復(fù)雜巖溶區(qū)特大斷面小凈距隧道洞口塌方處治技術(shù)

王鵬， 杜文濤， 湯明， 付貴慶， 孫強

(1.北京市市政一建設(shè)工程有限責(zé)任公司， 北京市 100044； 2.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院)

隧道施工安全事故中塌方是最為常見、危害性也最為嚴(yán)重的事故。關(guān)于隧道塌方已有許多學(xué)者進行了研究，內(nèi)容主要有兩個方面：隧道塌方孕災(zāi)評價及其處治技術(shù)。其中常用的評價方法有層次分析方法、集對分析方法、時空預(yù)測模型以及風(fēng)險動態(tài)評估模型等，該類評價方法對于塌方處治的實施具有積極的作用，但更多針對于特定的地質(zhì)環(huán)境進行評估，其普適性有待進一步加強。文獻[7-9]更多地從隧道塌方處治技術(shù)方面進行探討，提出了超前小導(dǎo)管預(yù)注漿法、自進式中空錨桿代替小導(dǎo)管法、護拱法和臨時回填等處治措施。根據(jù)隧道塌方狀況，各種處治措施都呈現(xiàn)出較好的實際應(yīng)用效果。

上述研究成果對于認識和理解隧道塌方的發(fā)生和治理具有一定的參考價值。但對于復(fù)雜的巖溶區(qū)特大斷面小凈距隧道洞口塌方，涉獵相對較少。該文主要從處治技術(shù)方面進行分析，以貴陽七沖村一號隧道為工程背景，針對洞口段發(fā)生的塌方事故，詳細分析其塌方原因，提出具體的處治方案。

1 工程背景

貴陽七沖村一號隧道為雙向八車道小凈距隧道，起于黔靈湖大橋，終于貴陽火車北站聯(lián)絡(luò)線立交。隧道左洞全長345 m，右洞全長320 m，左右隧洞間間距為9 m。圍巖為Ⅴ類圍巖，進洞段為30 m長管棚，開挖方式采取雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖。開挖跨度21.6 m，扁平率0.61。

2 案例分析

2016年1月6日，隧道左線右導(dǎo)洞發(fā)生塌方及臨時支撐發(fā)生傾覆和掉落，傾覆位置距離洞口5 m，里程樁號為K1+870.5；距離掌子面38.5 m，長度8.5 m，如圖1所示。

圖1 塌方事故現(xiàn)場

結(jié)合現(xiàn)場隧道塌方情況，對其病害發(fā)生原因進行了剖析：

(1) 圍巖破碎。隧道洞口段圍巖條件差，多為松散、軟弱巖體，節(jié)理和裂隙發(fā)育較強。開挖之后，圍巖自穩(wěn)能力差。

(2) 巖溶腔影響。該區(qū)為可溶性碳酸鹽巖灰?guī)r分布區(qū)，并且有溶洞形成。在塌方段K1+862.5處，隧道左側(cè)上方存在較大的黏土雜石充填溶腔。巖溶區(qū)的存在是造成此次塌方的主要原因。

(3) 水害影響。隧道周圍地下水豐富，洞口段塌方正逢當(dāng)?shù)赜昙?，降雨充沛。破碎圍巖受水害影響，其力學(xué)性能進一步弱化，同時水害也會對隧道支護結(jié)構(gòu)的受力、強度等多方面造成負面影響。

3 處治方案

隧道塌方方案的選擇首先應(yīng)遵循基本的塌方處治原則：探明塌方原因、加強支護措施、穩(wěn)定塌體、超前支護加固、先護后挖。在此基礎(chǔ)上，進行處治方案的合理制定。

(1) 塌體處治

為了保證處治作業(yè)的正常進行，首先對隧道塌方段各導(dǎo)洞進行加固處理，具體步驟如下：① 塌方段回填。右導(dǎo)洞回填：上下臺階回填里程分別為K1+860.5～K1+870.5、K1+850.5～K1+860.5；回填至距離拱頂分別約為2.64、5 m；水平傾角為14°；中導(dǎo)洞回填：回填至距離拱頂2 m處。同時采用長度為4 m、管徑為φ50 mm導(dǎo)管對土體進行注漿加固；② 支撐架設(shè)。各導(dǎo)洞臨時支撐采用H175 mm×175 mm型鋼、基礎(chǔ)支撐采用H200 mm×200 mm的通長型鋼。各支撐架設(shè)間距、角度如圖2所示。

圖2 鋼支撐加固(鋼筋尺寸單位：mm，其他單位：cm)

(2) 溶洞處理

在隧道右側(cè)導(dǎo)洞上方存在充填溶腔，為保證隧道施工順利通過溶洞，需對其進行加強處理(圖3)。具體措施如下：① 預(yù)支護措施：超前小導(dǎo)管加固，水泥漿充填注漿，注漿壓力0.5～1 MPa。使?jié){液與雙層鋼筋網(wǎng)片形成具有一定厚度的泥漿殼;② 留設(shè)注漿管和噴料管：向洞內(nèi)噴射干料，噴料量視溶洞高度而定，同時保證一定的釋放空間，預(yù)留一定空間;③ 加固措施：若溶洞內(nèi)出現(xiàn)裂縫，在溶洞內(nèi)混凝土強度達到要求后，通過地表鉆孔注漿進行充填加固。

圖3 溶洞處理示意圖

4 現(xiàn)場施工

在上述塌方處治方案實施之后，恢復(fù)隧道開挖施工。各導(dǎo)洞開挖采取三臺階開挖方式，開挖同時不斷延伸鋼支撐，最終將鋼支撐與仰拱鋼架焊接。為了保證安全，豎向鋼支撐應(yīng)在仰拱充填和二襯施作之后方可氣焊切割掉。施作方式如下：

(1) 側(cè)導(dǎo)洞施工

左側(cè)導(dǎo)洞斷面形態(tài)如圖4所示，具體施工流程如下：左側(cè)上臺階1開挖，保持合理的間距，然后下臺階2開挖，仰拱施作及混凝土回填，繼續(xù)開挖下臺階2，再次施作仰拱并回填混凝土，開挖上臺階1，如此反復(fù)進行，同時應(yīng)注意保持各導(dǎo)洞之間的錯距合理。

(2) 正導(dǎo)洞施工

在左側(cè)導(dǎo)洞仰拱回填澆筑完成18 m后，結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，再進行正導(dǎo)洞開挖。在正洞施工中應(yīng)加強對坍塌區(qū)處理，坍塌區(qū)施工采用三臺階開挖，仰拱開挖控制在兩榀，支護封閉之后才可進行繼續(xù)開挖。

5 監(jiān)控量測

在塌方段K1+867斷面布置監(jiān)測點，采用全站儀監(jiān)測拱頂下沉及水平收斂；鋼筋計量測鋼拱架受力，具體監(jiān)測點方位如圖5所示。

圖4 隧道施工步序

圖5 隧道監(jiān)測布控點

通過對塌方區(qū)域監(jiān)測斷面圍巖變形進行監(jiān)測，各導(dǎo)洞變形監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。其中主導(dǎo)洞的拱頂沉降最大為43 mm，右導(dǎo)洞的水平相對收斂最大為6 mm；不同于左、右導(dǎo)洞水平方向變形，主導(dǎo)洞開挖過程中發(fā)生向外擴張變形，這與導(dǎo)洞的施工順序有關(guān)，但整體而言各變形量均處于合理范圍之內(nèi)；并且所測鋼架結(jié)構(gòu)內(nèi)外邊緣最大應(yīng)力為171 MPa，也未超出Q235鋼的屈服強度。

表1 隧道圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

6 結(jié)論

針對貴陽七沖村一號隧道洞口段塌方事故，在全面分析塌方原因的基礎(chǔ)上，通過對處治方案進行現(xiàn)場監(jiān)測，所得結(jié)論如下：

(1) 隧道塌方是多因素綜合作用的結(jié)果，其中巖溶腔的存在是造成此次塌方事故的主要原因，針對隧道塌方現(xiàn)場情況，制定出“先護后挖”的實施方案。

(2) 在各處治措施實施后，通過對塌方段斷面的拱頂沉降、凈空收斂以及支護結(jié)構(gòu)受力進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果均在合理范圍內(nèi)，表明此次處治方案可行。