某淺埋大跨隧道塌方處治方案

楊 際 宇

(中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安　710000)

1　工程概況

某隧道為國(guó)高網(wǎng)上的一條短隧道，采用雙向六車道、120 km/h的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。隧道左線長(zhǎng)495 m，右線長(zhǎng)452 m，采用小凈距的布設(shè)形式。隧道單洞建筑限界凈寬×凈寬=15.5 m×5 m，考慮經(jīng)濟(jì)性及結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)，隧道主洞采用三心圓、曲邊墻形式。隧道主洞采用R480 cm,R880 cm的三心圓凈空斷面形式，設(shè)仰拱凈空斷面面積為133.7 m2，其建筑凈空斷面見(jiàn)圖1。

2　建設(shè)條件

隧道進(jìn)口段圍巖主要為碎石及強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，碎石結(jié)構(gòu)松散，抗沖刷能力差。強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，圍巖自穩(wěn)能力差，無(wú)支護(hù)時(shí)拱部易坍塌，側(cè)壁易失穩(wěn)。集中降雨?duì)顟B(tài)下洞室內(nèi)呈淋雨?duì)畛鏊?。根?jù)地勘報(bào)告，隧址區(qū)有明顯地表水體，地表徑流條件一般，需注意暴雨期間地表面流對(duì)洞口的沖刷破壞作用。

本隧道穿越的地層主要為碎石土，碎石土中含水量較大，分布厚度1 m～8 m。下伏基巖上部為石英砂巖，主要為全～強(qiáng)風(fēng)化巖。隧道進(jìn)口段采用SⅤ-a型襯砌，其支護(hù)參數(shù)如下：初期支護(hù)采用30 cm厚C25噴射混凝土，22b工字鋼間距為50 cm，雙層鋼筋網(wǎng)；二襯采用60 cm厚C30鋼筋混凝土。

3　隧道進(jìn)口端右線塌方概況

起初隧道進(jìn)口仰坡、洞頂坡面、拉槽路塹坡面等部位出現(xiàn)不同程度變形開(kāi)裂情況，半個(gè)月后，隧道進(jìn)口地表裂縫進(jìn)一步發(fā)展，其左線右側(cè)拉槽路塹坡面局部出現(xiàn)裂縫，裂縫主要以縱向和斜向?yàn)橹?。期間施工單位實(shí)施了洞內(nèi)注漿和地表注漿等補(bǔ)救措施，但效果不佳。

至裂縫出現(xiàn)的第28天，隧道右線YK21+265處初期支護(hù)變形突然變大，橫撐被壓失穩(wěn)、掉落、噴射混凝土裂縫變寬，塌方體進(jìn)入隧道逐漸填滿整個(gè)隧道，同時(shí)在地表形成塌方漏斗，漏斗最寬處直徑約30 m，此時(shí)右側(cè)山體也出現(xiàn)多條寬裂縫。右線YK21+265處隧道埋深18 m，左右線之間的凈距為22 m。

4　隧道進(jìn)口端右線塌方原因

進(jìn)口端從地形上看位于斜坡地帶，總體上右線埋深大，左線埋深小，屬于偏壓地段。地表植被豐富，覆蓋層也較厚。施工單位先開(kāi)挖了左線的路塹邊坡和明洞邊坡。

1)冒頂處隧道埋深18 m，屬淺埋隧道。隧道上覆土層為碎石土，滲透系數(shù)大，在雨水滲入后，其物理力學(xué)指標(biāo)降低，自穩(wěn)能力差，導(dǎo)致隧道拱頂土壓力增大，初期支護(hù)先開(kāi)裂，后被壓潰，導(dǎo)致塌方冒頂。

2)由于地形偏壓的存在，導(dǎo)致左右線進(jìn)洞樁號(hào)不統(tǒng)一，右洞塌方處，由于左線的邊坡已開(kāi)挖，無(wú)法為其提供有效的側(cè)限，導(dǎo)致了塌方的加劇。

5　隧道進(jìn)口端右線塌方處治措施

塌方發(fā)生后，各參建方積極響應(yīng)，制定了一整套處治方案，處治方案分應(yīng)急措施、洞內(nèi)處理及地表處理，確保處治方案的可靠性和及時(shí)性。

5.1　應(yīng)急措施

塌方發(fā)生后，第一時(shí)間處治方案的及時(shí)性和有效性關(guān)乎整個(gè)塌方處治方案的成敗。應(yīng)急措施的時(shí)候應(yīng)及時(shí)有效，以防止塌方進(jìn)一步的發(fā)展。塌方發(fā)生后，采用的應(yīng)急措施如下：

1)采用背拱措施。

對(duì)變形段處增設(shè)拱架加固，可抑制變形的進(jìn)一步發(fā)展。右線隧道加設(shè)Ⅰ22b工字鋼支撐護(hù)拱，間距50 cm，加設(shè)范圍縱向15 m，拱架共計(jì)30榀，具體的處治措施如圖2所示。

2)徑向注漿。

塌方后初期支護(hù)背后的巖土體自穩(wěn)性差，局部含水量高。對(duì)隧道內(nèi)塌方所受影響段初支采用φ42鋼花管，管長(zhǎng)3.5 m，垂直巖面打設(shè)并注漿加固，具體的處治措施如圖2所示。

3)塌方段左右線凈距為22 m。

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示，右線塌方期間，左線隧道拱頂沉降與內(nèi)側(cè)的側(cè)壁收斂明顯，為減小塌方對(duì)左線隧道的影響，左線隧道已開(kāi)挖的左、右兩個(gè)側(cè)壁加設(shè)臨時(shí)橫撐，以提高初期支護(hù)的承載能力。加設(shè)范圍左右側(cè)壁各10 m，采用Ⅰ20b、縱向間距為1 m的工字鋼。

4)由于左右線凈距較小，隧道施工影響范圍相疊加、塌體區(qū)域相貫通，應(yīng)整體考慮左右線塌方處理方案[1]。本隧道存在一定的偏壓，左線已拉槽段(尚未實(shí)施明洞襯砌)加劇了偏壓對(duì)隧道的影響。塌方發(fā)生后，及時(shí)對(duì)左線拉槽路基回填，回填長(zhǎng)度60 m，恢復(fù)為原地面高度。

5)對(duì)坍塌區(qū)覆蓋彩條布，以防地表水滲入。

5.2　洞內(nèi)塌方體處理及開(kāi)挖支護(hù)

采用的處治方案如下：塌方發(fā)生后，不建議即刻清方后掘進(jìn)，首先應(yīng)采用一定的措施防止塌方體的進(jìn)一步擴(kuò)大。

1)隧道塌方后，初期支護(hù)被壓垮，塌方體填滿隧道，縱向長(zhǎng)約10 m，塌方口的面積約為5 m2。塌方后，若貿(mào)然清方，會(huì)進(jìn)一步牽引上方的塌方體下滑，增加塌方體的方量。經(jīng)過(guò)討論決定，首先對(duì)塌方體進(jìn)行加固處理，加固的方式采用鋼花管注水泥漿液。當(dāng)塌方體含水量大時(shí)，注水泥—水玻璃雙液漿。同時(shí)設(shè)置φ42鋼花管排除塌方體中的水，要求增加花管打眼的密度，外部裹無(wú)紡布，作為排水管。

2)對(duì)已變形侵限的拱架逐榀拆除后施作，對(duì)塌方口拱架重新施作，施工前需采用長(zhǎng)12 m的φ76鋼花管作為超前支護(hù)，依次開(kāi)挖，施作拱架，以確保安全。原設(shè)計(jì)該段超前支護(hù)采用單層小導(dǎo)管，現(xiàn)變更為雙層小導(dǎo)管。

3)采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖坍塌土體，加強(qiáng)洞內(nèi)及地表的監(jiān)控量測(cè)，確保洞內(nèi)的施工安全與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

5.3　地表處理

1)采用噴錨支護(hù)處理漏斗段[2]:坡面掛設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)后，噴射15 cm厚C25混凝土，然后采用4 m長(zhǎng)φ25砂漿錨桿加固坡面。

2)對(duì)裂縫采用黏土回填，要盡量提高黏土的壓實(shí)度。

3)采用塌方漏斗采用碎石土分層回填，逐層壓實(shí)，要求回填后的地面略高于四周地面?；靥钔瓿珊笤谒闹茉O(shè)置截水溝集中引排地表水。

4)回填結(jié)束后，對(duì)漏斗區(qū)采用φ50鋼花管注漿(鋼花管間距1 m×1 m，呈梅花形布置)，平均長(zhǎng)度為5 m。

5)為確保整個(gè)山體的穩(wěn)定和隧道的結(jié)構(gòu)安全，在左右線之間設(shè)置抗滑樁加固(人工挖孔樁)，抗滑樁橫斷面2.0 m×3.0 m，樁長(zhǎng)25 m～30 m，縱向間距6 m，一共設(shè)置了15根抗滑樁。考慮到左線路基邊坡已坍塌過(guò)，后期對(duì)坍塌的邊坡采用明洞方案以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

6　結(jié)語(yǔ)

塌方發(fā)生后，施工單位按上述方案進(jìn)行了處治，用時(shí)3個(gè)月，確保了本隧道的按期貫通。現(xiàn)隧道已運(yùn)營(yíng)3年有余，表明了處治方案是有效、合理的。

1)塌方的發(fā)生往往會(huì)有一定的征兆，對(duì)于穿越不良地質(zhì)的大跨段淺埋隧道，塌方的風(fēng)險(xiǎn)很大，施工中應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，當(dāng)量測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，及時(shí)采取應(yīng)急措施，以避免造成安全事故及更大的經(jīng)濟(jì)損失。

2)塌方發(fā)生后，應(yīng)急措施應(yīng)及時(shí)并有效，主要目的是防止塌方的進(jìn)一步加劇，可采取及時(shí)反壓回填、初期支護(hù)背拱，徑向注漿等手段。應(yīng)急措施采用時(shí)，應(yīng)確保工作人員的安全。

3)洞內(nèi)處治后換拱和開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)最大，需采用強(qiáng)大超前的支護(hù)措施，并逐步挖除。換拱前需采用徑向注漿加固。

4)塌方發(fā)生后，需在塌方漏斗周邊設(shè)置截水溝，并及時(shí)回填漏斗，回填應(yīng)略高于四周地面以方便地面水的排泄。