淺析松建高速杜布隧道地表及洞身沉陷的處理

黃章文

(南平武沙高速公路有限責(zé)任公司，南平 353000)

1 工程概況

杜布隧道是松建高速公路的控制性工程， 也是施工難度最大的工程之一。杜布隧道屬于小凈距短隧道，左洞起迄樁號為ZK59+309～ZK59+786，長度為477m；右洞起迄樁號為YK59+305～YK59+779，長度為474m。

(1)地形地貌概況

杜布隧道屬構(gòu)造-剝蝕低丘地貌，該隧道穿越一小山丘，地形起伏較大，隧道相對高差60m，沿線地形呈波浪狀起伏，洞口處地形較平緩，自然山坡坡度進(jìn)口約10°～20°、出口約20°～30°，隧道經(jīng)過山體植被較發(fā)育。

(2)水文地質(zhì)條件

隧道位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上， 山體坡體起伏較大，無大型地表水系經(jīng)過，地表水總體較貧乏。 洞頂多為弱風(fēng)化云母石英片石，未見其他規(guī)模較大、透水性較好的斷層發(fā)育。 地下水以基巖裂隙水為主，單洞最大涌水量Q0為1069.71m3/d～1089.76m3/d， 正常單洞涌水量Q0為340.11m3/d～342.98m3/d，地下水對砼不具腐蝕性。

(3)工程地質(zhì)條件

隧址區(qū)地表上覆坡積亞粘土、含碎石粘土，下伏基巖為震旦系龍北溪組云母石英片巖(Z1l)。 隧址區(qū)未見斷裂構(gòu)造、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造，地殼整體相對穩(wěn)定。 隧道洞身大部分為花崗巖，洞體圍巖級別主要為Ⅳ級；隧道進(jìn)洞口圍巖級別為Ⅴ級，圍巖自穩(wěn)能力較差。杜布隧道洞口現(xiàn)場地貌見圖1。

2 坍塌經(jīng)過

2011 年6 月19 日下午，在隧道右洞出口YK59+657上斷面鋼拱架安裝過程中， 發(fā)現(xiàn)隧道拱頂右側(cè)出現(xiàn)少許掉渣。 安全員聽到掌子面上方伴有嗵-嗵的響聲，并發(fā)現(xiàn)拱頂拱架明顯下沉，拱腳明顯下陷，即刻通知洞內(nèi)所有人員撤離現(xiàn)場。 隨后松建高速業(yè)主高度重視，組織施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、監(jiān)控量測等單位工程技術(shù)人員對隧道事發(fā)情況展開調(diào)查，并對隧道洞內(nèi)外情況進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)初期支護(hù)噴射砼表面形成多道縱向裂縫， 最大裂縫寬度達(dá)15cm， 地表隨拱架整體下沉， 其中掌子面附近下沉1.02m，洞口下沉0.32m，地表出現(xiàn)較大面積的圓形塌陷；ZK59+700～ZK59+757 段地表新出現(xiàn)多處橫向裂縫，橫向裂縫橫穿于左右洞上方； 右洞YK59+700～YK59+760 段洞頂上方偏右地表出現(xiàn)較大橫向裂縫。

圖1 杜布隧道洞口現(xiàn)場地貌

3 坍塌原因分析

(1)杜布隧道出口段處于淺埋段，圍巖原設(shè)計(jì)為Ⅴ級，經(jīng)查核設(shè)計(jì)地質(zhì)資料實(shí)際圍巖土處于殘積粘性土5-12，5-13 層及全-強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀云母石英片巖層，殘積粘性土5-12，5-13 液限指數(shù)為0.87、1.08。 受雨季降水的影響，殘積黏性土處于軟型軟塑狀態(tài)，施工時(shí)易坍塌，圍巖自穩(wěn)能力差； 其地表呈半坡狀， 且隧道洞口存在偏壓情況，而原設(shè)計(jì)未設(shè)置偏壓擋墻。

(2)雨季降雨頻繁、雨量大且持續(xù)時(shí)間長，導(dǎo)致圍巖含水量進(jìn)一步加大，土中含水量接近飽和，抗剪強(qiáng)度降低，圍巖無法自穩(wěn)。

(3)隧道洞口上方有一地質(zhì)勘探孔未封閉，雨水順勘探孔流入使隧道洞口范圍內(nèi)的圍巖軟化， 特別是拱腳位置最低易聚水，對鋼支撐不能形成有效支撐。

(4)由于仰拱未及時(shí)跟進(jìn)施作，隧道洞身受力主要由大管棚注漿加固的圍巖拱來承受，初期支護(hù)(含鋼支撐)因未能封閉成環(huán)，初期支護(hù)的承載能力有限。

綜上所述， 造成洞口段呈整體下沉是由于該段圍巖自穩(wěn)能力差、加上雨水浸泡后圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步降低、仰拱施作不及時(shí)等原因造成的。

4 事故處理

事故發(fā)生后， 項(xiàng)目建設(shè)單位南平松建高速公路立即組織施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、監(jiān)控量測等單位工程技術(shù)人員對隧道洞內(nèi)外情況進(jìn)行現(xiàn)場踏勘調(diào)查，分析坍塌成因，并確定了事故處理原則：堅(jiān)持以人為本，立即撤離隧道內(nèi)施工人員，設(shè)置警戒線，確保人員安全；同時(shí)加強(qiáng)隧道洞口地表截排水措施，防止地表水下滲，加密隧道洞口地表沉降觀測點(diǎn)，待位移趨于穩(wěn)定后再進(jìn)行隧道應(yīng)急加固處置。

5 監(jiān)控量測情況

圖2 杜布隧道右洞YK59+660 拱頂下沉位移時(shí)程

首先在杜布隧道右洞洞頂沿隧道縱向加密增設(shè)測點(diǎn)， 觀察地表沉降情況， 同時(shí)繼續(xù)加強(qiáng)原測點(diǎn)的量測監(jiān)控。 檢測數(shù)據(jù)表明，拱頂、地表和周邊收斂變形已趨于穩(wěn)定，說明沉陷段變形暫時(shí)已基本趨于穩(wěn)定，可進(jìn)行應(yīng)急加固處置。 杜布隧道右洞YK59+660 拱頂下沉位移時(shí)程圖見圖2；YK59+700 地表沉降時(shí)間曲線圖見圖3；杜布隧道右洞YK59+660 周邊收斂時(shí)程圖見圖4。

圖3 YK59+700 地表沉降時(shí)間曲線圖

圖4 杜布隧道右洞YK59+660 周邊收斂時(shí)程圖

6 應(yīng)急加固處置

根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，該段隧道變形已趨于穩(wěn)定，施工單位立即對該段隧道進(jìn)行應(yīng)急加固處置：

(1)左洞出口掌子面停止掘進(jìn)，封閉掌子面。對洞內(nèi)變形部分支護(hù)采取工字鋼橫撐和環(huán)向扇形支撐， 縱向間距為3m。扇形支撐采用三道主扇形骨架+兩道斜撐支腿+扇形支撐間的橫向連接+各扇形單元之間的縱向網(wǎng)格連接組成。 中心三根扇形主支撐為φ200 的鋼管， 管內(nèi)壓注0.45 水灰比的純水泥漿進(jìn)行充填，增大其剛度，兩側(cè)斜撐及扇形支撐底部墊塊為I20b 型鋼，鋼管柱支撐底部和墊塊用C20 混凝土包裹，橫向及縱向聯(lián)系支撐為［12 槽鋼，鋼管每根長6m， 同一根鋼管之間采用法蘭盤和螺栓連接。

(2)YK59+710 和YK59+751 兩個(gè)塌坑坑內(nèi)壁面及塌坑范圍地表松動區(qū)進(jìn)行深孔注漿。采用6m 長φ50mm 注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.6m(每排8 根)，縱向間距0.6m，小導(dǎo)管注漿采用水泥漿液， 水灰比0.5∶1， 注漿壓力0.5～2MPa。 周邊小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)：采用6m 長φ50mm 徑向注漿小導(dǎo)管，采用間距0.6m×0.6m，梅花型布置。 孔深根據(jù)現(xiàn)場情況確定，注漿范圍按坍塌的大小來確定，原則上要固結(jié)塌坑內(nèi)部大部分的松散巖體，阻止地表水及地下水流至隧道圍巖范圍內(nèi)。扇形支撐及小導(dǎo)管施工作業(yè)圖見圖5。

圖5 扇形支撐及小導(dǎo)管施工作業(yè)圖

(3)立即對初支斷面進(jìn)行復(fù)測，對欠挖及侵限的斷面必須全部按設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行換拱處理。 根據(jù)開挖斷面的復(fù)測情況，確定了搶險(xiǎn)的原則為：在扇形支撐加固完成后，在小導(dǎo)管施工的同時(shí)，盡快縮短隧道縱、橫向跨度。 換拱施工圖見圖6。

圖6 換拱施工圖

(4) 右洞進(jìn)口上導(dǎo)YK59+657 掌子面處暫停掘進(jìn)，拉開中槽同時(shí)做好洞內(nèi)排水，下導(dǎo)跟進(jìn)盡快封閉成環(huán)。安排杜布隧道右洞出口開挖進(jìn)洞及二襯臺車進(jìn)場， 在無變形段按原設(shè)計(jì)二襯施工，采取先進(jìn)行洞口二襯施工，鎖住洞口，再逐段采取3m 一次進(jìn)行仰拱和填充施工，使初支成環(huán)，緊跟二襯。 其余洞段在小導(dǎo)管注漿完成后換拱，滿足設(shè)計(jì)斷面的情況下進(jìn)行二襯施工。 二襯施工圖見圖7；仰拱施工圖見圖8。

(5)繼續(xù)對杜布隧道洞內(nèi)拱頂、水平收斂和地表沉降進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)在杜布隧道左右洞均需觀測及出口段已施工調(diào)平層上布置觀測點(diǎn)， 觀察仰拱沉降情況。在開挖施工掌子面時(shí)進(jìn)行紅外探測，判別斷層破碎帶、巖體的裂隙中有無滲水情況。如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)上報(bào)，并停止施工。

圖7 二襯施工圖

圖8 仰拱施工圖

7 施工體會

根據(jù)以上處理方案和具體要求， 施工單位順利地完成了杜布隧道沉陷加固的施工，通過該工程的加固處理，有以下體會：

(1)在隧道施工前，首先派人員對隧道洞口及洞身的地質(zhì)勘探孔進(jìn)行檢查，是否已及時(shí)封堵孔洞填補(bǔ)凹坑；排查洞口的地表水系，做好截水明溝排流。

(2)重視應(yīng)急預(yù)案處理的重要性。 及時(shí)合理的應(yīng)急處理，可防止事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大，使工程損失最小化，同時(shí)能保障工程后期治理方案的順利實(shí)施。

(3)加強(qiáng)施工過程中的量測，監(jiān)測隧道洞身和地表變形情況，為事故處理決策和整治處理方案論證提供依據(jù)。

(4)雨季施工，加強(qiáng)排查洞口邊坡、仰坡頂面及其周邊設(shè)置的排水溝和截水溝，排水系統(tǒng)是否順接完善；初期支護(hù)緊跟掌子面，仰拱和填充層及時(shí)跟進(jìn)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)早閉合；及時(shí)施作洞口段的二次襯砌，掘進(jìn)超過50m 時(shí)，必須停業(yè)開挖進(jìn)行二襯施工； 二襯作業(yè)面距鋪底作業(yè)面距離為30m，距矮邊墻作業(yè)面距離為50m，距離掌子面不得超過200m，發(fā)揮二次襯砌承載能力，保證施工安全。

(5)坍塌事故的處理應(yīng)該以人為本，首先應(yīng)確保人員撤離到安全地段；杜絕麻木未考慮人員安全的前提，就進(jìn)行應(yīng)急加固處置。

(6)加強(qiáng)隧道施工過程中的監(jiān)控量測，及時(shí)處理分析量測數(shù)據(jù)，隨時(shí)掌握圍巖及支護(hù)的變形情況，實(shí)施隧道支護(hù)動態(tài)設(shè)計(jì)，并做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。