鋼護拱加強支護，縱向間距1 m,鋼架間用φ22鋼筋連接,與已完成初期支護的鋼架錯位布置,并設(shè)徑向注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管與護拱焊接牢固，注漿加固。增加護拱處噴C30混凝土封閉，完后環(huán)縱向間距為0.5 m×1 m。

(3)大管棚。

采用一環(huán)熱軋無縫花管(外徑 為108 mm，壁厚6 mm大管棚)進行超前支護，環(huán)向間距為0.4 m,每環(huán)50根，長度約為26 m。

(4)后續(xù)開挖支護參數(shù)。

臺階法加臨時仰拱開挖方法主要適用于隧道Ⅴ類圍巖、淺埋、偏壓及圍巖破碎帶。為保證施工安全，該段采用臺階法加臨時仰拱方法施工，采用Ⅴb復(fù)合式襯砌。開挖輪廓線放大50 cm做為預(yù)留沉降量，全環(huán)采用雙層I22a型鋼，間距每榀按0.5 m控制。系統(tǒng)錨桿在其拱部采用φ25×7 mm中空注漿錨桿，邊墻采用φ22普通砂漿錨桿，長3.5 m,錨桿末端均應(yīng)配墊板、螺母。采用φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為20 cm×20 cm。鋼筋網(wǎng)片網(wǎng)格拱接1～2個網(wǎng)格。超前小導(dǎo)管采用φ42×3.5 mm打孔小導(dǎo)管，長4.5 m,環(huán)向間距0.5 m,全環(huán)40根，縱向3 m一環(huán)。外插角為10°～15°。鋼架縱連接筋采用φ22的HPB235鋼筋，按環(huán)向間距0.5 m設(shè)置。鋼架與縱向連接筋尾部采用焊接。在鋼架拱、墻腳位置設(shè)置φ42鎖腳錨管，每處2根，每根長度為4.5 m。注漿壓力為0.5～1 MPa，注漿飽滿密實。

(5)空腔回填。

該塌方段施工二襯時需預(yù)留泵送混凝土孔和吹砂孔。預(yù)留孔距不大于5 m。每個斷面預(yù)留3根φ108泵送混凝土管，拱頂1根，長度為5 m,兩側(cè)各1根，長度為2.5 m。二次襯砌澆筑完成后，襯砌背后泵送C20混凝土、厚2 m,作為護拱。護拱上方吹砂2 m厚，作為緩沖層，以避免塌方體上方后期掉塊而造成二次破壞。

3 防止塌方的一般性措施

通過采用各種超前地質(zhì)預(yù)報方法，提前得到隧道掌子面前方100 m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，及時制定相應(yīng)的開挖支護方法。對于地質(zhì)情況非常差的隧道段，應(yīng)采取預(yù)注漿及超前措施。對于一般地質(zhì)情況較差段需采用超前措施，以達到固結(jié)圍巖的效果。另外，更改開挖工法，提前預(yù)判并加大圍巖開挖支護參數(shù)，以有效防止圍巖失穩(wěn)。

4 結(jié) 語

隧道塌方處理是一個綜合性較強的復(fù)雜性工

程，文中介紹的僅是筆者在長期工程實踐中，對不同類型塌方處理的具體實施方案的總結(jié)。而在具體的操作過程中，則應(yīng)根據(jù)隧道塌方的具體情況，將處理方案及其支護參數(shù)作符合實際情況的調(diào)整，從而達到快速處理塌方、恢復(fù)隧道正常施工的效果。