山區(qū)隧道斷裂破碎帶段塌腔處理技術(shù)

董永平

摘要：隧道施工遇到松散的大斷裂帶，并且在掌子面處發(fā)生塌方時(shí)，需要采取相關(guān)的施工技術(shù)保證施工過(guò)程中的安全及隧道使用過(guò)程的運(yùn)行安全。本文以廈沙高速公格泉州德化段格仔隧道為例，介紹、分析該隧道ZK70+311-ZK70+335塌方段塌方原因及處理方法，提出了施工過(guò)程中的安全、質(zhì)量控制措施，取得了良好的處理效果，為類(lèi)似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)隧道；斷裂破碎帶；塌腔處理

1 工程概況

格仔隧道為廈沙高速公格泉州德化段一座分離式隧道，為一座分離的四車(chē)道高速公路隧道，隧道凈寬為10.25m，凈高為5m。隧道左線起長(zhǎng)1520m；隧道右線長(zhǎng)1545m。隧道結(jié)構(gòu)按照新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌。塌腔段起止樁號(hào)為ZK71+311～ ZK71+335，設(shè)計(jì)圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)，支護(hù)類(lèi)型Z3，埋深約141m。在施工至隧道大斷裂帶處時(shí)拱頂局部有掉塊，形成拱頂局部塌腔，塌腔體有間斷性掉塊，塌腔逐步加大，直至塌腔長(zhǎng)度大約為28m，塌腔高度大約為18-20m，塌腔寬度大約為15m時(shí)塌方體穩(wěn)定。

1.2 工程地質(zhì)情況

隧址區(qū)屬剝蝕低山地貌，隧道軸線大致呈北北向西，地形起伏較大，一般坡腳25-300，隧道最大埋深約165米，洞身局部段落下穿溝底，最小埋深不足20米。隧址區(qū)地表植被較發(fā)育，覆蓋層相對(duì)較薄。本隧址場(chǎng)區(qū)表層多為第四系殘積坡土，下伏燕山晚期（γ53）花崗巖及其風(fēng)化層。受東北區(qū)域構(gòu)造影響，隧址區(qū)發(fā)育構(gòu)造帶一條及節(jié)理密集帶數(shù)條，構(gòu)造帶內(nèi)巖石較破碎-極破碎，完整性較差-差，巖體強(qiáng)度較低-底，風(fēng)化不均勻，無(wú)大型滑坡、泥石流、崩塌和巖溶塌陷等不良地質(zhì)作用。地下水主要為風(fēng)化巖層的孔隙-裂隙水及洞身基巖裂隙水：風(fēng)化基巖中裂隙-孔隙賦存于第四系坡殘層底部及破碎塊強(qiáng)風(fēng)化巖層中，富水性一般；基巖裂隙水主要受裂隙、節(jié)理等的控制，在裂隙寬度變化較大，帶內(nèi)巖體破碎時(shí)，富水性較好。

2 塌方段情況簡(jiǎn)介

2.1塌方經(jīng)過(guò)及塌方段工程地質(zhì)情況

格仔隧道左洞掌子面施工至樁號(hào)ZK71+311，爆破作業(yè)完成后，在進(jìn)行排險(xiǎn)工作時(shí)，見(jiàn)拱頂有大量石塊掉落，約10分鐘后，ZK71+311位置拱頂出現(xiàn)局部塌腔（高度約2米），發(fā)生塌方后迅速撤離施工作業(yè)人員及下方設(shè)備，并在距離掌子面100米 以外位置設(shè)置警戒線。塌腔體持續(xù)間斷性掉塊，繼續(xù)擴(kuò)大，至塌腔長(zhǎng)度大約為28m，塌腔高度大約為18-20m，塌腔寬度大約為15m時(shí)塌方體穩(wěn)定，地面形成坍塌體呈錐狀，塊徑多為0.1-0.5m，個(gè)別可達(dá)2m，較堅(jiān)硬。

通過(guò)對(duì)塌腔體進(jìn)行觀察，掉落石塊由松散體和石塊組成，以中風(fēng)化-微風(fēng)化花崗巖為主，為較堅(jiān)硬巖，巖體破碎-極破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育，總體呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙切割圍巖，其組合不利于圍巖穩(wěn)定，局部裂隙可見(jiàn)地下水滲出，呈點(diǎn)滴狀。施工過(guò)程中在水和空氣的作用下，應(yīng)力釋放，拱頂出現(xiàn)掉塊并逐漸發(fā)展成塌腔。

2.2 塌方原因分析

引起隧道變形并最終導(dǎo)致塌腔是多種不利因素的共同疊加結(jié)果：

1、塌腔體由松散體和石塊組成，巖體破碎，節(jié)理裂隙切割圍巖，局部裂隙有地下水滲出，其組合不利于圍巖自身穩(wěn)定；

2、此段圍巖處于圍巖等級(jí)交替過(guò)渡段，花崗巖侵入砂巖，形成地質(zhì)斷裂構(gòu)造帶，圍巖交接形差，穩(wěn)定性極差，當(dāng)周?chē)鷰r體被開(kāi)挖時(shí)，容易出現(xiàn)巖體應(yīng)力釋放，形成塌方。為典型圍巖的斷裂層。

3 塌方段處理方法

3.1掌子面回填反壓并固化

首先暫停掌子面施工，并在洞外運(yùn)輸洞渣至塌腔面，進(jìn)行回填反壓，對(duì)塌腔體外緣范圍采用小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固（小導(dǎo)管直徑50mm，長(zhǎng)度6m，間距1.5m*1.5m布置）。并對(duì)塌腔體表面噴射C25混凝土固化（厚度20厘米，混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%）。同時(shí)對(duì)塌腔面往小樁號(hào)方向ZK71+307-311立4榀工20型鋼進(jìn)行加固，鋼支撐間距1m，環(huán)向連接鋼筋ф25@1m，L=1m焊接牢固，鎖腳錨桿ф25，L=3.5m每榀4根；全斷面掛ф12@20cm*20cm鋼筋網(wǎng)，并噴射C25混凝土，確保塌方段不繼續(xù)擴(kuò)大范圍。

3.2 架設(shè)砼泵管

往塌腔體內(nèi)送3根不同角度ф108砼泵管，長(zhǎng)度22m，2根用于泵送混凝土（1根備用）、1根用于排氣管，并將泵管端頭架立牢固。

3.3 泵送C25砼及超前小導(dǎo)管注漿

1、塌腔體若覆蓋層大于6m，采用φ50mm超前小導(dǎo)管（環(huán)向間距100cm，縱向間距100cm）對(duì)覆蓋松散體進(jìn)行注漿固結(jié)，確保保護(hù)殼厚度不小于6m。ZK71+320-ZK71+328段采用φ76mm鉆桿超前支護(hù)（外插角為3-50），環(huán)向間距50cm，每根鉆桿長(zhǎng)為19-22米，每鉆完一孔便頂進(jìn)一根鉆桿，施工順序?yàn)樽韵露希@進(jìn)過(guò)程中需嚴(yán)格控制鉆進(jìn)角度，鉆桿端頭約有3cm的孔，可注漿將拱頂塌腔體進(jìn)行固結(jié)，防止開(kāi)挖過(guò)程中由于塌腔體松動(dòng)造成垮塌。

2、塌腔體若覆蓋層小于6m，先用采用徑向小導(dǎo)管（環(huán)向間距100cm，縱向間距100cm）對(duì)覆蓋松散體進(jìn)行注漿固結(jié)后，再通過(guò)ф108管泵送C25混凝土，確保上方保護(hù)殼厚度不小于6m，每次泵送混凝土厚度不得大于2米。

3.4 開(kāi)挖及初支

ZK71+311-ZK71+335段空腔砼終凝后，進(jìn)行二次開(kāi)挖施工。根據(jù)“短進(jìn)尺，弱爆破”原則，開(kāi)挖采用預(yù)留核心土法施工，每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.6m范圍內(nèi)，確保已澆筑砼段穩(wěn)定；開(kāi)挖后機(jī)械對(duì)石渣進(jìn)行清除，待渣體穩(wěn)定后掌子面噴射C25砼25cm。

初支鋼拱架采用I20b工字鋼支撐，縱向間距30cm，并根據(jù)對(duì)拱頂塌方體實(shí)際注漿效果，可調(diào)整鋼拱架間距（最大≤50厘米），每榀鋼架拱腳各設(shè)置2根L=3.5m鎖腳注漿小導(dǎo)管，各階段須認(rèn)真施作到位，同時(shí)鋼拱架應(yīng)落底到位，工字鋼縱向采用φ25鋼筋連接，環(huán)向間距1米；鋼筋網(wǎng)采用φ12，網(wǎng)格間距20cm*20cm；同時(shí)采用噴射C25砼進(jìn)行封閉，厚度30cm。

3.5 二襯施工

二襯采用Ⅴ級(jí)加強(qiáng)復(fù)合式襯砌（鑒于底部為堅(jiān)硬的花崗巖，取消仰拱），厚度60cm，主筋采用φ25，縱向間距調(diào)整為10cm，混凝土由C25調(diào)整為C30，抗?jié)B等級(jí)不變；環(huán)向及其它配筋參照Ⅴ級(jí)圍巖ZDK-1支護(hù)確定。

3.6 施工過(guò)程注意事項(xiàng)

1、本次塌腔屬于大型塌腔，塌腔高度高達(dá)20米，充填量較大，要求嚴(yán)格按照方案施工，確保施工期間及運(yùn)營(yíng)期間的安全。

2、初支施工注意預(yù)留φ108*6mm管，其中兩根為泵送混凝土管，一根為排氣管。

3、開(kāi)挖方式調(diào)整為預(yù)留核心土法施工，應(yīng)加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)控量測(cè)工作

4、塌腔段落處理結(jié)束以后，應(yīng)盡快進(jìn)行二襯施工以確保塌腔段落穩(wěn)定。

5、鑒于本隧道為小間距隧道，左右線間距不足30米，本次塌腔影響范圍較大，為避免塌腔對(duì)右線造成影響，右線施工塌腔區(qū)段相同里程時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)右洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)工作。

4 施工過(guò)程安全、質(zhì)量控制

1、必須詳細(xì)查明和分析工程的地質(zhì)情況與隧道周邊環(huán)境狀況，組織專(zhuān)家制定專(zhuān)項(xiàng)施工方案。

2、全過(guò)程監(jiān)控量測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，并力求反映工程實(shí)際狀態(tài)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析處理及時(shí)反饋設(shè)計(jì)。必要時(shí)加密監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)、提高監(jiān)測(cè)頻率，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

3、管棚及小導(dǎo)管注漿要保證效果，嚴(yán)格按照試驗(yàn)參數(shù)，控制注漿量。在進(jìn)行注漿作業(yè)時(shí)，要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整注漿壓力，防止因注漿效果不要，造成次生災(zāi)害。

4、每開(kāi)挖一榀鋼架的間距，應(yīng)及時(shí)支護(hù)、噴錨、閉合，嚴(yán)禁超挖。鋼拱架應(yīng)與噴射混凝土形成一體，鋼拱架與圍巖的間隙必須用噴射混凝土填充密實(shí)，同時(shí)鋼拱架應(yīng)全部被噴射混凝土覆蓋，保護(hù)層不應(yīng)不小于設(shè)計(jì)要求

5 結(jié)語(yǔ)

在面臨大斷面隧道施工時(shí)，承包方必須高度重視，尤其是伴有淺埋偏壓、高地應(yīng)力和節(jié)理裂隙發(fā)育等不良地質(zhì)現(xiàn)象，承包方更應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)分析工作。選折施工方法前必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)條件調(diào)研分析，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較基礎(chǔ)上選折比較適宜的施工方法。做好切實(shí)可行的施工技術(shù)方案，施工過(guò)程中嚴(yán)格準(zhǔn)信 “管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快成環(huán)”的施工原則，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作?？傮w來(lái)說(shuō)，此次塌方處理方案合理，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，施工工藝得當(dāng)，施工質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，塌方處理達(dá)到了預(yù)期效果。隧道的大斷裂帶塌方在采取上述處理方法后成功實(shí)現(xiàn)隧道的貫通，同時(shí)經(jīng)相關(guān)單位對(duì)塌方段進(jìn)行檢查，隧道結(jié)構(gòu)能夠滿(mǎn)足隧道營(yíng)運(yùn)期間的相關(guān)安全要求，為今后隧道的大斷裂帶塌方處理提供了一種安全可行的方法及施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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[3]《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50086-2001；

[4]張?jiān)?隧道塌腔施工處理技術(shù).《山西建筑》，2016年，第42卷（第二期）。

（作者單位：中交二航局成都城市建設(shè)工程有限公司）