談大跨度黃土隧道塌方原因及處理方案

張 森

(中交通力建設(shè)股份有限公司，陜西 西安 710075)

1 工程概述

青蘭高速公路(G22)山西省黎城(冀晉界)至長治段是《國家高速公路網(wǎng)》規(guī)劃中第6橫在山西省境內(nèi)的起點段，亦是調(diào)整后的《山西省高速公路網(wǎng)》(2009年2月)“三縱、十一橫、十一環(huán)”中第9橫的路段。目前該段高速公路服務水平逐年降低，部分路段出現(xiàn)擁堵，事故頻發(fā)，已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需要，改建擴容的必要性較為緊迫。其中的五里坡隧道全長1 451.817 m,隧道出口為了減少對原有生態(tài)環(huán)境破壞，力求保持原貌，洞門采用削竹式洞門。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

隧道洞口段200 m范圍內(nèi)，覆蓋層厚度僅2 m～33 m，且覆土主要為老黃黏土、新黃土，強度低，為Ⅴ級淺埋段，洞身開挖斷面面積達165.58 m2，屬超大斷面隧道，對暗洞開挖施工條件極為不利，施工難度較大。

隧址區(qū)未見地表水，地下水屬基巖裂隙水，貯藏于灰?guī)r裂隙帶中，水位不連續(xù)，主要受大氣降水入滲補給，本次勘察各鉆孔均未揭露地下水[1]。

3 塌方情況

1)五里坡隧道出口洞門樁號為Z2K770+250，明洞長18 m，洞身上導開挖至Z2K770+090(距洞口160 m)時，Z2K770+107～Z2K770+090段(約17 m)發(fā)生整體式跨塌，塌腔高度約5 m～6 m。

2)洞內(nèi)發(fā)生塌方后，發(fā)現(xiàn)地表有兩條不規(guī)則裂縫，總長度約60 m，縫寬約1 mm～2 mm不等。

3)Z2K770+130～Z2K770+107段初期支護在起拱線處發(fā)現(xiàn)有不規(guī)則輕微裂縫。

4 塌方原因分析

1)地質(zhì)原因：發(fā)生塌方段落老黃土層夾雜有新黃土，為粉質(zhì)黏土，較松散，圍巖穩(wěn)定差，易發(fā)生坍塌。

2)雨季施工：本段施工正值雨季，由于近期連日降雨，地表水滲入，使得洞內(nèi)土含水量增加，造成洞身失穩(wěn)。

3)施工原因：施工單位大跨度隧道施工經(jīng)驗不足，在上導施工過程中，下導及仰拱未及時跟進。

5 塌方處治方案

業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計單位察看現(xiàn)場后，隨后又邀請相關(guān)隧道專家到施工現(xiàn)場進行了洞內(nèi)外觀察。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，為使隧道安全通過塌方地段，共同確定處治方案如下：

1)盡快用黏土或灰土封閉塌方段對應地表裂縫，黏土或灰土需比地表稍高，以避免雨水從此處下滲，加劇洞內(nèi)塌方發(fā)展。加強地表裂縫發(fā)展情況觀測，一天不少于2次。

2)立即停止掌子面所有施工，初支未閉合段盡快施作臨時仰拱、豎撐和中間橫支撐。初期支護掉塊附近的初支已閉合段6 m范圍內(nèi)盡快施作豎撐和中間橫支撐。

3)加快初期沉降變形已穩(wěn)定段二次襯砌施工。

4)初支及地表沉降變形穩(wěn)定后方能進行塌方體施工。

5)塌方體處理前，先施作雙層超前小導管，小導管長度5.0 m，角度根據(jù)塌方空腔或塌方體頂面確定，漿液采用水泥—水玻璃雙液漿。

6)開挖塌方體時先施作超前支護，采用拱部120°范圍內(nèi)設(shè)φ108超前管棚+超前小導管支護。

7)鋼拱架型號由Ⅰ22b調(diào)整為Ⅰ25b，間距調(diào)整為50 cm。并且一次只能開挖一榀，開挖后掌子面立即噴錨封閉，并注意留好核心土，核心土長度不小于10 m,塌方處理段施工方法由雙側(cè)壁導坑法改為CRD法。塌方處理完后，按照設(shè)計雙側(cè)壁導坑法施工。

8)施工初期時要沿隧道縱向每隔2 m預留注漿管，塌方處理一段距離用預留注漿管注1 m～2 m厚C25混凝土作為護拱，護拱上部通過預留注漿管用粉煤灰盡量充填滿。

9)由于塌方段對應地表已產(chǎn)生裂縫，為應對未來更壞情況，建議施工隊及時準備方木應急搶險。

10)由于塌方情況隨時變化，以上建議僅供參考，應根據(jù)施工具體情況現(xiàn)場及時調(diào)整施工方案[2-4]。

5.1 隧道塌方體注漿

采用φ50雙層無縫鋼管沿隧道外輪廓線進行注漿，管長5.0 m，鋼管外插角根據(jù)塌方空腔或塌方體頂面確定，交錯布置。不同外插角鋼管環(huán)向間距為20 cm(即相同外插角鋼管環(huán)向間距為40 cm)，注漿材料為水泥—水玻璃雙液漿：水泥漿水灰比0.5∶1～1∶1，水泥漿—水玻璃體積比1∶0.5～1∶1，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)2.4～3.4，濃度30°Be～45°Be，凝結(jié)時間控制在15 min以內(nèi)(根據(jù)需要可摻2.0%Na HPO緩凝劑)，7 d漿液結(jié)石強度不低于20 MPa，注漿壓力初壓0.5 MPa～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。

5.2 超前支護

拱部120°范圍內(nèi)設(shè)φ108超前管棚支護，每環(huán)長15 m，環(huán)向間距0.4 m，縱向搭接長度3 m，外插角5°～10°，注水泥—水玻璃雙液漿，配合大管棚施作φ50超前小導管注水泥—水玻璃雙液漿加固地層，外插角40°，小導管長5.0 m，環(huán)向間距為40 cm，每2.0 m一環(huán)。為提高管棚的抗彎能力，在鋼管內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，鋼筋籠由四根主筋和固定環(huán)組成，主筋直徑為18，固定環(huán)采用短管節(jié)，節(jié)長5 cm將其與主筋焊接，按1.5 m間距設(shè)置。

5.3 開挖

開挖工法采用中隔墻法(如圖1所示)。

1)中隔墻左側(cè)上臺階開挖，施作相應部分主洞、臨時豎撐與臨時仰拱初期支護；

2)中隔墻左側(cè)下臺階開挖，施作相應部分主洞、臨時豎撐與永久仰拱初期支護；

3)中隔墻右側(cè)上臺階開挖，施作相應部分主洞、臨時豎撐與臨時仰拱初期支護；

4)中隔墻右側(cè)下臺階開挖，施作相應部分主洞、臨時豎撐與永久仰拱初期支護；

5)拆除臨時豎撐與臨時仰拱，澆筑主洞仰拱二次襯砌；

6)鋪設(shè)防水層，一次性澆筑主洞拱墻二次襯砌；

7)各階段初期支護施工順序為：超前支護、開挖、初噴混凝土、打設(shè)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、架設(shè)鋼拱架、復噴混凝土[2-4]。

5.4 支護

初支鋼架采用Ⅰ25b工字鋼，間距50 cm。連接筋采用φ25螺紋鋼，間距50 cm，鋼架內(nèi)外側(cè)交錯布置。每榀鋼架打設(shè)φ50鎖腳錨管12根，長4.5 m。拱墻設(shè)φ42徑向注漿管，長4 m，縱、環(huán)向間距1.0 m×1.0 m；全斷面設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)片，間距20 cm×20 cm；噴C25混凝土厚31 cm[2,3]。

5.5 拱腳連接

型鋼鋼架單元落底采用槽鋼墊板，槽鋼墊板替代型鋼鋼架連接板，槽鋼打設(shè)螺栓孔與連接板螺栓孔對應。

5.6 二襯

二次襯砌采用65 cm厚C30防水鋼筋混凝土。縮短二襯與掌子面的安全距離，確保施工安全。

6 效果檢驗

結(jié)合以上施工方案，使施工期間初期支護穩(wěn)定，有效的抑制了圍巖變形，順利度過了塌方段落。

7 結(jié)語

在大跨度黃土隧道施工過程中，遇見新老黃土夾層地質(zhì)時：

1)應對圍巖及時進行超前加固；

2)嚴格按照規(guī)范或設(shè)計圖紙中的施工方案和參數(shù)施工；

3)如設(shè)計圖紙沒有明確時，優(yōu)先采用中隔墻法或雙側(cè)壁導洞法；

4)后行施工步序應及時跟進先行施工步序；

5)加強地表沉降、拱頂下沉、洞內(nèi)周邊收斂的監(jiān)控量測工作，如有數(shù)據(jù)異常及時采取對應方案。

參考文獻:

[1] JTG C20—2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

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

[3] JTG/T D70—2010，公路隧道設(shè)計細則[S].

[4] JTG F60—2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].